CN108472885B - 小型四轴纤维铺放机器 - Google Patents

Abstract

一种具有从纱架到铺层平台的简化的纤维递送路径的复合铺放机器。托架安装成用于沿顶梁的长度在Y轴线方向上的运动。具有可移动的压实辊的复合铺放头部由所述托架支撑。所述顶梁的一个端部处的静止纱架形成复合材料带，所述复合材料带具有在X轴线上延伸的宽度。铺层平台安装成用于在X轴线上的运动和围绕C轴线的旋转运动，所述C轴线垂直于所述X和Y轴线。所述头部在所述Y轴线上的运动、所述可移动的压实辊和所述铺层平台X轴线和C轴线的运动允许所述头部以任何取向在Y轴线的两个方向上将复合材料施加给所述铺层平台而不使复合材料带相对所述X和Y轴线扭转。

Description

小型四轴纤维铺放机器

与相关申请的交叉引用。

本申请要求2016年1月18日提交的美国非临时申请号14/997627的利益，在此将该申请的全部内容通过援引并入本文。

技术领域

一种具有固定的静止桥、平台和纱架的复合铺放机器，所述静止桥支撑在Y轴线上移动的头部，所述平台在X轴线上移动并且在C-轴线上旋转，所述纱架沿所述静止桥相对Y轴线在直线路径上将复合材料递送到所述头部。

背景技术

授予Kappesser的专利US 8919410示出了复合铺放机器，其中头部和纱架位于固定的定位处并且不移动，并且平台在所述头部下移动。这个静止头部的方法对于通常意义上的小型平台来讲是令人满意的，例如侧边为1米或更小的平台。当所述平台的尺寸增大，支撑所述头部的臂下所需的喉部的量要变得非常大才能允许完全覆盖整个的平台行程和平台旋转，以及清理所述支撑结构。这要求过多的支撑结构和地面空间。

将期望的是，复合铺放机器能够在具有例如侧边大于1米的尺寸的相对大的部分上铺层并且能够具有简化的材料递送路径而不在复合材料带从纱架移动到铺放表面时使所述复合材料带扭转。

发明内容

为了容纳例如侧边为2米的平台，复合铺放机器使所述头部沿第一线性轴线移动并且使所述平台沿垂直于所述第一轴线的第二线性轴线移动。具有沿一条轴线线性行进能力的平台允许所述平台向材料铺放发生处的两侧行进更长的距离，从而允许第二操作，比如检查和/或装载-卸载操作。这种布置是有用的，例如，在第二托板或平台从所述头部接收材料的装置中。

所述机器的四个主要特征是静止的横跨桥、主要沿一条轴线移动并且不旋转的头部、旋转并且还沿垂直于所述头部的轴线移动的平台以及固定的纱架。所述静止的横跨桥支撑承载复合铺放头部的滑台。所述桥下方的平台沿垂直于所述桥的轴线移动，并且所述平台围绕竖直轴线旋转。所述机器设计在所述头部和纱架之间产生相对所述Y轴线的直线纤维递送路径，所述递送路径平行于沿所述桥的头部运动的主轴线。这导致完全没有纤维变向的纤维路径，纤维变向在材料放置和头部重定位期间将长度方向的扭转引入复合材料带中。所述机器设计成用于产生高达2米见方的平坦部分，并且可以被重设计成具有更大尺寸的平台。

