复合材料导向剪切一体化装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种复合材料剪切导向一体化装置，该装置包括：驱动模块，安装于机架上，与导向剪切刀的顶部螺纹连接，用于驱动导向剪切刀产生直线运动；导向剪切刀，安装于导向刀台的导向槽孔内，由驱动模块驱动，用于对复合材料纤维丝束进行剪切；导向刀台，安装于机架上，用于对剪切导向一体化装置的剪切运动进行导向；外切刀安装于导向刀台上，用于与导向剪切刀配对使用，实现对纤维丝束的导向和剪切。本发明将丝束导向和剪切装置融为一体，通过剪切机构的动作主动辅助丝束在导向装置内通行，从而提高了丝束剪切后重送的可靠性，避免了丝束在铺放过程中越位跑偏和嵌入连接缝隙等问题，同时也极大限度地缩少了机构体积，减轻了质量。
【专利说明】复合材料导向剪切一体化装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合材料自动铺放成型【技术领域】，尤其是复合材料铺丝机导向剪切一体化装置，该装置主要用于多束复合纤维丝束材料铺放成型过程中对多束纤维丝束进行独立切断和导向。
【背景技术】
[0002]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，复合材料的用量也在日益增多。
[0003]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，使用自动铺带机设备将无法进行铺放加工制造。自动铺丝机由于可以对每一束丝带进行单独控制，可根据铺放层轮廓形状对丝束进行切断，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。
[0004]剪切机构是自动铺丝机的核心部件，是铺丝机实现复杂轮廓铺放的前提。在接收到控制系统的指令后，剪切机构对纤维实施剪切动作。考虑到所剪切的纤维为碳纤维预浸带，且剪切的过程中有一定的粘性，要求剪切机构不仅动作快、切断率高、可靠性好，而且，切刀还要耐磨损，方便拆卸，易于更换维护。除此之外，丝束剪切后，进行再次重送时，不会出现丝束滑出导丝槽，不会因丝束嵌入剪切装置的连接缝隙中而出现卡丝的问题，保证100%的重送成功率，这也是对切割系统的基本要求。
[0005]现有的复合材料丝束剪切系统通常采用独立的剪切系统。剪切与导向是两个独立的系统，丝束进行剪切后，纤维丝束头部的方向不是在确定位置，容易嵌入到剪切机构中，也可能滑出导丝槽。
【发明内容】
[0006]为了解决上次问题，本发明提出一种复合材料铺丝机剪切导向一体化装置，该装置将丝束导向和剪切装置融为一体，通过剪切机构的动作主动辅助丝束在导向装置内通行。
[0007]本发明提出的一种复合材料剪切导向一体化装置包括:驱动模块、一体化导向剪切刀、导向刀台、外切刀，复合材料纤维丝束，其中:
[0008]所述驱动模块安装于机架上，与所述一体化导向剪切刀的顶部螺纹连接，用于驱动所述一体化导向剪切刀产生直线运动；
[0009]所述一体化导向剪切刀安装于所述导向刀台的导向槽孔内，由所述驱动模块驱动，用于对复合材料纤维丝束进行剪切；
[0010]所述导向刀台安装于机架上，用于对所述剪切导向一体化装置的剪切运动进行导向，同时也作为外切刀的安装基座；[0011]所述外切刀安装于所述导向刀台上，用于与所述一体化导向剪切刀配对使用，实现对纤维丝束的导向和剪切。
[0012]本发明提高了丝束剪切后重送的可靠性，避免了丝束在铺放过程中的越位跑偏和嵌入连接缝隙等问题，另外，也极大限度地缩少了机构体积，减轻了质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是根据本发明一实施例的复合材料剪切导向一体化装置的正视图；
[0014]图2是根据本发明一实施例的单束复合材料纤维丝束剪切导向装置的剖面图；
