復合材料導向剪切一體化裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復合材料剪切導向一體化裝置，該裝置包括：驅動模塊，安裝于機架上，與導向剪切刀的頂部螺紋連接，用于驅動導向剪切刀產生直線運動；導向剪切刀，安裝于導向刀臺的導向槽孔內，由驅動模塊驅動，用于對復合材料纖維絲束進行剪切；導向刀臺，安裝于機架上，用于對剪切導向一體化裝置的剪切運動進行導向；外切刀安裝于導向刀臺上，用于與導向剪切刀配對使用，實現對纖維絲束的導向和剪切。本發(fā)明將絲束導向和剪切裝置融為一體，通過剪切機構的動作主動輔助絲束在導向裝置內通行，從而提高了絲束剪切后重送的可靠性，避免了絲束在鋪放過程中越位跑偏和嵌入連接縫隙等問題，同時也極大限度地縮少了機構體積，減輕了質量。
【專利說明】復合材料導向剪切一體化裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及復合材料自動鋪放成型【技術領域】，尤其是復合材料鋪絲機導向剪切一體化裝置，該裝置主要用于多束復合纖維絲束材料鋪放成型過程中對多束纖維絲束進行獨立切斷和導向。
【背景技術】
[0002]復合材料具有高比強度、高比模量，耐疲勞，減振性好，工藝性好等優(yōu)點，這些優(yōu)點對飛行器的性能具有很大的價值，在航天航空工業(yè)中已經得到了廣泛的應用。同時在其他行業(yè)，復合材料的用量也在日益增多。
[0003]對高曲率輪廓復材整體構件，如飛機機身段，以及其他諸如噴氣發(fā)動機整流罩、進氣道、噴管、錐形管、壓氣機葉片、圓形或“C”形通道管等橢圓高曲率輪廓整體復材構件，使用自動鋪帶機設備將無法進行鋪放加工制造。自動鋪絲機由于可以對每一束絲帶進行單獨控制，可根據鋪放層輪廓形狀對絲束進行切斷，可鋪放復雜的、甚至帶窗口的曲面。因此，對于此類復雜構件，需要使用自動鋪絲機來實現鋪放加工制造。
[0004]剪切機構是自動鋪絲機的核心部件，是鋪絲機實現復雜輪廓鋪放的前提。在接收到控制系統(tǒng)的指令后，剪切機構對纖維實施剪切動作。考慮到所剪切的纖維為碳纖維預浸帶，且剪切的過程中有一定的粘性，要求剪切機構不僅動作快、切斷率高、可靠性好，而且，切刀還要耐磨損，方便拆卸，易于更換維護。除此之外，絲束剪切后，進行再次重送時，不會出現絲束滑出導絲槽，不會因絲束嵌入剪切裝置的連接縫隙中而出現卡絲的問題，保證100%的重送成功率，這也是對切割系統(tǒng)的基本要求。
[0005]現有的復合材料絲束剪切系統(tǒng)通常采用獨立的剪切系統(tǒng)。剪切與導向是兩個獨立的系統(tǒng)，絲束進行剪切后，纖維絲束頭部的方向不是在確定位置，容易嵌入到剪切機構中，也可能滑出導絲槽。

【發(fā)明內容】

[0006]為了解決上次問題，本發(fā)明提出一種復合材料鋪絲機剪切導向一體化裝置，該裝置將絲束導向和剪切裝置融為一體，通過剪切機構的動作主動輔助絲束在導向裝置內通行。
[0007]本發(fā)明提出的一種復合材料剪切導向一體化裝置包括:驅動模塊、一體化導向剪切刀、導向刀臺、外切刀，復合材料纖維絲束，其中:
[0008]所述驅動模塊安裝于機架上，與所述一體化導向剪切刀的頂部螺紋連接，用于驅動所述一體化導向剪切刀產生直線運動；
[0009]所述一體化導向剪切刀安裝于所述導向刀臺的導向槽孔內，由所述驅動模塊驅動，用于對復合材料纖維絲束進行剪切；
[0010]所述導向刀臺安裝于機架上，用于對所述剪切導向一體化裝置的剪切運動進行導向，同時也作為外切刀的安裝基座；[0011]所述外切刀安裝于所述導向刀臺上，用于與所述一體化導向剪切刀配對使用，實現對纖維絲束的導向和剪切。
[0012]本發(fā)明提高了絲束剪切后重送的可靠性，避免了絲束在鋪放過程中的越位跑偏和嵌入連接縫隙等問題，另外，也極大限度地縮少了機構體積，減輕了質量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是根據本發(fā)明一實施例的復合材料剪切導向一體化裝置的正視圖；
