CN114043749B - 一种复合材料旋转铺丝装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合材料旋转铺丝装置及使用方法，包括∪形底框、转接法兰盘、法兰盘；两个转接法兰盘和两个法兰盘分别置于∪形底框的两端；法兰盘紧固连接在转接法兰盘外侧；成型模安装在∪形底框后组成整体模具；整体模具形成的旋转轴线与两个法兰盘中心轴线或重合或在要求的最大公差范围内；整体模具与五坐标铺丝机装夹，五坐标铺丝机法兰盘带动整体模具升降、旋转，实现成型模快速自动化铺丝。本发明通过调装转接法兰盘，保证了∪形底框的形位公差要求；通过调装法兰盘，保证了五坐标铺丝机的装配要求；仅通过拆装螺钉实现快速互换安装成型模；∪形底框具有通用性，实现了50％以上非回转体成型模旋转铺丝；提高了生产和经济效益。

Description

一种复合材料旋转铺丝装置及使用方法

技术领域

本发明涉及复合材料成型辅助设备领域，具体涉及一种适用于复合材料旋转铺丝的辅助装置及使用方法。

背景技术

对于复合材料零件成型，铺丝是前提，是重要步骤，机器铺丝代替人工铺丝带来了各种效益，利用铺丝机铺丝首先必须安装固定成型模。

三坐标铺丝机铺贴平面或者比较平缓曲面的复合材料零件，三坐标铺丝机铺丝头能升降、旋转，成型模在辅助设备上安装后保持固定不动。

新型五坐标铺丝机更快更有效的铺贴复合材料零件，铺丝时，五坐标铺丝机铺丝头径向运动靠近成型模具型面铺丝，同时轴向推进，成型模具同步升降、旋转。五坐标铺丝机铺丝头与成型模具同时运动，提高了工作效率，尤其适合铺贴大型回转体式复合材料零件，比如进气道，也适合铺贴具有凸凹形的复合材料零件，比如内饰板、蒙皮。

而绝大部分复合材料零部件都不是回转体，其成型模具也不能设计成回转体结构。常见的少量的全封闭或者部分封闭复合材料零部件往往都需要成型模具分型分块，设计复杂，制造成本高。

现存的和今后设计的大量非回转体成型模具，需要使用五坐标铺丝机铺贴，如何与五坐标铺丝机紧固连接，如何快速装夹，成型模如何被带动升降、旋转等问题必须要解决。

而处于动态中的模具结构必须比静态下具有更好强度、刚度，并保证旋转中的稳定和与五坐标铺丝机装夹时的安装精度。

非回转体成型模具被五坐标铺丝机带动做轴向旋转，需要对非回转体成型模具进行配重和重心循环计算调整，以保证铺丝机要求的偏心距、转动惯量、形位公差等。

对于现存的大量非回转体成型模具，必须尽可能做最小量的返修加工就能使用五坐标铺丝机铺贴，也是本发明装置要考虑并解决的重要方面。

发明内容

本发明的目的在于实现非回转体成型模旋转铺丝，提供一种具备通用性并保证安装精度要求和旋转中稳定的辅助铺丝装置及使用方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种复合材料旋转铺丝装置，包括∪形底框、转接法兰盘、法兰盘。两个同心转接法兰盘固定在∪形底框两端；两个法兰盘分别安装在两个转接法兰盘外侧；∪形底框∪形内设有支撑平面，支撑平面侧面上设有初定位挡块和紧固件；成型模放置在支撑平面上并紧固连接在∪形底框∪形内，成为一个整体模具，两个法兰盘与五坐标铺丝机法兰盘紧固连接后，整体模具被五坐标铺丝机法兰盘带动升降、旋转，完成铺丝。转接法兰盘上设有有径向螺纹孔、销钉孔，此螺纹孔、销钉孔与安装在其外侧的法兰盘上对应的螺、销钉通过孔同心。法兰盘利用径向螺钉、销钉紧固连接在转接法兰盘外侧。法兰盘具有径向端面，此径向端面刚好与五坐标铺丝机法兰盘外端面贴合；此径向端面在轴向具有凹槽，凹槽外侧轴向面刚好与五坐标铺丝机法兰盘轴向伸出的凸块外端面贴合。法兰盘具有径向螺纹孔、销钉孔，此螺纹孔、销钉孔与五坐标铺丝机法兰盘上对应的螺、销钉通过孔同心。法兰盘利用径向螺钉、螺纹销紧固连接在五坐标铺丝机法兰盘上。∪形底框包括主体框架、斜支撑加强筋、底平板，在∪形底框内具有垫板，垫板上表面形成支撑平面；垫板中心制螺纹孔，螺纹孔以固定间距纵横排列；初定位挡块位于相邻横纵垫板的侧面，初定位挡块的定位面形成一个∟角；底平板为∪形底框基准面。

