CN116552024A - 一种高强度轻量化的机械臂及其制造工艺与制造模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械臂制造技术领域，尤其是涉及一种高强度轻量化的机械臂及其制造工艺与制造模具，包括如下步骤：在芯模表面涂覆防黏剂；贴附碳纤维预浸料，脱出芯模，得到待成型件，在其两端放置金属件和滑块；塞入风管，随后放入模具的模穴中，把模具放入到热压台上，通过气嘴向风管中通入高压气体，将模具加热至成型温度，然后进行保温固化成型；将热压后的模具输送入冷却台，取出模具进行脱模，随后抽出风管和取下滑块。终上所述，可以使碳纤维和金属件更好的稳定对接，提高固化成型后的质量，增强金属件与碳纤维之间的连接牢固程度；还能降低碳纤维生产成本，提高碳纤维机械臂的结构强度，降低生产成本，提升产品的市场竞争力。

Description

一种高强度轻量化的机械臂及其制造工艺与制造模具

技术领域

本发明涉及机械臂制造技术领域，尤其是涉及一种高强度轻量化的机械臂及其制造工艺与制造模具。

背景技术

机械手臂是机械人技术领域中广泛应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域都能见到它的身影。尽管它们的形态各有不同，但它们都有一个共同的特点，就是能够接受指令，精确地定位到三维(或二维)空间上的某一点进行作业。

机械手臂设计过程中要求手臂应承载能力大，刚性好，自重轻。手臂的刚性直接影响到手臂抓取工件时动作的平稳性、运动的速度和定位精度。如刚性差则会引起手臂在垂直平面内的弯曲变形和水平面内侧向扭转变形，而手臂还容易产生振动，导致动作不到位或定位不准确。为此，机械手臂一般都采用刚性较好的机械臂来加大手臂的刚度，而相应的支撑件、连接件的刚性也要有一定的要求，以保证能承受所需要的驱动力。

但是金属机械臂的重量较重时，操作精准度和稳定性容易受到限制，因此对机械手臂的轻量化提出了更高的要求。而碳纤维原料相对比较贵，如果只增加碳纤维的厚度从而提高机械手臂的刚性，容易导致成本过高。如果只减小碳纤维的厚度从而降低成本，又容易导致机械手臂刚性不够。

而且碳纤维材质还有一个缺陷就是不便于打孔进行配套电机等设备的安装，因此需要在碳纤维制造过程中填入金属件来帮助固定安装电机设备。但是在生产过程中，金属件在碳纤维预浸料被热压定型的过程中如何保持稳定性，也是一个问题。

因此，所要解决的技术问题是如何提供一种高强度轻量化的机械臂及其制造工艺与制造模具，使碳纤维和金属件在制造过程中可以更好的稳定对接，还能在降低碳纤维生产成本的基础上，增加碳纤维机械臂的结构强度。

发明内容

本发明为克服上述情况不足，旨在提供一种能解决上述问题的技术方案。

本发明提供一种高强度轻量化的机械臂的制造工艺，包括如下步骤：

步骤一，准备预制芯模，在预制芯模表面涂覆防黏剂；

步骤二，在芯模的外表面依次贴附多层碳纤维预浸料，随后脱出芯模，得到待成型件，在待成型件的两端放置预制金属件和预制滑块；

步骤三，在放置了预制金属件和预制滑块的待成型件的内部空腔中塞入预制风管，所述预制风管设置有用于向风管内通气并使风管充气膨胀的气嘴；

步骤四，准备预制模具，把步骤三中处理完成的待成型件放入模具的模穴中，合上模具，把合模后的模具放入到热压机的热压台上，然后通过气嘴向风管中通入高压气体，所述高压气体的气压为0.8MPa～1.2MPa，并在持续通气的条件下将模具加热至成型温度140℃～160℃，然后进行保温固化25分钟～45分钟，使待成型件上的碳纤维预浸料固化成型；

