CN108621443A - 一种基于复合材料铺带头的输带装置 - Google Patents

一种基于复合材料铺带头的输带装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于复合材料自动铺带设备的输带装置，涉及一种复合材料铺带设备，其中，所述输带装置包括编码器测速装置、超声切割装置和主辅压辊机构。所述的编码器测速装置通过一个轴后编码器测得滚轴随预浸带转动的转速，所述的超声切割装置通过丝杠滑台带动超声切割头，切割预浸带，所述的主辅压辊机构在每段铺放轨迹即将结束时代替主压辊，压实预浸带的同时将预浸带与衬纸分离。本发明可实现预浸带深度的控制以及复合材料与衬纸的分离，提高铺带效率和铺放质量，且结构紧凑，使用和更换方便。

Description

一种基于复合材料铺带头的输带装置
技术领域
本文涉及一种复合材料自动铺放设备中的输带装置，属于复合材料成型技术领域。
背景技术
先进复合材料具有轻质、高强度、高模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性和工艺性好等优点而在航空航天及军工领域广泛应用，但其成型设备结构复杂、控制难度大、制造成本高，复合材料制品目前在民用领域鲜有涉足。因此，复合材料低成本制造技术是目前国际复合材料领域的核心问题，复合材料自动铺带技术是复合材料低成本制造技术的研究重点。
输带过程需要经历预浸带的剪切和压实这两个过程，采用超声切割的优势在于可以精确控制切割深度，实现只切断复合材料带而不切断衬纸，从而保证预浸带的连续输送；预浸带铺放过程中的每个行程的最后需要将切割后的复合材料与衬纸分离，本发明设计的辅压辊机构可以实现该功能；在整个输带过程中需要实时测量带的输送长度，以判断超声切割装置的工作时机，从而规划好每段铺放轨迹。
发明内容
本发明旨在提出一种复合材料自动铺放设备中的输带装置，能够实现切割深度的控制、预浸带等长度切割以及复合材料与衬纸的分离，机构简单紧凑，可大大提升铺带效率。
一种基于复合材料自动铺带设备的输带装置，其特征在于，包括编码器测速装置、超声切割装置和辅压辊机构；
所述的编码器测速装置包括滚轴支架一、滚轴、滚轴支架二、联轴器、编码器安装座和编码器，滚轴两端通过轴承安装在滚轴支架一和滚轴支架二上；滚轴支架二与编码器安装座通过螺钉连接，所述的滚轴与编码器通过联轴器连接，联轴器安装在编码器安装座里面，滚轴表面加工有压花，增大滚轴与预浸带的摩擦力，避免打滑；
所述的超声切割装置包括丝杠滑台支架、丝杠滑台、滑台、超声切割头、刀头固定套筒、刀头固定座，刀头固定套筒柱面上有一个螺纹孔，可通过拧紧螺纹空中的螺钉来固定超声切割头，也可通过拧松螺钉来改变超声切割头的位置；所述的辅压辊机构包括辅压辊支架、开口销、销轴、气缸连接杆和气缸；
采用丝杠滑台作为搭载超声切割头的移动平台，刀头固定套筒与刀头固定座通过螺钉连接；
辅压辊机构包括辅压辊支架、开口销、销轴、气缸连接杆和气缸；采用气缸作为运动执行装置，气缸连接杆和气缸铰接在机架上；辅压辊支架为一个对称地U形零件，两端对称钻孔，两个孔通过螺栓与机架铰接在一起，使得辅压辊支架能够转动，辅压辊支架中部对称开有两个孔，通过销轴和开口销与气缸连接杆铰接，气缸连接杆与气缸推杆末端通过螺纹连接，气缸末端两个孔通过螺栓与机架铰接，气缸推杆推出时，辅压辊支架垂直于工件表面，辅压辊处于工作状态，气缸推杆收回时，辅压辊处于非工作状态。
一种复合材料自动铺带设备的输带方法，其特征在于，包括：