附图说明

图1是复合铺放机器的透视图。

图2是图1的复合铺放机器的正视图。

图2A是图2的圆形截面2A的细节图，示出了在上升位置中的压实辊。

图2B示出了所述头部中心线的右侧的压实辊在向左移动的同时将复合材料施加给铺层平台。

图2C示出了所述头部中心线的左侧的压实辊在向右移动的同时将复合材料施加给铺层平台。

图3是图1和2的复合铺放机器的纤维路径的透视图。

图4是纱架和头部之间的纤维路径的顶视图。

具体实施方式

现转到附图，图1是复合铺放机器的透视图，总体由附图标记10指示。复合铺放机器10包括静止桥12，静止桥12具有分隔的直立支撑件13和跨越作业区16的顶梁14。顶梁14具有支撑托架18的两条导轨17，托架18安装成用于沿第一运动线性轴线19沿梁14的长度水平运动。复合铺放头部20由托架18支撑，并且由托架18支撑的托架变向辊21具有平行于X轴线的旋转轴线。第一静止纱架24可以定位成紧挨在顶梁14的一个端部处的直立支撑件13，并且第二静止纱架26（图2最佳所示）可以定位成紧挨在顶梁14的另一个端部处的另一个直立支撑件13。每个纱架24和26形成复合材料带30，复合材料带30具有在Y轴线上延伸的长度和在X轴线上延伸的宽度31（图3和4最佳所示）。如本文所使用的，术语复合材料用于表示树脂浸渍纤维、丝束、狭缝胶带、预浸材料和其它类似的材料，对于本领域技术人员来讲，所有的这些材料都是已知的，并且在本申请中可互换地使用所有的这些材料术语。

两轴线铺层平台32安装成用于沿第二运动线性轴线35的水平运动和围绕第三轴线37的旋转运动，第二运动线性轴线35垂直于第一线性轴线19，第三轴线37垂直于第一运动线性轴线19和第二线性轴线35。第一运动线性轴线19沿所述机器的Y轴线延伸，第二运动线性轴线35沿所述机器的X轴线延伸，并且如图4所示的所述平台围绕第三轴线37的旋转运动37A是围绕竖直C轴线进行的，所述竖直C轴线平行于所述机器的Z轴线。

如图1和2所示，竖直取向的复合铺放头部20从托架18下垂。由静止桥12提供铺层平台32上方的头部20在Y轴线上的第一运动线性轴线19。复合铺放头部20还具有受限的第四运动轴线，由托架18中的竖直滑台42提供的竖直Z轴线运动45。头部20的受限的竖直Z轴线运动45垂直于X和Y轴线并且在工具32的重定位期间使用。第四运动轴线45是在Z轴线上的运动，平行于平台旋转37A的中心线37，并且与第一行进轴线、Y轴线19和第二行进轴线、X轴线35相互垂直。提供第四运动轴线45以使压实辊44上升和下降距离D以相对工具32下触和收回以便相对所述头部重定位工具32。同一竖直滑台42用于使头部20上升和下降以在复合材料层46被铺层到工具32上时容纳复合材料的积累。图2A示出了上升到距铺层平台32的表面距离D的压实辊44。

头部20不在X轴线上移动，并且不相对任何轴线旋转或倾斜。头部20可以包括多个头部变向辊43，头部变向辊43使复合材料30从托架变向辊21变向到所述头部的底部处的压实辊44。头部20中的头部变向辊43的数量和布置可以依据所述头部的具体设计变化。压实辊44用于将复合材料施加给所述平台或工具32。压实辊44和头部变向辊43的旋转轴线47全都平行于托架变向辊21的旋转轴线并且都平行于所述机器的X轴线。最低的头部变向辊43和压实辊44之间的复合材料30的两条路径在头部20的竖直中心线49的两侧上形成对称的“V”形递送路径48。头部20可以包括将压实辊44移动到竖直头部中心线49的两侧的机构以允许所述头部在沿Y轴线19的任一方向上行进的同时将复合材料施加给工具32。在授权给Vaniglia的美国专利8613302中示出了用于移动压实辊的一个这种机构，通过援引将该专利的公开并入本文。

图2B示出了竖直中心线49的右侧的压实辊，以便在向左移动的同时将复合材料施加给铺层平台32。图2C示出了竖直中心线49的左侧的压实辊，以便在向右移动的同时将复合材料施加给铺层平台32。还有可能的是，仅在一个方向上移动的同时将复合材料施加给铺层平台32，在这种情况下，可以从所述机器省去用于移动压实辊44的机构。

平台32安装在转台50上以在垂直于X和Y轴线的竖直C轴线37上旋转，并且转台50安装在拖车51上，拖车51设置在轨道或引导导轨52上，轨道或引导导轨52在垂直于Y轴线方向19的X轴线方向35上延伸。如图1和3所示，可以提供两个平台32和33；一个平台可以定位在头部20下用于纤维铺层，而另一个平台可以定位在轨道52的一个端部处用于移除部分。每个铺层平台32和33包括两轴线平台，所述两轴线平台提供在X轴线上的次级线性平台运动35和具有旋转中心线37的在C轴线上的第三旋转运动，X轴线垂直于主Y轴线运动19，旋转中心线37垂直于主运动方向19和次级运动方向35两者。每个平台32和33沿X轴线在轨道52上具有足够的线性行程以将平台32上的铺层进料46转位到远离静止桥12和远离用于移除部分的另一个平台的方便点。