步骤五，将步骤五中热压后的模具输送入冷却台进行冷却5分钟～15分钟，然后取出模具进行脱模，随后抽出风管和取下预制滑块，从而得到碳纤维材质的机械臂。

作为本发明进一步的方案：步骤一中所述的预制芯模包括如下制作步骤：首先根据所要制造的机械臂的形状和尺寸制作相应的模具，其中包括上模具和配套的下模具，上模具和下模具之间设置有与产品外形一致的凹槽，上模具和下模具上还分别设置有充气槽和导流槽；随后在模具的凹槽模穴中灌满硅胶溶液，把灌满硅胶溶液的模具放入到热压机的热压台上进行热压成型处理，最后进行降温脱模，得到硅胶芯模粗胚，随后对硅胶芯模粗胚的外表面进行切削，根据所要制造的机械臂的厚度切削掉相应厚度的硅胶芯模粗胚外表面的材料，然后把粗胚的外表面打磨光滑，得到预制芯模。

作为本发明进一步的方案：步骤二中所述的在芯模的外表面依次贴附多层碳纤维预浸料，包括如下步骤：首先根据所要制造的机械臂的形状和尺寸裁切相应的碳纤维预浸料，然后在最内层贴附一层碳纤维编织布，随后在中间贴附多层单向碳纤维布，最后在最外层贴附一层碳纤维编织布。

作为本发明进一步的方案：所述贴附多层单向碳纤维布包括如下步骤：把单向碳纤维布的纤维排布方向与机械臂的轴向之间的角度设为铺层角度，第一层单向碳纤维布在贴附时的铺层角度为-5度～5度，第二层单向碳纤维布在贴附时的铺层角度为85度～95度，第三层单向碳纤维布在贴附时的铺层角度为40度～50度。

作为本发明进一步的方案：步骤二中所述的预制金属件和预制滑块包括如下制作步骤：首先根据所要制造的机械臂的形状和尺寸分别制作相应的预制金属件和预制滑块，然后把预制金属件和预制滑块进行可拆卸的固定连接。

作为本发明进一步的方案：步骤三中所述的预制风管包括如下制作步骤：首先根据所要制造的机械臂的形状和尺寸制作相应的风管和风嘴，并将风嘴可拆卸的固定连接在风管上，使气体可通过风嘴向风管内流动，随后把风管浸泡在脱模剂中一定时间，从而便于热压成型后抽出风管。

作为本发明进一步的方案：步骤四中所述的准备预制模具包括如下步骤：对所述模具进行温度为50℃～80℃的预热，随后在模具的内表面涂刷脱模剂，待脱模剂干燥后得到所述预制模具。

作为本发明进一步的方案：完成步骤五之后，还可以设置检查步骤、打磨步骤、清洗步骤和喷漆步骤，检查步骤用于检查机械臂是否有缺料、气泡、针孔等情况发生；打磨步骤用于打磨机械臂上的毛刺或披锋等凸出物；清洗步骤用于清洗机械臂上残留的脱模剂等溶剂；喷漆步骤用于对机械臂喷涂亮光油漆等表面漆。

还提供一种高强度轻量化的机械臂，所述机械臂采用上述的制造工艺制造而成。

还提供一种机械设备，包括上述制造工艺制作的机械臂，还包括控制组件和驱动电机，所述驱动电机固定连接在机械臂上，并驱动机械臂转动，所述控制组件固定连接在机械臂上，用于控制驱动电机的运转。

还提供一种高强度轻量化的机械臂的制造模具，所述制造模具用于配合上述制造工艺进行加工生产，制造模具包括上模具和配套的下模具，上模具和下模具为上下对称的结构；上模具和下模具之间设置有与产品外形一致的凹槽，一副模具一次成型整个机械设备的多个机械臂。上模具和下模具上分别设置有导流槽和充气槽，所述导流槽用于把热压后溢出的碳纤维预浸料中的树脂液体引导出所述模具；所述充气槽用于容纳气管和气嘴。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过设置预制滑块和预制金属件进行可拆卸的固定连接，从而保证了金属件在模具中的相对位置不发生变化，进而稳定的被碳纤维预浸料包裹在预设的位置上，在碳纤维预浸料热压固化的过程中，也可以限制住金属件使其不发生位移，从而提高固化成型后的产品质量，增强金属件与碳纤维之间的连接牢固程度。