该铺丝装置的使用方法，包括如下步骤：

1在计算机内分别计算出成型模和∪形底框的重量，拟合出成型模和∪形底框紧固成为整体模具后的旋转轴线，再与法兰盘中心轴线进行比对，当整体模具旋转轴线超过五坐标铺丝机要求的旋转轴线公差范围时，对∪型底框进行配重调整，再次进行旋转轴线的拟合，并再次与法兰盘中心轴线进行比对，直至整体模具旋转轴线在五坐标铺丝机要求的旋转轴线公差范围内；

2对∪型底框进行配重调整

配重调整方式一：以法兰盘中心轴线为基准，计算机测出整体模具旋转轴线，如果整体模具旋转轴线在法兰盘中心轴线的下方，则对成型模进行配重，利用成型模内部空隙以螺接方式连接标准配重块，依据公式：整体模具旋转轴线与法兰盘中心轴线之间的距离x(∪型底框重量-成型模重量)＝配重块重量x配重块重心位置与法兰盘中心轴线之间的距离，初步确定配重量，再拟合整体模具旋转轴线与法兰盘中心轴线，再以减少或增加配重量来拟合整体模具旋转轴线达到五坐标铺丝机要求的旋转轴线公差范围内。

配重调整方式二：以法兰盘中心轴线为基准，计算机测出整体模具旋转轴线，如果整体模具旋转轴线在法兰盘中心轴线的上方，则对∪型底框进行配重，在∪型底框主体框架内以螺接方式连接标准配重块，依据公式：整体模具旋转轴线与法兰盘中心轴线之间的距离x(∪型底框重量-成型模重量)＝配重块重量x配重块重心位置与法兰盘中心轴线之间的距离，初步确定配重量，再拟合整体模具旋转轴线与法兰盘中心轴线，再以减少或增加配重量来拟合整体模具旋转轴线达到五坐标铺丝机要求的旋转轴线公差范围内。

3法兰盘与转接法兰盘利用螺钉在径向预连接，调间隙，使∪形底框达到装配要求，配装销钉，后紧固连接；

4成型模利用螺钉紧固连接在∪形底框的∪形内，成为整体模具；

5整体模具的法兰盘与五坐标铺丝机法兰盘实现径向端面贴合、轴向凹槽的外侧轴向面贴合，利用螺钉在径向预连接，调间隙，使整体模具达到五坐标铺丝机的装配要求，配装螺纹销，后紧固连接；

6利用成型模型板型面上的靶标孔定位点找正五坐标铺丝机铺丝头与成型模型面间的距离关系，并模拟铺丝行程；

7模拟调试合格后，五坐标铺丝机法兰盘带动整体模具升降、旋转，完成铺丝工艺。

本发明的有益效果是：通过调装转接法兰盘，保证了∪形底框的形位公差要求；通过调装法兰盘，整体模具达到五坐标铺丝机的装配要求；∪形底框调整了非回转体成型模在旋转中的平衡，并具有通用性，在∪形底框上利用螺钉紧固可以多次安装不同的成型模，铺丝完成后，成型模与∪形底框分离，是相互独立的部分，成型模再进行后续成型工艺，节约了模具设计、制造成本，节省了热压罐的固化空间；同时仅通过拆卸螺钉实现快速安装其它成型模，具备互换性，节约了操作时间；实现了50％以上非回转体成型模在五坐标铺丝机上旋转快速铺丝；增加了车间设备的利用率，提高了生产和经济效益。