[0014]圖2是根據本發(fā)明一實施例的單束復合材料纖維絲束剪切導向裝置的剖面圖；
[0015]圖3是本發(fā)明一體化導向剪切刀b的結構示意圖；
[0016]圖4是本發(fā)明導向刀柄bl的結構示意圖；
[0017]圖5是本發(fā)明導向刀臺c的正視圖；
[0018]圖6是本發(fā)明導向刀臺c的仰視圖；
[0019]圖7是本發(fā)明外切刀d的結構示意圖；
[0020]圖8是本發(fā)明剪切導向一體化裝置的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0021]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0022]圖1是根據本發(fā)明一實施例的復合材料剪切導向一體化裝置的結構示意圖，如圖1所示，本發(fā)明提出一種針對多絲束的剪切導向一體化裝置，該裝置可對于16束或更多絲束進行剪切和導向，該裝置包括:驅動模塊a、一體化導向剪切刀b、導向刀臺C、外切刀d，復合材料纖維絲束e，其中:
[0023]所述驅動模塊a安裝于機架上，與所述一體化導向剪切刀b的頂部螺紋連接，用于驅動所述一體化導向剪切刀b產生直線運動；
[0024]所述驅動模塊a可采用氣缸，但不限于氣缸，還可采用任何其他可產生直線運動的驅動設備。
[0025]所述一體化導向剪切刀b安裝于所述導向刀臺c的導向槽孔內，由所述驅動模塊a驅動，用于對復合材料纖維絲束進行剪切，圖3是本發(fā)明一體化導向剪切刀b的結構示意圖，圖4是本發(fā)明導向刀柄bl的結構示意圖，如圖3和圖4所示，所述一體化導向剪切刀b包括導向刀柄b1、緊固螺釘b2和內切刀b3，其中:
[0026]所述導向刀柄bl的縱向切面呈“ ”型，外圍呈矩形，用于對整個剪切導向一體化裝置的運動進行導向，約束整個剪切導向一體化裝置的平動和旋轉，使其只能按照事先設定的方向進行直線運動，比如圖4所示的箭頭方向；
[0027]所述導向刀柄bl的頂部貫設有螺紋孔bl-Ι，用于與所述驅動模塊a進行連接；
[0028]所述導向刀柄bl下部垂直于水平面的平面上設有凹槽bl-3，用于安裝所述內切刀b3，以對所述內切刀b3的安裝位置進行粗定位，在本發(fā)明一實施例中，所述凹槽bl-3呈矩形；
[0029]所述凹槽bl-3內設有一個或多個內螺紋孔bl-2，用于通過緊固螺釘b2將所述內切刀b3固定在所述導向刀柄bI上；[0030]通過調節(jié)內切刀b3與凹槽bl-3之間的安裝間隙，可調節(jié)所述剪切導向一體化裝置內外切刀之間的間隙，以實現內外切刀之間間隙的調整；對于多個剪切導向一體化裝置協同工作的系統(tǒng)，每個剪切導向一體化裝置的內外切刀間隙可獨立進行調整，彼此不會相
互影響。
[0031]所述導向刀柄bl的最下部設有通孔bl-4，所述通孔bl-4與所述凹槽bl-3可存在部分重疊，作為復合材料纖維絲束的內導向通道，此內導向通道與導向刀臺c的絲束通道尺寸一致(即寬度一致)，相互配合，在絲束剪切完成后，導向刀柄bl在驅動模塊a的帶動下進行復位，導向刀柄bl的絲束內導向通道bl-4與刀臺c的絲束通道合成完整的通道，將剪切后的復合材料纖維絲束約束在此通道內，在重送系統(tǒng)的驅動下將纖維絲束準確的輸運出去，避免了絲束的越位跑偏、嵌入縫隙等故障的發(fā)生，在本發(fā)明一實施例中，所述通孔bl-4為方形通孔。
[0032]所述通孔bl-4在所述導向刀柄bl背面的端口設有倒角bl_5，在對絲束進行剪切時，除了剪刀對應的切割位置之外，此倒角bl-5也可避免絲束在此位置上產生二次切割，從而保證絲束的剪切質量和通過性。
[0033]所述導向刀臺c安裝于機架上，用于對所述剪切導向一體化裝置的剪切運動進行導向，同時也作為外切刀d的安裝基座，圖5是本發(fā)明導向刀臺c的正視圖，圖6是本發(fā)明導向刀臺c的仰視圖，如圖5和圖6所示，所述導向刀臺c為T型結構，能夠約束整個剪切導向一體化裝置在導向槽孔Cl的內隙中平動和旋轉；