2、通过在两层碳纤维编织布之间增加单向碳纤维布，而且把每一层单向碳纤维布的铺层角度进行预设的变化，从而进一步的增强碳纤维机械臂的刚性，还能减少碳纤维的用量，降低整体成本。

3、在放入待成型件之前，把模具进行预热后再涂刷脱模剂，从而可以使脱模剂更快的干燥，减少等待时间，提升生产效率。

4、而且放入待成型件后，不需要再次预热，减少了一次预热的步骤，从而提升生产效率。

因此，本发明经过上述的改进，可以使碳纤维和金属件在制造过程中进行更好的稳定对接，从而提高固化成型后的产品质量，增强金属件与碳纤维之间的连接牢固程度；还能在降低碳纤维生产成本的基础上，提高碳纤维机械臂的结构强度，既能降低生产成本，还能提升产品的市场竞争力。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的模具结构示意图；

图2是本发明的模具装配结构示意图；

图3是本发明的机械臂热压时的结构示意图；

图4是本发明的机械臂的碳纤维材质分布示意图；

图5是本发明的机械设备的整体结构示意图；

图6是本发明的机械臂与驱动电机的结构示意图；

图7是本发明的预制金属件与预制滑块组合时的结构示意图；

图8是本发明的预制金属件与预制滑块分拆后的结构示意图；

图9是本发明的制造工艺的流程示意图；

图10是本发明的芯模的结构示意图。

图中的附图标记及名称如下：

10机械臂；11控制组件；12驱动电机；13机械设备；14连接底座；21预制金属件；22螺纹孔；23预制滑块；24通孔；25承托凸块；26预制风管；27气嘴；30模具；31上模具；32下模具；33凹槽；34充气槽；35导流槽；41碳纤维编织布；42单向碳纤维布；43第一层单向布；44第二层单向布；45第三层单向布；50芯模；51切断位置；52第一芯模；53第二芯模；54第三芯模；55第四芯模；56叠接部位。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图10，本发明实施例中，一种高强度轻量化的机械臂的制造工艺，包括如下步骤：

步骤一，准备预制芯模50，在芯模50表面涂覆防黏剂；步骤二，在芯模50的外表面依次贴附多层碳纤维预浸料，随后脱出芯模50，得到待成型件；在待成型件的两端放置预制金属件21和预制滑块23；步骤三，在放置了预制金属件21和预制滑块23的待成型件的内部空腔中塞入预制风管26，所述预制风管26设置有用于向风管内通气并使风管充气膨胀的气嘴27；步骤四，准备预制模具30，把步骤三中处理完成的待成型件放入模具30的模穴中，合上模具31，把合模后的模具30放入到热压机的热压台上，然后通过气嘴27向风管中通入高压气体，所述高压气体的气压为0.8MPa～1.2MPa，并在持续通气的条件下将模具30持续加热至140℃～160℃后，进行保温固化25分钟～45分钟，使待成型件上的碳纤维预浸料固化成型；步骤五，将步骤五中热压后的模具30输送入冷却台进行冷却5分钟～15分钟，随后取出模具30进行脱模，随后抽出风管和取下预制滑块23，从而得到两端嵌入有金属件的碳纤维材质的机械臂10。

具体而言，对于使用碳纤维预浸料进行的生产制造，很大一部分都会使用热压机进行热压定型的方式进行生产，而在模具30的制作和预成型件的制作等步骤中，却存在很大的差异，通常会根据所需要生产制造的产品进行改进和定制，从而达到减少成本，提高效率的目的。具体到机械臂10的生产制造中，由于机械臂10的内部需要安装驱动电机12等设备元件，其内部需要保持中空，因此其管壁需要在保持高强度的刚性的前提下，尽可能的进行轻量化和轻薄化的处理。另外，为了固定安装驱动电机12等设备元件，还需要在机械臂10的两端设置相应的金属件，并使用碳纤维预浸料包裹固定住金属件，从而在热压成型阶段，可以使碳纤维预浸料和金属件之间形成牢固的固定连接。