步骤1、在铺放设备开始工作后，通过编码器测速装置得到铺放的预浸带长度，当预浸带的输送长度达到预设轨迹长度时，超声切割装置在滑台的带动下实现微米级深度切割，只切断复合材料预浸带，而不切断衬纸；此时复合材料带仍与衬纸相粘结；
步骤2、编码器继续记录预浸带的输送距离，判断到切割处即将运动到主压实机构处时，主压实机构向上收回，同时辅压辊机构的气缸动作，辅压辊运动到主压辊下方，代替主压辊完成结尾段的铺放；
步骤3、此时辅压辊位于衬纸和复合材料带之间，因此在轨迹结尾处将衬纸和复合材料带从切缝处分离，完成这段轨迹的铺放；后续铺带头抬起，辅压辊机构收回，主压辊伸出，循环进行铺放。
本发明具有如下优点1.采用模块化设计，每一个模块可以进行单独拆装；2.多传感器系统可实现输带过程中带速，带张力的实时采集，便于控制；3.主辅压辊模块可主动控制预浸带压实深度，并具有被动柔性，同时主辅压辊灵活交替工作，实现复合材料和衬纸的分离。
附图说明
图1是铺带头的整体图。
图2是编码器测速装置的正视图。
图3是超声切割装置的轴测图。
图4是超声切割装置与编码器测速装置的轴测图。
图5是辅压辊机构的轴测图。
图6是辅压辊机构处于工作状态时的轴测图。
图7是辅压辊机构处于非工作状态时的轴测图。
图8是主辅压辊机构的轴测图。
具体实施方式
下面结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。
参见图1，一种复合材料自动铺放设备中的输带装置，包括编码器测速装置2、超声切割装置3和辅压辊机构4。
参见图2和图4，所述的编码器测速装置2包括滚轴支架12-1、滚轴2-2、滚轴支架22-3、联轴器2-4、编码器安装座2-5和编码器2-6。滚轴支架1 2-1和滚轴支架2 2-3开有安装轴承的孔，并分别通过两个螺钉与机架1连接，滚轴2-2最大外径的柱面加工有压花，防止预浸带打滑，两端安装轴承，靠近滚轴支架2 2-3一端设计有与编码器2-6轴径相等的短轴，联轴器2-4将所述的短轴与编码器2-6轴连接，编码器2-6通过三个螺钉固定在编码器安装座2-5上，编码器安装座2-5通过四个螺钉与滚轴支架2 2-3连接
参见图3和图4，所述的超声切割装置3包括丝杠滑台支架3-1、丝杠滑台3-2、滑台3-3、超声切割头3-4、刀头固定套筒3-5、刀头固定座3-6。丝杠滑台支架3-1固定在机架1上，丝杠滑台3-2固定在丝杠滑台支架3-1上，丝杠滑台3-2由一个直流步进电机控制运动，刀头固定座3-6通过四个螺钉固定在滑台3-3上，刀头固定套筒3-5通过四个螺钉固定在刀头固定座3-6上，刀头固定套筒3-5柱面设计有一个螺纹孔，可通过拧紧螺钉来固定超声切割头3-4。
参见图5、图6、图7和图8，所述的主辅压辊机构包括辅压辊支架4-1、开口销4-2、销轴4-3、气缸连接杆4-4和气缸4-5。辅压辊支架4-1为一个对称地U形零件，两端对称钻孔，两个孔通过螺栓与机架1铰接在一起，使得辅压辊支架4-1可以转动，辅压辊支架4-1中部对称开有两个孔，通过销轴4-3和开口销4-2与气缸连接杆4-4铰接，气缸连接杆4-4与气缸推杆末端通过螺纹连接，气缸4-5末端两个孔通过螺栓与机架1铰接，气缸4-5推杆推出时，辅压辊支架4-1垂直于工件表面，辅压辊处于工作状态，气缸4-5推杆收回时，辅压辊处于非工作状态。