附图说明

图1调整∪形底框与成型模装配

图2整体模具达到旋转轴线公差范围内

图3∪形底框结构

图4现有成型模返修前后对比

图中编号说明：1、成型模；2、型板；3、∪形底框；4、螺钉；5、转接法兰盘；6、法兰盘；7、底板；8、方管；9、斜支撑；10、底平板；11、初定位挡块；12、垫板；13、成型模重心轴线；14、法兰盘中心轴线；15、∪形底框重心轴线；16、整体模具旋转轴线；17、轴线公差范围

具体实施方式

一种复合材料旋转铺丝装置，包括∪形底框3、转接法兰盘5、法兰盘6。两个同心转接法兰盘5固定在∪形底框3两端；两个法兰盘6分别安装在两个转接法兰盘5外侧；∪形底框3∪形内设有支撑平面，支撑平面侧面上设有初定位挡块11和紧固件螺钉4；成型模1放置在支撑平面上并紧固连接在∪形底框3∪形内，成为一个整体模具，两个法兰盘6与五坐标铺丝机法兰盘紧固连接后，整体模具被五坐标铺丝机法兰盘带动升降、旋转，完成铺丝。转接法兰盘5上设有有径向螺纹孔、销钉孔，此螺纹孔、销钉孔与安装在其外侧的法兰盘6上对应的螺、销钉通过孔同心。法兰盘6利用径向螺钉、销钉紧固连接在转接法兰盘5外侧。法兰盘6具有径向端面，此径向端面刚好与五坐标铺丝机法兰盘外端面贴合；此径向端面在轴向具有凹槽，凹槽外侧轴向面刚好与五坐标铺丝机法兰盘轴向伸出的凸块外端面贴合。法兰盘6具有径向螺纹孔、销钉孔，此螺纹孔、销钉孔与五坐标铺丝机法兰盘上对应的螺、销钉通过孔同心。法兰盘6利用径向螺钉、螺纹销紧固连接在五坐标铺丝机法兰盘上。∪形底框3包括主体框架方管8、斜支撑9、底平板10，在∪形底框3内具有垫板12，垫板12上表面形成支撑平面；垫板12中心制螺纹孔，螺纹孔以固定间距纵横排列；初定位挡块11位于相邻横纵垫板12的侧面，初定位挡块11的定位面形成一个∟角；底平板10底面作为∪形底框3基准面。

该铺丝装置的使用方法，包括如下步骤：

1在计算机内分别计算出成型模1和∪形底框3的重量，拟合出成型模1和∪形底框3紧固成为整体模具后的旋转轴线16，再与法兰盘中心轴线14进行比对，当整体模具旋转轴线16超过五坐标铺丝机要求的旋转轴线公差范围17时，对∪型底框3进行配重调整，再次进行旋转轴线的拟合，并再次与法兰盘中心轴线14进行比对，……，直至整体模具旋转轴线16在五坐标铺丝机要求的旋转轴线公差范围17内；

2对∪型底框进行配重调整

配重调整方式一：以法兰盘中心轴线14为基准，计算机测出整体模具旋转轴线16，如果整体模具旋转轴线16在法兰盘中心轴线14的下方，则对成型模1进行配重，利用成型模1内部空隙以螺接方式连接标准配重块，依据公式：整体模具旋转轴线16与法兰盘中心轴线14之间的距离x(∪型底框3重量-成型模1重量)＝配重块重量x配重块重心位置与法兰盘中心轴线14之间的距离，初步确定配重量，再拟合整体模具旋转轴线16与法兰盘中心轴线14，再以减少或增加配重量来拟合整体模具旋转轴线16达到五坐标铺丝机要求的旋转轴线公差范围17内。

配重调整方式二：以法兰盘中心轴线14为基准，计算机测出整体模具旋转轴线16，如果整体模具旋转轴线16在法兰盘中心轴线14的上方，则对∪型底框3进行配重，在∪型底框3主体框架内以螺接方式连接标准配重块，依据公式：整体模具旋转轴线16与法兰盘中心轴线14之间的距离x(∪型底框3重量-成型模1重量)＝配重块重量x配重块重心位置与法兰盘中心轴线14之间的距离，初步确定配重量，再拟合整体模具旋转轴线16与法兰盘中心轴线14，再以减少或增加配重量来拟合整体模具旋转轴线16达到五坐标铺丝机要求的旋转轴线公差范围17内。