其次，为了在热压过程中，能对管壁上的碳纤维预浸料形成强力的挤压作用，还需要在机械臂10的内部空腔中放入预制气管，并通过气嘴27向气管内冲入高压气体，并在保持高压气体特定压强的情况下，对预成型件进行热压，从而使碳纤维预浸料发生相应的热压定型。定型之后可以进行冷却和脱模，并取出风管和预制滑块23，从而完成机械臂10的生产制造。使碳纤维和金属件在制造过程中可以更好的稳定对接，还能提高固化成型后的产品质量，增强金属件与碳纤维之间的连接牢固程度；还能在降低碳纤维生产成本的基础上，提高碳纤维机械臂10的结构强度。

如图1、图2和图10所示，优选的，步骤一中所述的预制芯模50包括如下制作步骤：首先根据所要制造的机械臂10的形状和尺寸制作相应的模具30，其中包括上模具31和配套的下模具32，上模具31和下模具32之间设置有与产品外形一致的凹槽33，上模具31和下模具32上还分别设置有充气槽34和导流槽35；在模具30中灌满硅胶溶液，随后把灌满硅胶溶液的模具30放入到热压机的热压台上进行热压成型处理，最后进行降温脱模，得到硅胶芯模50粗胚，随后对硅胶芯模50粗胚的外表面进行切削，根据所要制造的机械臂10的厚度切削掉相应厚度的硅胶芯模50粗胚外表面的材料，然后把粗胚的外表面打磨光滑，得到预制芯模50。

具体的，先根据产品的形状和尺寸制作相应的模具30，随后在模具30内放入硅胶原料，再使用热压机进行热压的方式制作硅胶芯模50粗胚，然后把硅胶芯模50粗胚的外表面切削掉相应的厚度，由于硅胶芯模50粗胚的形状的不规整，因此切削工作可以由人工完成，最后在打磨光滑即可。由于在贴附完碳纤维预浸料之后，还需要拔出芯模50，因此所述芯模50需要在图10所示的切断位置51进行预先的切断，从而方便在机械臂10的预成型件的开口处脱出芯模50。而且，还可以在贴附碳纤维预浸料之前，在芯模50的外表面涂覆防黏剂，从而便于后续碳纤维预浸料贴附完成后可以顺利的脱出芯模50。所述防黏剂优选的是可以使用滑石粉。

其次，为了使贴附碳纤维预浸料的时候芯模50不会随意转动，还可以在切断位置51设置一定的卡扣部件，比如一端设置凹槽33（图中未示出），一端设置凸块（图中未示出），从而防止切断后的芯模50发生不需要的转动。所述凹槽33与凸块还需要设置成当拔出芯模50时不会限制芯模50的脱出。

再次，如图10中的芯模50，在切断位置51上进行切断后，可以分为相应的第一芯模52、第二芯模53、第三芯模54和第四芯模55，从而方便后续的脱出。而在图中的叠接部位56，为了方便第二芯模53和第三芯模54的脱出，优选的，所述机械臂10叠接部位56的碳纤维预浸料可以分为两个部分进行贴附，即从叠接部位56开始分为两个部分进行分别的贴附，在贴附完成脱出芯模50后，再把两个部分的叠接部位56进行重叠连接，并在最外层再贴附至少一层碳纤维预浸料进行加固。

如图4所述，优选的，步骤二中所述的在芯模50的外表面依次贴附多层碳纤维预浸料，包括如下步骤：首先根据所要制造的机械臂10的形状和尺寸裁切相应的碳纤维预浸料，然后在最内层贴附一层碳纤维编织布41，随后在中间贴附多层单向碳纤维布42，最后在最外层贴附一层碳纤维编织布41。所述贴附多层单向碳纤维布42包括如下步骤：把单向碳纤维布42的纤维排布方向与机械臂10的轴向之间的角度设为铺层角度，第一层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为-5度～5度，第二层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为85度～95度，第三层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为40度～50度。

