CN110962367B - 一种适应于复合材料变轨迹自动铺放成型的铺带头及铺带方法 - Google Patents

一种适应于复合材料变轨迹自动铺放成型的铺带头及铺带方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适应于复合材料变轨迹自动铺放成型的铺带头属于复合材料自动化成型装备设计技术领域。本发明实现了自动铺放时，压辊与压靴电气互锁的功能，避免了机械互锁引起的冗余结构，实现了铺带头的轻量化要求。本发明通过气缸精确控制压靴的压紧力，确保预浸料与金属壳体的紧密贴合，同时，不会因压紧力过大而导致金属壳体变形。本发明通过采用电气互锁，相较机械互锁，可靠性更高。经实际运用验证表明，应用本发明对异型复合材料结构进行铺放，完全满足复杂表面的自适应铺放。

Description

一种适应于复合材料变轨迹自动铺放成型的铺带头及铺带 方法
技术领域
本发明涉及一种适应于复合材料变轨迹自动铺放成型的铺带头及铺带方法，属于复合材料自动化成型装备设计技术领域，具体公开了一种适应于复合材料变轨迹自动铺放成型的铺带头，该铺带头安装于机械臂，可实现复合材料的自动随形铺覆。
背景技术
异型复合材料-金属部段是以内部金属壳体为支撑，将预浸料自动铺覆于金属壳体外层，固化后形成的一种复合材料-金属一体化部段。在铺覆过程中，铺带头需要实现铺带的一次自动铺覆-衬纸分离-铺带的二次压紧等一系列功能。传统铺带头采用压辊压靴机械互锁的方式来实现上述动作，然而，机械互锁增加的冗余的连杆机构，与铺带头的轻量化设计理念相悖，除此之外，机械互锁的可靠性不足。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提出一种适应于复合材料变轨迹自动铺放成型的铺带头及铺带方法，该铺带头的柔性压辊能够解决基于机器人的变轨迹自动铺放成型执行机构的轻量化可靠性设计问题。
本发明的技术解决方案是：
一种适应于复合材料变轨迹自动铺放成型的铺带头，铺带头包括支架、料卷、动力棍、导向辊、终端棍、压靴、底座、第一气缸和第二气缸；
支架固定安装在底座上；
料卷带有电机，料卷通过电机的转轴固定安装在支架的空腔内，且料卷能够绕转轴相对于支架转动；
动力棍带有电机，动力棍通过电机的转轴固定安装在支架的外表面，且动力棍能够绕转轴相对于支架转动；
导向辊通过转轴固定安装在支架的外表面，且导向辊能够绕转轴相对于支架转动；
终端棍带有电机；
第一气缸和第二气缸均固定安装在支架的外表面；第一气缸通过连杆与终端棍固定连接，第二气缸通过连杆与压靴固定连接。
一种利用铺带头进行铺带的方法，步骤包括：
(1)带有衬纸的预浸带预先缠绕在料卷上；
(2)启动动力棍上的电机和终端棍上的电机，动力棍在电机的带动下转动，终端棍在电机的带动下转动，预浸带的端头在动力棍的带动下依次通过导向辊和终端棍，当预浸带的端头首次经过终端棍时，将预浸带上的衬纸撕下并缠绕在终端棍上；
(3)启动第一气缸和第二气缸，终端棍在第一气缸的带动下上下运动输出预浸带同时将预浸带上的衬纸缠绕在终端棍上，压靴在第二气缸的带动下与终端棍做反方向运动，即终端棍向上运动时，压靴向下运动，终端棍向下运动时，压靴向上运动，压靴向下运动时将分离衬纸的预浸带压紧在待铺层的金属壳体上。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明实现了自动铺放时，压辊与压靴电气互锁的功能，避免了机械互锁引起的冗余结构，实现了铺带头的轻量化要求。本发明通过气缸精确控制压靴的压紧力，确保预浸料与金属壳体的紧密贴合，同时，不会因压紧力过大而导致金属壳体变形。本发明通过采用电气互锁，相较机械互锁，可靠性更高。经实际运用验证表明，应用本发明对异型复合材料结构进行铺放，完全满足复杂表面的自适应铺放。
(2)本发明提出了一种基于电气互锁的铺带头，该铺带头的结构更加简洁轻便，采用电气互锁的原理来保证压辊与压靴运动的相互制约，最终实现铺带贴紧金属壳体，且衬纸自动与铺带分离。
(3)本发明属于复合材料自动化成型装备设计技术领域，具体公开了一种适应于复合材料变轨迹自动铺放成型的铺带头，该铺带头安装于机械臂，可实现复合材料的自动随形铺覆。
附图说明
图1为铺带头结构示意图；
图2为铺带头背面结构示意图。
具体实施方式
一种适应于复合材料变轨迹自动铺放成型的铺带头，铺带头包括支架1、料卷2、动力棍3、导向辊4、终端棍5、压靴6、底座7、第一气缸8和第二气缸9；
支架1固定安装在底座7上；
料卷2带有电机，料卷2通过电机的转轴固定安装在支架1的空腔内，且料卷2能够绕转轴相对于支架1转动；
动力棍3带有电机，动力棍3通过电机的转轴固定安装在支架1的外表面，且动力棍3能够绕转轴相对于支架1转动；
导向辊4通过转轴固定安装在支架1的外表面，且导向辊4能够绕转轴相对于支架1转动；
终端棍5带有电机；
第一气缸8和第二气缸9均固定安装在支架1的外表面；第一气缸8通过连杆与终端棍5固定连接，第二气缸9通过连杆与压靴6固定连接；
一种利用铺带头进行铺带的方法，步骤包括：
(1)带有衬纸的预浸带预先缠绕在料卷2上；
(2)启动动力棍3上的电机和终端棍5上的电机，动力棍3在电机的带动下转动，终端棍5在电机的带动下转动，预浸带的端头在动力棍3的带动下依次通过导向辊4和终端棍5，当预浸带的端头首次经过终端棍5时，将预浸带上的衬纸撕下并缠绕在终端棍5上；
(3)启动第一气缸8和第二气缸9，终端棍5在第一气缸8的带动下上下运动输出预浸带同时将预浸带上的衬纸缠绕在终端棍5上，压靴6在第二气缸9的带动下与终端棍5做反方向运动，即终端棍5向上运动时，压靴6向下运动，终端棍5向下运动时，压靴6向上运动，压靴6向下运动时将分离衬纸的预浸带压紧在待铺层的金属壳体上。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例
如图1和图2所示，一种适应于复合材料变轨迹自动铺放成型的铺带头，铺带头包括支架1、料卷2、动力棍3、导向辊4、终端棍5、压靴6、底座7、第一气缸8和第二气缸9；支架的材料为不锈钢，料卷的材料为不锈钢，动力棍为2个，导向辊为2个，终端棍的材料为氟四，压靴的材料为氟四，底座的材料为不锈钢，第一气缸和第二气缸使用电机驱动。
支架1固定安装在底座7上；
料卷2带有电机，料卷2通过电机的转轴固定安装在支架1的空腔内，且料卷2能够绕转轴相对于支架1转动；
动力棍3带有电机，动力棍3通过电机的转轴固定安装在支架1的外表面，且动力棍3能够绕转轴相对于支架1转动；
导向辊4通过转轴固定安装在支架1的外表面，且导向辊4能够绕转轴相对于支架1转动；
终端棍5带有电机；
第一气缸8和第二气缸9均固定安装在支架1的外表面；第一气缸8通过连杆与终端棍5固定连接，第二气缸9通过连杆与压靴6固定连接；
铺带方法：
(1)带有衬纸的预浸带预先缠绕在料卷2上；
(2)启动动力棍3上的电机和终端棍5上的电机，动力棍3在电机的带动下转动，终端棍5在电机的带动下转动，预浸带的端头在动力棍3的带动下依次通过导向辊4和终端棍5，当预浸带的端头首次经过终端棍5时，将预浸带上的衬纸撕下并缠绕在终端棍5上；
(3)启动第一气缸8和第二气缸9，终端棍5在第一气缸8的带动下上下运动输出预浸带同时将预浸带上的衬纸缠绕在终端棍5上，压靴6在第二气缸9的带动下与终端棍5做反方向运动，即终端棍5向上运动时，压靴6向下运动，终端棍5向下运动时，压靴6向上运动，压靴6向下运动时将分离衬纸的预浸带压紧在待铺层的金属壳体上，从而实现预浸料与金属壳体的粘接及预浸料与衬纸的有效分离。