3法兰盘6与转接法兰盘5利用螺钉在径向预连接，调间隙，使∪形底框3达到装配要求，配装销钉，后紧固连接；

4成型模1利用螺钉紧固连接在∪形底框3的∪形内，成为整体模具；

5整体模具的法兰盘6与五坐标铺丝机法兰盘实现径向端面贴合、轴向凹槽的外侧轴向面贴合，利用螺钉在径向预连接，调间隙，使整体模具达到五坐标铺丝机的装配要求，配装螺纹销，后紧固连接；

6利用成型模1型板2型面上的靶标孔定位点找正五坐标铺丝机铺丝头与成型模1型面间的距离关系，并模拟铺丝行程；

7模拟调试合格后，五坐标铺丝机法兰盘带动整体模具升降、旋转，完成铺丝工艺。

下面对各个部分进行进一步描述：

(1)如图1，图2所示，穿过成型模1重心的轴线认为是成型模的理论平稳旋转轴线13；∪形底框3为框架式结构，具有主体框架方管8,斜支撑9，转接法兰盘5,根据需要循环计算调整，成为以在与两个转接法兰盘5中心轴线保持等距的∪形底框3重心轴线15上旋转的稳固一体；法兰盘6为均匀回转体，安装在两个转接法兰盘外侧，通过微调后减少两个转接法兰盘的同心度公差，形成整体模具的旋转轴线14；成型模1定位安装在∪形底框3后，成为一个整体模具，整体模具具有旋转轴线16，轴线16处于两个法兰盘中心轴线14的最大公差范围17内，此时实现整体模具旋转平衡。

(2)如图1，图2所示，成型模1被调运到∪形底框3上方，缓慢靠近贴合初定位挡块11形成的∟角的两个垂直面后落在支撑平面(垫板12上表面)上，在∪形底框3上初定位；成型模1的底板7底面与∪形底框3的支撑平面(垫板12上表面)紧紧贴合，成型模1的型面位置基准转换为以∪形底框3的底平板10底平面基准，即是以∪形底框3的加工计量基准为基准；成型模1的底板7的通过孔与垫板12的螺纹孔间距(尺寸L及尺寸B)相同，螺钉4穿过通过孔紧固成型模1。

(3)如图2，图3所示，法兰盘6与转接法兰盘5在径向设置螺钉，销钉紧固连接，利用螺钉与对应通过孔之间的间隙，微调∪形底框3达到装配要求的形位公差；法兰盘6的径向端面刚好与五坐标铺丝机法兰盘外端面贴合；此径向端面在轴向的凹槽的外侧轴向面刚好与五坐标铺丝机法兰盘轴向伸的凸块外端面贴合；利用螺钉、螺纹销调整安装法兰盘6，利用螺钉与对应通过孔之间的间隙，微调整体模具达到铺丝机要求的形位公差。在多个不同成型模多次使用五坐标铺丝机时，仅需要拆卸已完成铺丝的成型模1，安装其他成型模，法兰盘6不需要拆卸，铺丝前，再次找正铺丝机铺丝头与成型模型面间的距离关系，模拟铺丝行程，再完成下一个铺丝过程。实现多套不同成型模1共用∪形底框3。

(4)如图4所示，现有成型模结构与使用旋转铺丝装置的成型模1结构对比，显然，仅需要在成型模底面纵横方向上按等间距焊接一些小平板，同时制出与∪形底框3螺纹孔等间距的通过孔(尺寸L与尺寸B)，新制造及返修成本低。