具体的，首先根据产品的需要，进行碳纤维预浸料的裁切，可以使用裁切机械进行相应的裁切，也可以使用人工作业的方式进行裁切。裁切完毕后，首先在芯模50的外表面进行碳纤维编织布41的贴附，随后进行单向碳纤维布42的贴附，最后再次进行碳纤维编织布41的贴附。最内层和最外层的碳纤维编织布41主要起到一个支撑和美观的作用，而中间层的单向碳纤维布42经过多角度多层次的变化贴附，可以增强机械臂10的刚性，使机械臂10达到高强度和轻量化的效果。

另外，在中间层的单向碳纤维布42的具体贴附层数上，优选的，可以根据所生产的机械臂10的尺寸和用途进行相应的变化。比如对于小型化的机械臂10，可以只贴附三层单向碳纤维布42，而且每层的铺层角度都彼此不同。如图4所示，第一层单向布43的铺层角度为0度，第二层单向布44的铺层角度为为90度，第三层单向布45的铺层角度为为45度。

其次，对于一些中大型的机械臂10，或者需要夹持移动重物的机械臂10，可以增加单向碳纤维布42的具体贴附层数，还可以根据具体贴附层数的变化，把每一层的铺层角度进行相应的变化。从而不管机械臂10的尺寸如何变化，都可以实现高强度和轻量化的效果。比如在需要增加机械臂10的整体强度时，可以贴附六层单向碳纤维布42，其中第一层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为-5度～5度，第二层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为85度～95度，第三层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为40度～50度，第四层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为-40度～-50度，第五层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为85度～95度，第六层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为-5度～5度。

如图7和图8所示，优选的，步骤二中所述的预制金属件21和预制滑块23包括如下制作步骤：首先根据所要制造的机械臂10的形状和尺寸分别制作相应的预制金属件21和预制滑块23，然后把预制金属件21和预制滑块23进行可拆卸的固定连接。

具体的，所述固定连接优选的是通过预制金属件21上的螺纹孔22和预制滑块23上的通孔24使用螺栓进行螺栓连接，从而方便在脱模后取下预制滑块23。另外所述预制滑块23的预先制作数量可以和一组模具30所需要使用的数量进行匹配。比如当制作一组模具30需要十个预制滑块23时，如果制作了三组模具30，就需要制作三十个预制滑块23。而预制金属件21，由于每生产一组机械臂10都需要用到相应数量的预制金属件21，因此预制金属件21的数量可以和需要生产的机械臂10的数量相匹配。其中预制滑块23还可以设置有承托凸块25，所述承托凸块25固定连接在预制滑块23上，并可以使所述预制金属件21套设在承托凸块25上，随后被螺栓固定连接在预制滑块23上。所述承托凸块25主要用于对预制金属件21进行限位和支撑，使其在热压过程中不会发生位移变化，从而更好的与碳纤维预浸料形成稳固的连接。

如图2和图3所示，优选的，步骤三中所述的预制风管26包括如下制作步骤：首先根据所要制造的机械臂10的形状和尺寸制作相应的风管和风嘴，并将风嘴固定连接在风管上，使气体可通过风嘴向风管内流动，随后把风管浸泡在脱模剂中一定时间，从而便于热压成型后抽出风管。

具体的，所述风管可以预先制作成比机械臂10内部空间稍大一点的风管，但优选的是使用具有一定延展性的风管，从而在通过风嘴对风管内部充入高压气体时，所述预制风管26可以发生一定程度的变形，从而对碳纤维预浸料形成的预成型件的内壁形成一定的压强，使碳纤维预浸料可以更好的成型。另外，为了在成型后，方便把风管抽出，优选的是在放入风管之前，把风管在脱模剂中浸泡一定时间，从而使风管外表面浸润上脱模剂，方便后续脱模后的抽出。

如图2所示，优选的，步骤四中所述的准备预制模具30包括如下步骤：对所述模具30进行温度为50℃～80℃的预热，随后在模具30的内表面涂刷脱模剂，待脱模剂干燥后得到所述预制模具30。

