[发明专利]联动数控铺缠一体化成型装备

说明书

本发明涉及一种联动数控铺缠一体化成型装备。该成型设备的装备主机上设置有三个平移单元，其中的X轴移动单元设置在Z轴移动单元的输出端上，Y轴移动单元设置在X轴移动单元的输出端上；铺缠手腕的滚转单元固定设置在Y轴移动单元的输出端上，俯仰单元固定设置在滚转单元的输出端上，偏航单元固定设置在俯仰单元的输出端上，铺缠头设置在偏航单元的输出端上，铺缠头上设置有送带单元，以用于输送铺缠工件所需料带卷；旋转工作台设置在装备主机的水平横向一侧，旋转工作台用于安放待铺缠的工件，并带动该工件绕竖直方向旋转。本发明可为自动丝束铺放技术提供了适于工程应用研究和制造的装备平台。

技术领域

本发明属于机械设计与制造技术领域，尤其涉及一种联动数控铺缠一体化成型装备。

背景技术

传统的数控缠绕机，能够完成筒形、锥形、幂次曲线形回转体的复合材料蒙皮缠绕成型，但无法完成异型曲面蒙皮的铺放成型。对于异型曲面蒙皮，使用传统数控布带缠绕机仅能完成模具旋转及预浸带固定，布带的铺放成型靠人工完成，预浸带在铺放中人为施加张力，导致布带与模具产品之间贴合不实，比理论圆周偏大。

除回转体壳体类复合材料薄壁蒙皮结构件产品可采用布带缠绕机直接缠绕成型外，空间复杂异形曲面类复合材料薄壁产品成型目前均无自动化装备，需要通过靠手工成型。复合材料蒙皮纤维铺放方向、精度及铺放质量对产品综合性能和质量一致性影响较大。手工铺放首先需要对模具进行预热，保证预浸料可以较好地贴模；预浸丝束铺放的角度、缝隙拼接均由人工控制；为了保证预浸料之间贴合良好，每铺2～3层，需要包真空进行一次预压；下次铺层前需要再对模具进行预热，已铺层在模具上的预浸料时常需经历多次加热过程。该成型过程周期漫长，劳动强度大效率低；且手工成型的复合材料结构件的纤维铺放角度、纤维束之间的拼缝、预浸料的树脂含量、纤维拉直程度等均无法保证，产品质量稳定性差且无法满足复材材料空间曲面蒙皮类产品工程化高效率生产节奏需求。

因此，通过人工使用纤维网格布进行平行重叠缠绕、斜纹布斜叠缠绕成型固化后，再进行机加工整形，存在的主要缺点有三个方面：

首先，人工固化成型加工后存在皱褶、架桥、分层、开裂等多种质量缺陷，导致产品质量可靠性、稳定性和一致性差；其次，材料利用率低下导致材料成本高，为降低人工操作难度，提高人工效率，传统固化工艺是直接将整个异形曲面工件包绕，大面积的材料需要在固化后切削掉实现成型，实际缠绕成型的材料利用率不到30％，浪费极其严重；再者，需要通过机械切削加工去除多余的布带蒙皮，布带纤维在此过程中遭到切断破坏导致综合性能低，并且加工成本高、切削时粉尘污染严重、工序周转周期长导致总体成本高周期长等众多缺点。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种联动数控铺缠一体化成型装备，以解决现有技术中通过人工使用纤维网格布进行平行重叠缠绕、斜纹布斜叠缠绕成型固化后，再进行机加工整形带来的技术问题。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种联动数控铺缠一体化成型装备，所述成型设备包括装备主机、铺缠手腕、铺缠头以及旋转工作台，其中：

所述装备主机上设置有三个平移单元，分别为沿竖向升降的Z轴移动单元、沿水平横向移动的X轴移动单元和沿水平纵向移动的Y轴移动单元，所述X轴移动单元设置在所述Z轴移动单元的输出端上，所述Y轴移动单元设置在所述X轴移动单元的输出端上；

所述铺缠手腕包括滚转单元、俯仰单元和偏航单元，所述滚转单元固定设置在所述Y轴移动单元的输出端上，所述滚转单元的输出端可绕所述水平纵向转动，所述俯仰单元固定设置在所述滚转单元的输出端上，所述俯仰单元的输出端可做俯仰动作，所述偏航单元固定设置在所述俯仰单元的输出端上，所述偏航单元的输出端可绕竖向转动，所述铺缠头设置在所述偏航单元的输出端上，所述铺缠头上设置有送带单元，以用于输送铺缠工件所需料带卷；