如图4所示，纱架24在两侧上可以具有复合材料卷55，并且包括下垂部分56。下垂部分56向递送到头部20的复合材料30带提供张力，并且在头部20朝着纱架24移动时收紧复合材料30。纱架24安装在地面65上并且具有中心线66，中心线66沿Y轴线的方向19穿过下垂部分56的中心、托架变向辊21、头部变向辊43、压实辊44和头部20。在所述头部沿平行于Y轴线方向的直线移动靠近和远离纱架24时，纱架在Y轴线方向19上将复合材料30递送给头部。图4示出了机器设计产生托架变向辊21和纱架24之间的纤维递送路径，所述纤维递送路径相对Y轴线是直线并且平行于沿梁14的头部运动的主轴线19。

如图2和4所示，纱架24的支出处的下垂部分56在头部相对纱架24沿主运动线性轴线19延伸和收回时保持复合材料30上的适当张力。下垂部分56包括纱架24的输出处的第一下垂部分变向辊57、下垂部分56的下部端部处的第二下垂部分变向辊58和所述下垂部分的输出处的第三下垂部分变向辊59。第二下垂部分变向辊58安装在下垂部分滑台60上，下垂部分滑台60依据头部20沿运动Y轴线19的位置平行于Z轴线向上和向下移动以保持通过下垂部分56的复合材料上的不松弛的张紧。下垂部分辊57、58和59的旋转轴线全都平行于托架变向辊21、头部变向辊43、压实辊44的旋转轴线以及所述机器的X轴线。下垂部分中的辊的数量和布置可以依据所述下垂部分的具体设计变化。

操作者控制站61可以定位成在作业区16外部靠近纱架24的前部，以提供看到纱架24和平台32的视觉通路。操作者控制站61可以从头顶上支撑以轻易观察纱架24和平台32，或可以安装在地面65上。次级控制站62可以安装在轨道52的两个端部中的任一端部处以控制拖车51的运动，并且当所述拖车在所述轨道的端部处时控制平台32和33的运动以实现部分的装载和卸载操作。

在操作中，将头部20的运动限制到Y轴线方向19，并将铺层平台32的运动限制到X轴线方向35和限制成围绕竖直C轴线37允许所述头部在铺层过程期间将复合材料以任何取向施加给铺层平台32而不使复合材料30带的宽度31围绕Y和Z轴线扭转。在操作期间纱架24和头部20之间的纤维路径相对Y轴线保持笔直，因为头部20仅在Y轴线方向19上平行于梁14移动。在材料铺层操作期间，下垂部分辊57、58和59、托架变向辊21、头部变向辊43和压实辊44的轴线全都保持平行于X轴线。如图2B和2C所示，可移动的压实辊44允许复合材料的双方向铺层。第二纱架26可以用于交替地将复合材料的进给到头部20，从而导致复合材料在模具32上的连续铺放。

小型四轴线复合铺放系统胜过其它固定头部小型平坦铺放系统的优势是使头部20沿桥12移动能实现更宽的部分尺寸而头部不在大的往复运动的平台上方被悬臂支撑，并且不要求较宽的往复运动的平台所要求的带深喉部的头部支撑臂。复合材料30的对称的V形路径48和将压实辊44平移到头部中心线49的两侧的能力允许头部的快速Y轴线运动逆转，从而实现向工具32的复合材料双方向施加。

复合铺放机器具有简化的路径用于将纤维带30从24纱架递送到两轴线铺层平台32。头部20的横向行进层压运动方向19始终沿梁14的长度，并且平行于Y轴线且平行于起始于纱架24的纤维进给路径。这建立了在任何时候都简单的成直线的纤维递送路径而不要求在纱架24和压实辊44之间的纤维带30的带扭转。由于头部20不相对任何轴线旋转，因此横跨托架变向辊21的所有的拖曳运动都始终在变向辊21的旋转平面中。作为结果，在变向期间没有侧向负载传递到复合材料。这提供了在高堆积速率下压实材料30形成更少的绒毛。下垂部分56用于当头部20在平台32上方的桥12上横向行进时控制纤维张力。下垂部分56允许头部20在任何处理情况下朝着和远离纱架24快速移动。

