一种铺放头和纱架一体化复合材料铺放装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种复合材料铺放装置，具体涉及一种铺放头和纱架一体化复合材料铺放装置。
【背景技术】
[0002]复合材料是由两种或两种以上不同性能、不同形态的组分材料通过复合手段组合而成的一种多相材料。由于复合材料具有质量轻、强度高、加工成型方便、耐化学腐蚀等特点，它已经在航空航天等领域逐步取代金属合金。据统计，2013年全球复合材料用量达到820万吨，其直接市场价值高达1100亿美元。航空航天等领域的快速发展离不开复合材料的引入，而先进的铺放设备是实现复合材料应用的关键。它们的出现结束了过去半自动人工铺放效率低、成本高、废料多的时代。其中结合了自动带铺放(Automated Tape Layer)和自动纤维缠绕(Automated Filament Winding)特点的自动纤维铺放(Automated FiberPlacement)具有适应性强、废料少等多个优点，具有巨大的发展空间。
[0003]现有的自动纤维铺放机纱架与铺放头分离，分离式的结构决定了丝束通路的长距离，这就增大了手工引丝的工作量，加大了操作难度。在纤维铺放设备工作过程中，铺放头在芯模表面沿特定轨迹运动，铺放头与纱架的相对运动造成了丝束长度的波动，这种长度波动必然引起丝束张力的波动。当铺放头做旋转运动时，原本平行的丝束可能出现交叉甚至缠绕。为了防止交叉、缠绕等问题的出现，不得不约束铺放头的运动范围，这就降低了铺放设备的适应性。
[0004]现有的自动纤维铺放设备铺放头部分存在以下问题。铺放头内部的剪切机构对丝束通道造成破坏，常出现重送丝束堵塞的问题。丝束护板与压紧轮间隙不可控，常出现丝束无法送出或丝束错位的问题。铺放头清理维护不方便，需要拧下多个螺纹固定件，影响工作效率。
【发明内容】
[0005]本发明为了解决现有技术中纤维铺放设备因为路径而影响铺放效果及铺放范围，传统纤维铺放设备铺放稳定性差，铺放头内部的剪切机构对丝束通道造成破坏，常出现重送丝束堵塞的现象，丝束无法送出或丝束错位，以及铺放头清理维护不方便，影响工作效率的问题，进而提供一种铺放头和纱架一体化复合材料铺放装置。
[0006]本发明为解决上述问题而采用的技术方案是:
[0007]—种铺放头和纱架一体化复合材料铺放装置，它包括铺放头、纱架和法兰连接组件，铺放头包括压紧机构、楔形体、楔形体连接框、两个剪切机构、两个重送机构、两个夹紧机构和多个快速装拆机构，纱架包括圆盘、张力控制机构、收膜机构和丝束导向机构;每个夹紧机构上安装有一个快速装拆机构，每个重送机构上安装有一个快速装拆机构，每个剪切机构上安装有一个快速装拆机构，张力控制机构、收膜机构和丝束导向机构安装在圆盘的上端面上，圆盘的下端面安装在法兰连接组件顶端，楔形体安装在楔形体连接框内，楔形体连接框安装在法兰连接组件底端，两个夹紧机构相对设置在楔形体连接框的侧壁上，两个剪切机构相对设置在楔形体连接框的侧壁上，两个重送机构相对设置在楔形体连接框的侧壁上，夹紧机构、重送机构和剪切机构由上至下依次设置，压紧机构安装在楔形体的底端。
[0008]本发明的有益效果是:
[0009]1.纱架2与铺放头1 一体化，进而缩短了丝束通路的距离，避免了预浸丝扭曲的风险，降低了穿丝的复杂性，便于维修、维护。
[0010]2.由于规避了纤维扭曲的风险，可有效增大铺放机构回转运动范围，扩展了铺放机构工艺范围。
[0011]3.取消了丝束传输通道，既节省了成本，又防止了预浸丝树脂对通道的污染。
[0012]4.切断机构中，在切刀下方包裹了U形槽，解决了丝束错位而导致的重送丝束堵塞问题。
[0013]5.铺丝头1及纱架2采用模块化及快速装卸设计，可以在极短的时间内实现模块的更换和维护，并便于扩展。
[0014]6.纱箱中的丝束从铺丝头1中心进入，可实现双向布置丝束控制机构，减小铺放头体积，并便于丝束合股。
[0015]7.采用由磁粉制动器20与气动马达25组合的丝束张力与脱模机构，具有体积小、反应快、模块化的特点。
【附图说明】