[0015]图3是本发明一体化导向剪切刀b的结构示意图；
[0016]图4是本发明导向刀柄bl的结构示意图；
[0017]图5是本发明导向刀台c的正视图；
[0018]图6是本发明导向刀台c的仰视图；
[0019]图7是本发明外切刀d的结构示意图；
[0020]图8是本发明剪切导向一体化装置的工作流程图。
【具体实施方式】
[0021]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0022]图1是根据本发明一实施例的复合材料剪切导向一体化装置的结构示意图，如图1所示，本发明提出一种针对多丝束的剪切导向一体化装置，该装置可对于16束或更多丝束进行剪切和导向，该装置包括:驱动模块a、一体化导向剪切刀b、导向刀台C、外切刀d，复合材料纤维丝束e，其中:
[0023]所述驱动模块a安装于机架上，与所述一体化导向剪切刀b的顶部螺纹连接，用于驱动所述一体化导向剪切刀b产生直线运动；
[0024]所述驱动模块a可采用气缸，但不限于气缸，还可采用任何其他可产生直线运动的驱动设备。
[0025]所述一体化导向剪切刀b安装于所述导向刀台c的导向槽孔内，由所述驱动模块a驱动，用于对复合材料纤维丝束进行剪切，图3是本发明一体化导向剪切刀b的结构示意图，图4是本发明导向刀柄bl的结构示意图，如图3和图4所示，所述一体化导向剪切刀b包括导向刀柄b1、紧固螺钉b2和内切刀b3，其中:
[0026]所述导向刀柄bl的纵向切面呈“ ”型，外围呈矩形，用于对整个剪切导向一体化装置的运动进行导向，约束整个剪切导向一体化装置的平动和旋转，使其只能按照事先设定的方向进行直线运动，比如图4所示的箭头方向；
[0027]所述导向刀柄bl的顶部贯设有螺纹孔bl-Ι，用于与所述驱动模块a进行连接；
[0028]所述导向刀柄bl下部垂直于水平面的平面上设有凹槽bl-3，用于安装所述内切刀b3，以对所述内切刀b3的安装位置进行粗定位，在本发明一实施例中，所述凹槽bl-3呈矩形；
[0029]所述凹槽bl-3内设有一个或多个内螺纹孔bl-2，用于通过紧固螺钉b2将所述内切刀b3固定在所述导向刀柄bI上；[0030]通过调节内切刀b3与凹槽bl-3之间的安装间隙，可调节所述剪切导向一体化装置内外切刀之间的间隙，以实现内外切刀之间间隙的调整；对于多个剪切导向一体化装置协同工作的系统，每个剪切导向一体化装置的内外切刀间隙可独立进行调整，彼此不会相
互影响。
[0031]所述导向刀柄bl的最下部设有通孔bl-4，所述通孔bl-4与所述凹槽bl-3可存在部分重叠，作为复合材料纤维丝束的内导向通道，此内导向通道与导向刀台c的丝束通道尺寸一致(即宽度一致)，相互配合，在丝束剪切完成后，导向刀柄bl在驱动模块a的带动下进行复位，导向刀柄bl的丝束内导向通道bl-4与刀台c的丝束通道合成完整的通道，将剪切后的复合材料纤维丝束约束在此通道内，在重送系统的驱动下将纤维丝束准确的输运出去，避免了丝束的越位跑偏、嵌入缝隙等故障的发生，在本发明一实施例中，所述通孔bl-4为方形通孔。
[0032]所述通孔bl-4在所述导向刀柄bl背面的端口设有倒角bl_5，在对丝束进行剪切时，除了剪刀对应的切割位置之外，此倒角bl-5也可避免丝束在此位置上产生二次切割，从而保证丝束的剪切质量和通过性。
[0033]所述导向刀台c安装于机架上，用于对所述剪切导向一体化装置的剪切运动进行导向，同时也作为外切刀d的安装基座，图5是本发明导向刀台c的正视图，图6是本发明导向刀台c的仰视图，如图5和图6所示，所述导向刀台c为T型结构，能够约束整个剪切导向一体化装置在导向槽孔Cl的内隙中平动和旋转；
[0034]同时，所述导向刀台c还作为外切刀d的安装基座,用于将外切刀d安装在所述导向刀台c上。