所述小型四轴线复合铺放机器构造使侧边大于1米以及侧边高达3米的部分的平坦进料制造成为可能。当然，所制造的部分不一定是方形的；它可以是矩形、棱形、圆形、不规则形状的或这些形状的任何组合。对于部分来讲最小的实际大小是侧边为0.25米。机器运动的四轴线提供了生产具有相对X和Y轴线的任何层取向的平坦进料46的能力。移动的铺层平台32具有比具有多轴线运动能力的头部更低的移动的机器重量和改进的操作者访问。平台32围绕C轴线37的旋转允许复合材料的双方向铺层，从而可以递送平衡的层压。这导致以较低的成本在较高铺层速度和加速度下精确地产生更厚的层进料。

因此已经描述了本设备，本领域技术人员将想到各种修改和改变，这些修改和改变被意图于在由所附权利要求限定的设备的范围之内。

Claims (19)

1.一种具有从纱架到铺层平台的简化的纤维递送路径的复合铺放机器，所述机器包括：

静止桥，所述静止桥包括分隔的直立支撑件和顶梁，所述顶梁具有长度并且在水平Y轴线上延伸且跨越作业区；

托架，所述托架安装成用于沿所述顶梁的长度的水平Y轴线运动；

复合铺放头部，所述复合铺放头部由所述托架支撑以用于仅在水平Y轴线上的运动和在Z轴线上的受限的竖直运动；

托架变向辊，所述托架变向辊由所述托架支撑并且安装成用于围绕X轴线的旋转；

多个头部变向辊，所述多个头部变向辊使复合材料从所述托架变向辊变向到可移动的压实辊；

所述托架变向辊和所述可移动的压实辊之间的用于复合材料的V形路径，所述V形路径关于所述头部的竖直中心线对称；

静止纱架，所述静止纱架定位成紧靠所述直立支撑件中的一个，所述静止纱架形成复合材料带，所述复合材料带具有在X轴线上延伸的宽度和在Y轴线上延伸的长度；

定位在所述纱架和所述托架之间的下垂部分；

作业区中的铺层平台，所述铺层平台安装成用于在水平X轴线上的运动和围绕竖直轴线的旋转C轴线运动，所述竖直轴线垂直于所述Y轴线和所述X轴线，由此所述头部在所述Y轴线上的运动、以及所述铺层平台在所述X轴线上和围绕所述竖直C轴线的运动允许所述头部将复合材料以任何取向施加到所述铺层平台而不使所述复合材料带的宽度相对所述X和Y轴线扭转，并且由此所述可移动的压实辊能够移动到所述头部的竖直中心线的两侧以在沿着所述Y轴线的任一个方向上将复合材料施加给所述铺层平台。

2.如权利要求1所述的复合铺放机器，其中所述复合铺放头部在竖直Z轴线上的受限的运动用于使所述头部下触所述铺层平台以及将所述头部从所述铺层平台收回。

3.如权利要求1所述的复合铺放机器，其中所述复合铺放头部在竖直Z轴线上的运动用于在复合材料部分形成时容纳所述铺层平台上的复合材料积累。

4.一种具有从纱架到第一铺层平台的简化的纤维递送路径的复合铺放机器，所述机器包括：

静止桥，包括分隔的直立支撑件和顶梁，所述顶梁具有沿Y轴线延伸且跨越作业区的长度；

托架，所述托架安装成用于沿所述顶梁的长度沿主运动线性轴线的水平运动；

由所述托架支撑的复合铺放头部；

所述托架中的托架变向辊，所述托架变向辊安装成用于围绕X轴线的旋转；

第一静止纱架，所述第一静止纱架定位成靠近所述顶梁的一个端部处的所述直立支撑件中的一个，所述第一静止纱架形成复合材料带，所述复合材料带具有在X轴线上延伸的宽度；以及，