[0016]图1是本发明整体结构示意图。图2是纱架2的结构示意图，图3是法兰连接组件3的整体结构示意图，图4是法兰连接组件3部分结构示意图，图5是铺放头1上部分结构示意图，图6是扭矩控制组件16的装配示意图，图7是收膜机构6装备示意图，图8是丝束导向机构7装配示意图，图9是重送机构10装配示意图，图10是楔形体13结构示意图，图11是重送机构10部分结构示意图，图12是夹紧机构12的结构示意图，图13是剪切机构9的结构示意图，图14是压紧机构8结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]【具体实施方式】一:结合图1-图14说明本实施方式，本实施方式所述一种铺放头和纱架一体化复合材料铺放装置，它包括铺放头1、纱架2和法兰连接组件3，铺放头1包括压紧机构8、楔形体13、楔形体连接框14、两个剪切机构9、两个重送机构10、两个夹紧机构12和多个快速装拆机构11，纱架2包括圆盘4、张力控制机构5、收膜机构6和丝束导向机构7;每个夹紧机构12上安装有一个快速装拆机构11，每个重送机构10上安装有一个快速装拆机构11，每个剪切机构9上安装有一个快速装拆机构11，张力控制机构5、收膜机构6和丝束导向机构7安装在圆盘4的上端面上，圆盘4的下端面安装在法兰连接组件3顶端，楔形体13安装在楔形体连接框14内，楔形体连接框14安装在法兰连接组件3底端，两个夹紧机构12相对设置在楔形体连接框14的侧壁上，两个剪切机构9相对设置在楔形体连接框14的侧壁上，两个重送机构10相对设置在楔形体连接框14的侧壁上，夹紧机构12、重送机构10和剪切机构9由上至下依次设置，压紧机构8安装在楔形体13的底端。
[0018]【具体实施方式】二:结合图1、图2和图6说明本实施方式，本实施方式所述一种铺放头和纱架一体化复合材料铺放装置，所述张力控制机构5包括张力调整组件15和N个扭矩控制组件16，张力调整组件15包括距离传感器17、张力调整支架18和N个张力导向轮19，扭矩控制组件16包括磁粉制动器20、磁粉制动器轴承21、磁粉制动器固定法兰22、磁粉制动器转轴23和磁粉制动器转轴固定螺母24;N个张力导向轮19转动连接安装在张力调整支架18上，距离传感器17安装在张力调整支架18上，位于张力调整支架18下方的圆盘4上加工有通孔，N个磁粉制动器固定法兰22均布安装在圆盘4上，磁粉制动器转轴23的一端套装有磁粉制动器轴承21，磁粉制动器轴承21设置在磁粉制动器固定法兰22上，且磁粉制动器20与套装有磁粉制动器轴承21—端的磁粉制动器转轴23固定连接，磁粉制动器转轴23的另一端螺纹连接有磁粉制动器转轴固定螺母24，其它与【具体实施方式】一相同。
[0019]【具体实施方式】三:结合图1、图2和图7说明本实施方式，本实施方式所述一种铺放头和纱架一体化复合材料铺放装置，所述收膜机构6包括N个气动马达25、N个气动马达轴承26、N个气动马达法兰27、N个收膜辊28、N个气动马达轴29、N个气动马达固定螺母30和2N个收膜挡板31 ;N个气动马达法兰27固定安装在圆盘4上，每个气动马达法兰27上设有一个收膜辊28，收膜辊28的一端套装有一个气动马达轴承26，且气动马达25与安装有气动马达轴承26—端的收膜辊28固定连接，气动马达轴29套装在收膜辊28上，收膜辊28的另一端螺纹安装有气动马达固定螺母30，且每个气动马达轴29上安装有两个收膜挡板31，其它与【具体实施方式】一相同。
[0020]【具体实施方式】四:结合图1、图2和图8说明本实施方式，本实施方式所述一种铺放头和纱架一体化复合材料铺放装置，所述丝束导向机构7包括N个套筒32、N个丝束导向轴43、N个导向轴连接板44和2N个丝束导向轴承42，每个导向轴连接板44固定安装在圆盘4上，每个丝束导向轴43的一端固定安装在一个导向轴连接板44上，每个丝束导向轴43上套装有套筒32，且每个丝束导向轴43和套筒32之间设有两个丝束导向轴承42，其它与【具体实施方式】一相同。
[0021]【具体实施方式】五:结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式所述一种铺放头和纱架一体化复合材料铺放装置，所述法兰连接组件3包括固定法兰框架33、连接法兰34、从动转向齿轮35、主动齿轮36、带减速器的主动齿轮驱动电机38、法兰固定套40、锁紧螺母83、两个连接法兰固定轴承39和两个导杆气缸37;连接法兰34、锁紧螺母83和两个连接法兰固定轴承39由上向下依次套装在法兰固定套40上，两个连接法兰固定轴承39固定安装在固定法兰框架33上，连接法兰34