[发明专利]单驱动的复合材料铺丝头一体化装置

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料自动铺放成型技术领域，尤其是对于多束复合纤维丝束材料铺放成型过程，主要用于采用单个驱动器实现对复合材料丝束铺放控制过程中多束纤维丝束的重送、导向、压紧止动和剪切。

背景技术

复合材料具有高比强度、高比模量，耐疲劳，减振性好，工艺性好等优点，这些优点对飞行器的性能具有很大的价值，在航天航空工业中已经得到了广泛的应用，同时在其他行业，如体育器材、船舶、高铁等领域，复合材料的用量也在日益增多。

对高曲率轮廓复材整体构件，如飞机机身段，以及其他诸如喷气发动机整流罩、进气道、喷管、锥形管、压气机叶片、圆形或“C”形通道管等椭圆高曲率轮廓整体复材构件，使用复合材料自动铺带机设备将难以满足铺放制造的要求。复合材料自动铺丝机由于可以对多束窄条丝带进行单独控制，可根据铺放层轮廓形状对丝束进行独立切断控制，可铺放复杂的、甚至带窗口的曲面。因此，对于此类复杂构件，需要使用自动铺丝机来实现铺放加工制造。

铺丝头是复合材料铺丝机最核心的部件，铺丝头的核心功能装置主要实现对多束复材纤维丝束的独立重送、压紧止动、剪切、导向等功能，这是铺丝机实现对复杂轮廓铺放的保障和前提条件。

现有的铺丝头采用的分立装置能够实现对复合材料纤维丝束的重送、压紧止动和剪切功能，但每套装置都需要采用独立的驱动系统进行驱动控制。在铺丝头的结构方面，不仅驱动元件的数量翻倍，而且还增加了装置的总质量和体积；在控制方面，由于要对每一束纤维丝束进行独立的重送、压紧止动和剪切，重送系统、压紧止动系统和剪切系统必须要相互协同，才能保证丝束的准确切断和铺放，在复杂性方面也有所增加。一旦出现控制失调，重送、压紧止动和剪切系统没有按照设定功能进行配合，三套运动控制系统的动作发生时序偏差，就会出现重送、压紧止动和剪切系统同时动作或不动作，都会影响铺丝机的正常工作，轻则导致铺丝精度不准确，功能不正常，重则会导致铺丝机系统运行故障。

导向系统是保证丝束正常传送的通道。当复材纤维丝束被剪切后，对带有断口的复材丝束进行重送时，复材丝束能否准确进入导向通道是一个严重影响铺丝头正常工作的问题。

现有的剪切系统对复材丝束进行剪切后，复材丝束的断口位置和形状都呈不确定状态。由于纤维丝束的断口位置不确定，当重送剪切后的丝束从剪切系统进入导向通道时，复材丝束容易嵌入剪切和导向两套装置的连接缝隙，也可能滑出导丝槽，极易导致铺丝作业无法正常完成。

发明内容

为了解决上述问题，同时简化驱动系统的结构和控制流程，本发明提出一种可对复材纤维丝束独立进行重送、导向、剪切和压紧止动的一体化装置。

经过研究分析，压紧止动系统和重送系统是两套功能互斥的系统，在对丝束进行压紧止动时，重送系统处于停止工作状态，以保证对丝束的正常切断和铺放。当处于重送状态时，压紧止动系统释放铺丝通道，以保证纤维丝束的顺利通过和铺放。

本发明将重送和压紧止动装置融为一体，在结构上，不仅减少了驱动元件的总数量，减轻了铺丝头的总质量，而且空间占用少。在可靠性方面，一体化的设计避免了压紧止动和重送两套系统控制的相互协同配合，保证正常的压紧止动重送切换时序和互斥的切换动作，极大的降低了故障率，提高了系统可靠性。

考虑到压紧止动装置与剪切装置共同配合使用，在功能上是相容的，可以集成到一起。此外，剪切和导向密切相关，将剪切和导向功能进行集成也是保证丝束正常铺放的先决条件。

本发明提出的一种重送剪切导向压紧一体化装置包括：驱动臂、固定臂、连杆装置、重送轮装置、重送轮轴、导向槽、传动臂、压止剪切装置和导向刀座，其中：

所述驱动臂的一端与所述连杆装置连接，一端与外部驱动装置连接，用于将外部驱动装置的动力传递到所述一体化装置上；

所述固定臂的一端与所述连杆装置连接，一端与外部固定装置连接，用于保持固定臂与外部固定装置稳定的相对位置，为所述连杆装置提供固定的旋转中心；

所述连杆装置与驱动臂、固定臂、传动臂和重送轮装置连接；

所述重送轮装置与所述连杆装置连接，所述重送轮轴放置于重送轮装置的下方，用于与重送轮装置配合使用，通过重送轮轴的摩擦力将介于重送轮装置和重送轮轴之间的纤维丝束送至导向槽的对应槽内；

所述导向槽放置于重送轮轴与导向刀座之间，用于对纤维丝束进行导向，使得纤维丝束顺利从重送轮轴进入到导向刀座的导向通道中；

所述传动臂的一端与所述连杆装置连接，一端与压止剪切装置连接，用于将连杆装置上的动力和运动传递到压止剪切装置上；