在铺放设备开始工作后，通过编码器测速装置2可以得到铺放的预浸带长度，当预浸带的输送长度达到预设轨迹长度时，超声切割装置在滑台的带动下实现微米级深度切割，只切断复合材料预浸带，而不切断衬纸。此时复合材料带仍与衬纸相粘结。编码器继续记录预浸带的输送距离，判断到切割处即将运动到主压实机构处时，主压实机构向上收回，同时辅压辊机构的气缸动作，辅压辊运动到主压辊下方，代替主压辊完成结尾段的铺放。此时辅压辊位于衬纸和复合材料带之间，因此在轨迹结尾处将衬纸和复合材料带从切缝处分离，完成这段轨迹的铺放。后续铺带头抬起，辅压辊机构收回，主压辊伸出，循环进行铺放。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种基于复合材料自动铺带设备的输带装置，其特征在于，包括编码器测速装置(2)、超声切割装置(3)和辅压辊机构(4)；
所述的编码器测速装置(2)包括滚轴支架一(2-1)、滚轴(2-2)、滚轴支架二(2-3)、联轴器(2-4)、编码器安装座(2-5)和编码器(2-6)，滚轴(2-2)两端通过轴承安装在滚轴支架一(2-1)和滚轴支架二(2-3)上；滚轴支架二(2-3)与编码器安装座(2-5)通过螺钉连接，所述的滚轴(2-2)与编码器(2-6)通过联轴器(2-4)连接，联轴器(2-4)安装在编码器安装座(2-5)里面，滚轴(2-2)表面加工有压花，增大滚轴(2-2)与预浸带的摩擦力，避免打滑；
所述的超声切割装置(3)包括丝杠滑台支架(3-1)、丝杠滑台(3-2)、滑台(3-3)、超声切割头(3-4)、刀头固定套筒(3-5)、刀头固定座(3-6)，刀头固定套筒(3-5)柱面上有一个螺纹孔，可通过拧紧螺纹空中的螺钉来固定超声切割头(3-4)，也可通过拧松螺钉来改变超声切割头(3-4)的位置；所述的辅压辊机构(4)包括辅压辊支架(4-1)、开口销(4-2)、销轴(4-3)、气缸连接杆(4-4)和气缸(4-5)；
采用丝杠滑台(3-2)作为搭载超声切割头(3-4)的移动平台，刀头固定套筒(3-5)与刀头固定座(3-6)通过螺钉连接；
辅压辊机构(4)包括辅压辊支架(4-1)、开口销(4-2)、销轴(4-3)、气缸连接杆(4-4)和气缸(4-5)；采用气缸(4-5)作为运动执行装置，气缸连接杆(4-4)和气缸(4-5)铰接在机架(1)上；辅压辊支架(4-1)为一个对称地U形零件，两端对称钻孔，两个孔通过螺栓与机架(1)铰接在一起，使得辅压辊支架(4-1)能够转动，辅压辊支架(4-1)中部对称开有两个孔，通过销轴(4-3)和开口销(4-2)与气缸连接杆(4-4)铰接，气缸连接杆(4-4)与气缸推杆末端通过螺纹连接，气缸(4-5)末端两个孔通过螺栓与机架(1)铰接，气缸(4-5)推杆推出时，辅压辊支架(4-1)垂直于工件表面，辅压辊处于工作状态，气缸(4-5)推杆收回时，辅压辊处于非工作状态。
2.一种复合材料自动铺带设备的输带方法，其特征在于，包括：
步骤1、在铺放设备开始工作后，通过编码器测速装置得到铺放的预浸带长度，当预浸带的输送长度达到预设轨迹长度时，超声切割装置在滑台的带动下实现微米级深度切割，只切断复合材料预浸带，而不切断衬纸；此时复合材料带仍与衬纸相粘结；
步骤2、编码器继续记录预浸带的输送距离，判断到切割处即将运动到主压实机构处时，主压实机构向上收回，同时辅压辊机构的气缸动作，辅压辊运动到主压辊下方，代替主压辊完成结尾段的铺放；
步骤3、此时辅压辊位于衬纸和复合材料带之间，因此在轨迹结尾处将衬纸和复合材料带从切缝处分离，完成这段轨迹的铺放；后续铺带头抬起，辅压辊机构收回，主压辊伸出，循环进行铺放。
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