[0035]所述导向刀台c上表面中部等间距开设有多个矩形导向槽孔Cl，用于安装相应的一体化导向剪切刀b，因此，所述一体化导向剪切刀b的数量与矩形导向槽孔Cl的数量相同，所述矩形导向槽孔Cl与一体化导向剪切刀b精密配合，为所述一体化导向剪切刀b提供导向功能；
[0036]所述导向刀台c上表面外围等间距开有多个圆孔c2，在本发明一实施例中，所述多个圆孔c2分两列对称分布，用于将导向刀台c与铺丝机的外接导向模块连接起来；
[0037]所述导向刀台c的一下侧面为安装面c3，用于连接复合材料纤维丝束传送用的外接导向模块；
[0038]所述安装面c3上等间距横向开设有多个倒U型通槽c4，用作纤维丝束的导向通道，所述倒U型通槽c4的数量与所述一体化导向剪切刀b的数量以及矩形导向槽孔Cl的数量相同；所述倒U型通槽c4的孔型和间距与铺丝机的导向系统的尺寸完全匹配，与外接导向模块一起，构成完整封闭的导向系统；
[0039]所述导向刀台c的下部两端横向开设有通孔c5，作为定位孔，用于定位外接导向模块，使其导向槽孔位置能与所述导向刀台c上的倒U型通槽c4精确对应；
[0040]所述导向刀台c的底面c6为外切刀d与导向刀台c的安装面；
[0041]所述底面c6上贯设有多个螺纹孔c7，作为外切刀d的螺纹安装孔，通过螺钉可将安装在底面c6上的外切刀d与导向刀台c进行精密连接，外切刀d与导向刀台c组合构成封闭的外导向通道设计。
[0042]所述外切刀d安装于所述导向刀台c上，用于与所述一体化导向剪切刀b配对使用，实现对纤维丝束的导向和剪切，其为长方体结构，与所述一体化导向剪切刀b构成多套导向剪切系统，每套导向剪切系统具有两条外切刀山结构完全相同，该两外切刀的对等设计使得一把外切刀的两侧刀刃都失效后，可快速更换为另一条外切刀；图7是本发明外切刀的结构示意图，如图7所示:
[0043]每条外切刀d的上表面均匀贯设有多个通孔dl，其与所述导向刀台c上的螺纹孔c7 一一对应，以通过螺钉将外切刀d与所述导向刀台c连接，构成封闭的丝束通道；
[0044]所述每条外切刀d采用双刃口对称设计，即具有两个对称的刃口 d2和d3，该设计方便其中一个刃口磨损后，采用另一个刃口进行快速更换，同时也方便维护。
[0045]以上结构构成本发明活塞式的剪切导向装置，可实现导向剪切的一体化。
[0046]本发明剪切导向一体化装置的工作流程为:以16束丝束导向剪切中的一束丝束为例，复合材料纤维丝束在剪切前正常铺放的状态如图8-1所示，纤维丝束在一体化导向剪切刀b的内导向通道和有外切刀d与刀台c构成的外导向通道中通行，在接收到剪切指令后，一体化导向剪切刀b在驱动模块a的推动下，沿着导向刀台c内部的矩形导向槽孔Cl向下运动，此时，位于内导向通道和外导向通道中的纤维丝束被下行的一体化导向剪切刀b的内切刀b3和外切刀d构成的剪切系统剪断为两截，其中位于导向刀台c最外端的纤维丝束在铺放系统的带动下铺敷到模具表面，剩下的另一段纤维丝束停留在内导向通道和外导向通道内，如图8-2所示。
[0047]当纤维丝束需要进行重送时，驱动模块a接到指令进行做动，一体化导向剪切刀b在驱动模块a的拉动下，沿着导向刀台c内部的矩形导向槽孔Cl向上运动，滞留在一体化导向剪切刀b内导向通道中纤维丝束随着一体化导向剪切刀b的运动被向上拉起。一体化导向剪切刀b的内导向通道底面比导向刀台c的外导向通道底面略高一点，以保证纤维丝束在重送过程中顺畅进入另一半的外导向通道，避免嵌入内外导向通道之间的缝隙中。
[0048]本发明中，多束纤维丝束的剪切导向动作彼此之间相互独立，在主控系统的指挥下配合实现对模具复杂形状的铺敷。