具体的，为了加快脱模剂的干燥，可以先对模具30进行一定温度的预热，随后在预热后的模具30的内部凹槽33中涂刷脱模剂，等待模具30上的脱模剂干燥后，才放入预成型件到模具30内，进行相应的后续处理。另外，所述涂刷脱模剂优选的是涂刷三遍，并且保证模具30凹槽33的内表面干净无异物。通过先进行预热，然后才涂刷脱模剂，从而可以加快脱模剂的干燥过程，减少等待时间，也可以提高生产效率。而且在这步骤中进行了相应的预热后，在后续热压步骤中，可以不用再次进行预热步骤了，可以直接进行热压定型步骤。

如图10所示，优选的，在步骤五完成之后，还可以设置检查步骤、打磨步骤、清洗步骤和喷漆步骤，检查步骤用于检查机械臂10是否有缺料、气泡、针孔等情况发生；打磨步骤用于打磨机械臂10上的毛刺或披锋等凸出物；清洗步骤用于清洗机械臂10上残留的脱模剂等溶剂；喷漆步骤用于对机械臂10喷涂亮光油漆等表面漆。

具体的，所述的检查步骤、打磨步骤、清洗步骤和喷漆步骤可以离开热压车间，转移到其他车间进行相应的工作步骤。

如图5和图6所示，优选的，一种机械设备13，包括控制组件11、多个上述碳纤维材质生产的机械臂10和多个驱动电机12，所述驱动电机12固定连接在机械臂10上，并驱动机械臂10转动，所述控制组件11固定连接在机械臂10上，用于控制驱动电机12的运转。

具体的，所述机械设备13可以由多个机械臂10的组件和相应的配套的驱动电机12进行组装而成，还需要设置控制组件11，从而控制驱动电机12的转动，从而驱使机械设备13进行相应的移动和工作。另外，还可以设置连接底座14，用于把所述机械设备13连接在其他外部装置或平台上进行相应的使用。

如图1和图2所示，优选的，一种高强度轻量化的机械臂的制造模具，包括上模具31和配套的下模具32，上模具31和下模具32为上下对称的结构；上模具31和下模具32之间设置有与产品外形一致的凹槽33，一副模具30一次成型整个机械设备13的多个机械臂10。上模具31和下模具32上分别设置有充气槽34和导流槽35，所述充气槽34用于容纳气嘴27和气管；所述导流槽35用于把热压后溢出的碳纤维预浸料中的树脂液体引导出所述模具30。

具体的，所述凹槽33用于放置容纳预成型件。另外所述模具30上还可以设置有现有技术中的相应的固定螺栓和对准卡扣，在此不再赘述。

实施例一：

先制作小型机械臂10所需要的模具30和相应的芯模50，随后在芯模50上贴附碳纤维预浸料。首先在最内层贴附一层碳纤维编织布41，随后在中间贴附多层单向碳纤维布42，最后在最外层贴附一层碳纤维编织布41。其中单向碳纤维布42一共贴附三层，第一层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为-5度，第二层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为85度，第三层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为40度。随后脱出芯模50，得到待成型件，并把螺栓连接的预制金属件21和预制滑块23安装在待成型件的相应位置上。然后在待成型件内部放入预制风管26。

预热模具30，并涂刷三遍脱模剂，随后放入待成型件，合模放入热压机进行热压，通过气嘴27充入气压为0.8MP的高压气体，加热至140℃并保温固化成型25分钟。

冷却5分钟，进行脱模，并抽出风管和取下预制滑块23，最终得到碳纤维材质的机械臂10。此机械臂10的尺寸小巧，管壁非常轻薄，同样具有高强度的刚性，不易变形，适合对小型零部件进行抓取或移动等操作。

实施例二：

先制作中型机械臂10所需要的模具30和相应的芯模50，随后在芯模50上贴附碳纤维预浸料。首先在最内层贴附一层碳纤维编织布41，随后在中间贴附多层单向碳纤维布42，最后在最外层贴附一层碳纤维编织布41。其中单向碳纤维布42一共贴附六层，第一层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为0度，第二层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为90度，第三层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为45度，第四层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为-45度，第五层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为90度，第六层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为0度。随后脱出芯模50，得到待成型件，并把螺栓连接的预制金属件21和预制滑块23安装在待成型件的相应位置上。然后在待成型件内部放入预制风管26。