本发明目的在于提出了一种复合材料旋转铺丝装置，实现常规非回转体成型模具旋转铺丝；具备通用性，增加车间机床的利用率，提高生产和经济效率，节约模具设计制造成本；保证铺丝机高精度的装配要求；保证整体模具在旋转过程中的动态稳定；拆卸后成型模完成后续成型工艺，节约空间；安装、拆卸及操作简单。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种复合材料旋转铺丝装置的使用方法，其特征在于包括一种复合材料旋转铺丝装置，该装置包括∪形底框、转接法兰盘、法兰盘，两个同心转接法兰盘固定在∪形底框两端；两个法兰盘分别安装在两个转接法兰盘外侧；∪形底框∪形内设有支撑平面，支撑平面侧面上设有初定位挡块和紧固件；成型模放置在支撑平面上并紧固连接在∪形底框∪形内，成为一个整体模具，两个法兰盘与五坐标铺丝机法兰盘紧固连接后，整体模具被五坐标铺丝机法兰盘带动升降、旋转，完成铺丝，所述的转接法兰盘上设有有径向螺纹孔、销钉孔，此螺纹孔、销钉孔与安装在其外侧的法兰盘上对应的螺、销钉通过孔同心，所述的法兰盘利用径向螺钉、销钉紧固连接在转接法兰盘外侧，所述的法兰盘具有径向端面，此径向端面刚好与五坐标铺丝机法兰盘外端面贴合；此径向端面在轴向具有凹槽，凹槽外侧轴向面刚好与五坐标铺丝机法兰盘轴向伸出的凸块外端面贴合，所述的法兰盘具有径向螺纹孔、销钉孔，此螺纹孔、销钉孔与五坐标铺丝机法兰盘上对应的螺、销钉通过孔同心，所述的法兰盘利用径向螺钉、螺纹销紧固连接在五坐标铺丝机法兰盘上，的∪形底框包括主体框架、斜支撑加强筋、底平板，在∪形底框内具有垫板，垫板上表面形成支撑平面；垫板中心制螺纹孔，螺纹孔以固定间距纵横排列；初定位挡块位于相邻横纵垫板的侧面，初定位挡块的定位面形成一个∟角；底平板为∪形底框基准面，使用方法包括如下步骤：

1-1在计算机内分别计算出成型模和∪形底框的重量，拟合出成型模和∪形底框紧固成为整体模具后的旋转轴线，再与法兰盘中心轴线进行比对，当整体模具旋转轴线超过五坐标铺丝机要求的旋转轴线公差范围时，对∪型底框进行配重调整，再次进行旋转轴线的拟合，并再次与法兰盘中心轴线进行比对，直至整体模具旋转轴线在五坐标铺丝机要求的旋转轴线公差范围内；

1-2对∪型底框进行配重调整；

1-3法兰盘与转接法兰盘利用螺钉在径向预连接，调间隙，使∪形底框达到装配要求，配装销钉，后紧固连接；

1-4成型模利用螺钉紧固连接在∪形底框的∪形内，成为整体模具；

1-5整体模具的法兰盘与五坐标铺丝机法兰盘实现径向端面贴合、轴向凹槽的外侧轴向面贴合，利用螺钉在径向预连接，调间隙，使整体模具达到五坐标铺丝机的装配要求，配装螺纹销，后紧固连接；

1-6利用成型模型板型面上的靶标孔定位点找正五坐标铺丝机铺丝头与成型模型面间的距离关系，并模拟铺丝行程；

1-7模拟调试合格后，五坐标铺丝机法兰盘带动整体模具升降、旋转，完成铺丝工艺。

2.根据权利要求1所述的一种复合材料旋转铺丝装置的使用方法，其特征在于所述的配重调整，包括以下过程：以法兰盘中心轴线为基准，计算机测出整体模具旋转轴线，如果整体模具旋转轴线在法兰盘中心轴线的下方，则对成型模进行配重，利用成型模内部空隙以螺接方式连接标准配重块，依据公式：整体模具旋转轴线与法兰盘中心轴线之间的距离x(∪型底框重量-成型模重量)＝配重块重量x配重块重心位置与法兰盘中心轴线之间的距离，初步确定配重量，再拟合整体模具旋转轴线与法兰盘中心轴线，再以减少或增加配重量来拟合整体模具旋转轴线达到五坐标铺丝机要求的旋转轴线公差范围内。

3.根据权利要求1所述的一种复合材料旋转铺丝装置的使用方法，其特征在于所述的配重调整，包括以下过程：以法兰盘中心轴线为基准，计算机测出整体模具旋转轴线，如果整体模具旋转轴线在法兰盘中心轴线的上方，则对∪型底框进行配重，在∪型底框主体框架内以螺接方式连接标准配重块，依据公式：整体模具旋转轴线与法兰盘中心轴线之间的距离x(∪型底框重量-成型模重量)＝配重块重量x配重块重心位置与法兰盘中心轴线之间的距离，初步确定配重量，再拟合整体模具旋转轴线与法兰盘中心轴线，再以减少或增加配重量来拟合整体模具旋转轴线达到五坐标铺丝机要求的旋转轴线公差范围内。

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