[0049]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种复合材料剪切导向一体化装置，其特征在于，该装置包括:驱动模块、一体化导向剪切刀、导向刀台、外切刀，复合材料纤维丝束，其中: 所述驱动模块安装于机架上，与所述一体化导向剪切刀的顶部螺纹连接，用于驱动所述一体化导向剪切刀产生直线运动； 所述一体化导向剪切刀安装于所述导向刀台的导向槽孔内，由所述驱动模块驱动，用于对复合材料纤维丝束进行剪切； 所述导向刀台安装于机架上，用于对所述剪切导向一体化装置的剪切运动进行导向，同时也作为外切刀的安装基座； 所述外切刀安装于所述导向刀台上，用于与所述一体化导向剪切刀配对使用，实现对纤维丝束的导向和剪切。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动模块为能够产生直线运动的驱动设备。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述一体化导向剪切刀包括导向刀柄、紧固螺钉和内切刀，其中: 所述导向刀柄的纵向切面呈“ ”型，外围呈矩形，用于对整个剪切导向一体化装置的运动进行导向； 所述导向刀柄的顶部贯设有螺纹孔，用于与所述驱动模块进行连接； 所述导向刀柄下部垂直于水平面的平面上设有凹槽，用于安装所述内切刀，以对所述内切刀的安装位置进行粗定位，通过调节所述内切刀与凹槽之间的安装间隙，能够调节内外切刀之间的间隙； 所述凹槽内设有一个或多个内螺纹孔，用于通过紧固螺钉将所述内切刀固定在所述导向刀柄上； 所述导向刀柄的最下部设有通孔，作为复合材料纤维丝束的内导向通道，此内导向通道与导向刀台c的丝束通道尺寸一致，组成完整的通道。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述通孔在所述导向刀柄背面的端口还设有倒角，以避免丝束在此位置上产生二次切割。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导向刀台为T型结构。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于: 所述导向刀台上表面中部等间距开设有多个矩形导向槽孔，用于安装相应的一体化导向剪切刀； 所述导向刀台上表面外围等间距开有多个圆孔，用于将导向刀台与铺丝机的外接导向模块连接起来； 所述导向刀台的一下侧面为安装面，用于连接复合材料纤维丝束传送用的外接导向模块； 所述安装面上等间距横向开设有多个倒U型通槽，用作纤维丝束的导向通道，所述倒U型通槽的孔型和间距与铺丝机的导向系统的尺寸完全匹配，与铺丝机的外接导向模块一起，构成完整封闭的导向系统； 所述导向刀台的下部两端横向开设有通孔，用于定位所述外接导向模块，使其导向槽孔位置与所述导向刀台上的倒U型通槽精确对应。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于， 所述导向刀台的底面为外切刀与导向刀台的安装面，所述底面上还贯设有多个螺纹孔，通过螺钉将安装在底面上的外切刀与导向刀台进行精密连接。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外切刀与所述一体化导向剪切刀构成多套导向剪切系统，每套导向剪切系统具有两条对等设计的外切刀，结构完全相同，可互换，且每套导向剪切系统的内外切刀间隙可独立进行调整。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每条外切刀的上表面均匀贯设有多个通孔，其与所述导向刀台上的螺纹孔一一对应，以通过螺钉将外切刀与所述导向刀台连接，构成封闭的丝束通道。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每条外切刀具有两个对称的刃口，可互换。
【文档编号】B29C70/38GK103496176SQ201310499122
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】吴保林, 贾立好, 徐德 申请人:中国科学院自动化研究所