预热模具30，并涂刷三遍脱模剂，随后放入待成型件，合模放入热压机进行热压，通过气嘴27充入气压为1.0MP的高压气体，加热至150℃并保温固化成型35分钟。

冷却10分钟，进行脱模，并抽出风管和取下预制滑块23，最终得到碳纤维材质的机械臂10。此机械臂10采用中型尺寸，管壁相对轻薄，同样具有高强度的刚性，不易变形，适合对中型零部件进行抓取或移动等操作。

实施例三：

先制作大型机械臂10所需要的模具30和相应的芯模50，随后在芯模50上贴附碳纤维预浸料。首先在最内层贴附一层碳纤维编织布41，随后在中间贴附多层单向碳纤维布42，最后在最外层贴附一层碳纤维编织布41。其中单向碳纤维布42一共贴附九层，第一层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为-5度，第二层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为85度，第三层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为40度。第四层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为0度，第五层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为90度，第六层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为-40度，第七层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为5度，第八层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为95度，第九层单向碳纤维布42在贴附时的铺层角度为45度。随后脱出芯模50，得到待成型件，并把螺栓连接的预制金属件21和预制滑块23安装在待成型件的相应位置上。然后在待成型件内部放入预制风管26。

预热模具30，并涂刷三遍脱模剂，随后放入待成型件，合模放入热压机进行热压，通过气嘴27充入气压为1.2MP的高压气体，加热至160℃并保温固化成型45分钟。

冷却15分钟，进行脱模，并抽出风管和取下预制滑块23，最终得到碳纤维材质的机械臂10。此机械臂10采用大型尺寸，管壁相对轻薄，具有非常高强度的刚性，不易变形，适合对大型零部件进行抓取或移动等操作。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (12)

1.一种高强度轻量化的机械臂的制造工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，准备预制芯模（50），在预制芯模（50）表面涂覆防黏剂；

步骤二，在芯模（50）的外表面依次贴附多层碳纤维预浸料，随后脱出芯模（50），得到待成型件，在待成型件的两端放置预制金属件（21）和预制滑块（23）；

步骤三，在放置了预制金属件（21）和预制滑块（23）的待成型件的内部空腔中塞入预制风管（26），所述预制风管（26）设置有用于向风管内通气并使风管充气膨胀的气嘴（27）；

步骤四，准备预制模具（30），把步骤三中处理完成的待成型件放入模具（30）的模穴中，合上模具（31），把合模后的模具（30）放入到热压机的热压台上，然后通过气嘴（27）向风管中通入高压气体，所述高压气体的气压为0.8MPa～1.2MPa，并在持续通气的条件下将模具（30）加热至成型温度140℃～160℃，然后进行保温固化25分钟～45分钟，使待成型件上的碳纤维预浸料固化成型；

步骤五，将步骤五中热压后的模具（30）输送入冷却台进行冷却5分钟～15分钟，然后取出模具（30）进行脱模，随后抽出风管和取下预制滑块（23），从而得到碳纤维材质的机械臂（10）。

2.根据权利要求1所述的一种高强度轻量化的机械臂的制造工艺，其特征在于，步骤一中所述的预制芯模（50）包括如下制作步骤：首先根据所要制造的机械臂（10）的形状和尺寸制作相应的模具（30），其中包括上模具（31）和配套的下模具（32），上模具（31）和下模具（32）之间设置有与产品外形一致的凹槽（33），上模具（31）和下模具（32）上还分别设置有充气槽（34）和导流槽（35）；随后在模具（30）的凹槽（33）模穴中灌满硅胶溶液，把灌满硅胶溶液的模具（30）放入到热压机的热压台上进行热压成型处理，最后进行降温脱模，得到硅胶芯模（50）粗胚，随后对硅胶芯模（50）粗胚的外表面进行切削，根据所要制造的机械臂（10）的厚度切削掉相应厚度的硅胶芯模（50）粗胚外表面的材料，然后把粗胚的外表面打磨光滑，得到预制芯模（50）。