第一铺层平台，所述第一铺层平台安装成用于沿次运动线性轴线的水平运动并且安装成用于围绕中心线的第三旋转运动，所述次运动线性轴线垂直于所述主运动线性轴线，所述中心线垂直于所述主运动线性轴线和所述次运动线性轴线，由此所述头部在所述主运动线性轴线上的运动和所述第一铺层平台在所述次运动线性轴线上的运动以及所述第三旋转运动允许所述头部将复合材料以任何取向施加给所述第一铺层平台而不使在所述纱架和所述头部之间的复合材料带的宽度相对所述X和Y轴线扭转；

以及其中仅由所述托架横跨所述顶梁的运动提供所述头部的所述主运动线性轴线。

5.如权利要求4所述的复合铺放机器，其中所述主运动线性轴线沿所述机器的Y轴线延伸。

6.如权利要求5所述的复合铺放机器，其中所述次运动线性轴线沿所述机器的X轴线延伸。

7.如权利要求6所述的复合铺放机器，其中所述中心线是垂直于所述主运动线性轴线和次运动线性轴线的竖直C轴线。

8.如权利要求4所述的复合铺放机器，还包括：

定位在所述纱架和所述托架之间的下垂部分，由此所述下垂部分在所述头部相对所述纱架沿所述Y轴线延伸和收回时保持所述复合材料上的无松弛的张紧。

9.如权利要求8所述的复合铺放机器，还包括：

所述纱架的输出处的第一下垂部分变向辊；所述下垂部分的下部端部处的第二下垂部分变向辊；和，

所述下垂部分的输出处的第三下垂部分变向辊，由此所述第一、第二和第三下垂部分变向辊的旋转轴线全都平行于所述X轴线。

10.如权利要求4所述的复合铺放机器，还包括：

用于所述复合铺放头部的第四运动轴线，所述第四运动轴线包括在Z轴线上的竖直运动，所述在Z轴线上的竖直运动用于使所述头部下触所述第一铺层平台和从所述第一铺层平台收回所述头部。

11.如权利要求10所述的复合铺放机器，其中所述第四运动轴线用于在复合材料部分形成时容纳所述第一铺层平台上的复合材料的积累。

12.如权利要求4所述的复合铺放机器，还包括：

定位成靠近所述顶梁的第二端部处的所述直立支撑件中的另一个的第二静止纱架。

13.如权利要求4所述的复合铺放机器，还包括：

所述托架中的竖直滑台，其中所述竖直滑台使所述复合铺放头部相对所述第一铺层平台上升和下降。

14.如权利要求4所述的复合铺放机器，还包括：

所述纱架和所述复合铺放头部之间的直线纤维递送路径，其中，所述直线纤维递送路径平行于沿所述顶梁的所述头部运动的所述主运动线性轴线，并且其中所述直线纤维递送路径在材料铺层和头部重定位期间不具有任何复合材料变向，所述复合材料变向在所述复合材料中引起长度方向的扭转。

15.如权利要求6所述的复合铺放机器，其中所述复合铺放头部能够进行受限的Z轴线运动，所述Z轴线运动垂直于所述X和Y轴线。

16.如权利要求4所述的复合铺放机器，其中跨过所述托架变向辊的所有复合材料运动始终在所述托架变向辊的旋转平面中，由此在复合材料经过所述托架变向辊时没有侧向负载传递给所述复合材料。

17.如权利要求4所述的复合铺放机器，其中所述第一铺层平台的旋转足以用于复合材料的双方向铺层而不要求使所述复合铺放头部相对顶梁旋转。

18.如权利要求4所述的复合铺放机器，还包括：

由所述托架支撑的用于在所述Y轴线上的运动的可移动的压实辊，借此所述可移动的压实辊能够移动到所述头部的竖直中心线的两侧以在沿所述Y轴线的任一方向上将复合材料施加给所述第一铺层平台。

19.如权利要求18所述的复合铺放机器，还包括：

作业区中的在所述X轴线上延伸的线性导向导轨，所述线性导向导轨支撑所述第一铺层平台用于在X轴线中的运动；以及，

作业区中的第二铺层平台，其中所述第二铺层平台被支撑在所述线性导向导轨上并且能定位成距所述第一铺层平台一定距离以允许从所述第二铺层平台移除复合部分，同时所述第一铺层平台定位在所述复合铺放头部的下方。

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