Claims (10)

1.一种适应于复合材料变轨迹自动铺放成型的铺带头，其特征在于：铺带头包括支架、料卷、动力棍、导向辊、终端棍、压靴、底座、第一气缸和第二气缸；
支架固定安装在底座上；
料卷带有电机，料卷通过电机的转轴固定安装在支架的空腔内，且料卷能够绕转轴相对于支架转动；
动力棍带有电机，动力棍通过电机的转轴固定安装在支架的外表面，且动力棍能够绕转轴相对于支架转动；
导向辊通过转轴固定安装在支架的外表面，且导向辊能够绕转轴相对于支架转动；
终端棍带有电机；
第一气缸和第二气缸均固定安装在支架的外表面；第一气缸通过连杆与终端棍固定连接，第二气缸通过连杆与压靴固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种适应于复合材料变轨迹自动铺放成型的铺带头，其特征在于：支架的材料为不锈钢。
3.根据权利要求1所述的一种适应于复合材料变轨迹自动铺放成型的铺带头，其特征在于：料卷的材料为不锈钢。
4.根据权利要求1所述的一种适应于复合材料变轨迹自动铺放成型的铺带头，其特征在于：动力棍为2个。
5.根据权利要求1所述的一种适应于复合材料变轨迹自动铺放成型的铺带头，其特征在于：导向辊为2个。
6.根据权利要求1所述的一种适应于复合材料变轨迹自动铺放成型的铺带头，其特征在于：终端棍的材料为氟四。
7.根据权利要求1所述的一种适应于复合材料变轨迹自动铺放成型的铺带头，其特征在于：压靴的材料为氟四。
8.根据权利要求1所述的一种适应于复合材料变轨迹自动铺放成型的铺带头，其特征在于：底座的材料为不锈钢。
9.根据权利要求1所述的一种适应于复合材料变轨迹自动铺放成型的铺带头，其特征在于：第一气缸和第二气缸使用电机驱动。
10.一种利用铺带头进行铺带的方法，其特征在于该方法的步骤包括：
(1)带有衬纸的预浸带预先缠绕在料卷上；
(2)启动动力棍上的电机和终端棍上的电机，动力棍在电机的带动下转动，终端棍在电机的带动下转动，预浸带的端头在动力棍的带动下依次通过导向辊和终端棍，当预浸带的端头首次经过终端棍时，将预浸带上的衬纸撕下并缠绕在终端棍上；
(3)启动第一气缸和第二气缸，终端棍在第一气缸的带动下上下运动输出预浸带同时将预浸带上的衬纸缠绕在终端棍上，压靴在第二气缸的带动下与终端棍做反方向运动，即终端棍向上运动时，压靴向下运动，终端棍向下运动时，压靴向上运动，压靴向下运动时将分离衬纸的预浸带压紧在待铺层的金属壳体上。
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