3.根据权利要求1所述的一种高强度轻量化的机械臂的制造工艺，其特征在于，步骤二中所述的在芯模（50）的外表面依次贴附多层碳纤维预浸料，包括如下步骤：首先根据所要制造的机械臂（10）的形状和尺寸裁切相应的碳纤维预浸料，然后在最内层贴附一层碳纤维编织布（41），随后在中间贴附多层单向碳纤维布（42），最后在最外层贴附一层碳纤维编织布（41）。

4.根据权利要求3所述的一种高强度轻量化的机械臂的制造工艺，其特征在于，所述贴附多层单向碳纤维布（42）包括如下步骤：把单向碳纤维布（42）的纤维排布方向与机械臂（10）的轴向之间的角度设为铺层角度，第一层单向碳纤维布（42）在贴附时的铺层角度为-5度～5度，第二层单向碳纤维布（42）在贴附时的铺层角度为85度～95度，第三层单向碳纤维布（42）在贴附时的铺层角度为40度～50度。

5.根据权利要求1所述的一种高强度轻量化的机械臂的制造工艺，其特征在于，步骤二中所述的预制金属件（21）和预制滑块（23）包括如下制作步骤：首先根据所要制造的机械臂（10）的形状和尺寸分别制作相应的预制金属件（21）和预制滑块（23），然后把预制金属件（21）和预制滑块（23）进行可拆卸的固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种高强度轻量化的机械臂的制造工艺，其特征在于，步骤三中所述的预制风管（26）包括如下制作步骤：首先根据所要制造的机械臂（10）的形状和尺寸制作相应的风管和风嘴，并将风嘴可拆卸的固定连接在风管上，使气体可通过风嘴向风管内流动，随后把风管浸泡在脱模剂中一定时间，从而便于热压成型后抽出风管。

7.根据权利要求2所述的一种高强度轻量化的机械臂的制造工艺，其特征在于，步骤四中所述的准备预制模具（30）包括如下步骤：对所述模具（30）进行温度为50℃～80℃的预热，随后在模具（30）的内表面涂刷脱模剂，待脱模剂干燥后得到所述预制模具（30）。

8.根据权利要求1所述的一种高强度轻量化的机械臂的制造工艺，其特征在于，完成步骤五之后，还可以设置检查步骤、打磨步骤、清洗步骤和喷漆步骤，检查步骤用于检查机械臂（10）是否有缺料、气泡、针孔等情况发生；打磨步骤用于打磨机械臂（10）上的毛刺或披锋等凸出物；清洗步骤用于清洗机械臂（10）上残留的脱模剂等溶剂；喷漆步骤用于对机械臂（10）喷涂亮光油漆等表面漆。

9.一种高强度轻量化的机械臂，其特征在于，所述机械臂（10）采用权利要求1-8中任一项所述的制造工艺制造而成。

10.一种机械设备（13），其特征在于，包括权利要求9所述的机械臂（10），还包括控制组件（11）和驱动电机（12），所述驱动电机（12）固定连接在机械臂（10）上，并驱动机械臂（10）转动，所述控制组件（11）固定连接在机械臂（10）上，用于控制驱动电机（12）的运转。

11.一种高强度轻量化的机械臂的制造模具，其特征在于，所述制造模具用于配合权利要求1-8中任一项所述的制造工艺进行加工生产，制造模具包括上模具（31）和配套的下模具（32），上模具（31）和下模具（32）为上下对称的结构；上模具（31）和下模具（32）之间设置有与产品外形一致的凹槽（33），一副模具（30）一次成型整个机械设备（13）的多个机械臂（10）。

12.根据权利要求11所述的一种高强度轻量化的机械臂的制造模具，其特征在于，上模具（31）和下模具（32）上分别设置有导流槽（35）和充气槽（34），所述导流槽（35）用于把热压后溢出的碳纤维预浸料中的树脂液体引导出所述模具（30）；所述充气槽（34）用于容纳气管和气嘴（27）。