[0034]同時，所述導向刀臺c還作為外切刀d的安裝基座,用于將外切刀d安裝在所述導向刀臺c上。
[0035]所述導向刀臺c上表面中部等間距開設有多個矩形導向槽孔Cl，用于安裝相應的一體化導向剪切刀b，因此，所述一體化導向剪切刀b的數量與矩形導向槽孔Cl的數量相同，所述矩形導向槽孔Cl與一體化導向剪切刀b精密配合，為所述一體化導向剪切刀b提供導向功能；
[0036]所述導向刀臺c上表面外圍等間距開有多個圓孔c2，在本發(fā)明一實施例中，所述多個圓孔c2分兩列對稱分布，用于將導向刀臺c與鋪絲機的外接導向模塊連接起來；
[0037]所述導向刀臺c的一下側面為安裝面c3，用于連接復合材料纖維絲束傳送用的外接導向模塊；
[0038]所述安裝面c3上等間距橫向開設有多個倒U型通槽c4，用作纖維絲束的導向通道，所述倒U型通槽c4的數量與所述一體化導向剪切刀b的數量以及矩形導向槽孔Cl的數量相同；所述倒U型通槽c4的孔型和間距與鋪絲機的導向系統(tǒng)的尺寸完全匹配，與外接導向模塊一起，構成完整封閉的導向系統(tǒng)；
[0039]所述導向刀臺c的下部兩端橫向開設有通孔c5，作為定位孔，用于定位外接導向模塊，使其導向槽孔位置能與所述導向刀臺c上的倒U型通槽c4精確對應；
[0040]所述導向刀臺c的底面c6為外切刀d與導向刀臺c的安裝面；
[0041]所述底面c6上貫設有多個螺紋孔c7，作為外切刀d的螺紋安裝孔，通過螺釘可將安裝在底面c6上的外切刀d與導向刀臺c進行精密連接，外切刀d與導向刀臺c組合構成封閉的外導向通道設計。
[0042]所述外切刀d安裝于所述導向刀臺c上，用于與所述一體化導向剪切刀b配對使用，實現對纖維絲束的導向和剪切，其為長方體結構，與所述一體化導向剪切刀b構成多套導向剪切系統(tǒng)，每套導向剪切系統(tǒng)具有兩條外切刀山結構完全相同，該兩外切刀的對等設計使得一把外切刀的兩側刀刃都失效后，可快速更換為另一條外切刀；圖7是本發(fā)明外切刀的結構示意圖，如圖7所示:
[0043]每條外切刀d的上表面均勻貫設有多個通孔dl，其與所述導向刀臺c上的螺紋孔c7 一一對應，以通過螺釘將外切刀d與所述導向刀臺c連接，構成封閉的絲束通道；
[0044]所述每條外切刀d采用雙刃口對稱設計，即具有兩個對稱的刃口 d2和d3，該設計方便其中一個刃口磨損后，采用另一個刃口進行快速更換，同時也方便維護。
[0045]以上結構構成本發(fā)明活塞式的剪切導向裝置，可實現導向剪切的一體化。
[0046]本發(fā)明剪切導向一體化裝置的工作流程為:以16束絲束導向剪切中的一束絲束為例，復合材料纖維絲束在剪切前正常鋪放的狀態(tài)如圖8-1所示，纖維絲束在一體化導向剪切刀b的內導向通道和有外切刀d與刀臺c構成的外導向通道中通行，在接收到剪切指令后，一體化導向剪切刀b在驅動模塊a的推動下，沿著導向刀臺c內部的矩形導向槽孔Cl向下運動，此時，位于內導向通道和外導向通道中的纖維絲束被下行的一體化導向剪切刀b的內切刀b3和外切刀d構成的剪切系統(tǒng)剪斷為兩截，其中位于導向刀臺c最外端的纖維絲束在鋪放系統(tǒng)的帶動下鋪敷到模具表面，剩下的另一段纖維絲束停留在內導向通道和外導向通道內，如圖8-2所示。
[0047]當纖維絲束需要進行重送時，驅動模塊a接到指令進行做動，一體化導向剪切刀b在驅動模塊a的拉動下，沿著導向刀臺c內部的矩形導向槽孔Cl向上運動，滯留在一體化導向剪切刀b內導向通道中纖維絲束隨著一體化導向剪切刀b的運動被向上拉起。一體化導向剪切刀b的內導向通道底面比導向刀臺c的外導向通道底面略高一點，以保證纖維絲束在重送過程中順暢進入另一半的外導向通道，避免嵌入內外導向通道之間的縫隙中。
[0048]本發(fā)明中，多束纖維絲束的剪切導向動作彼此之間相互獨立，在主控系統(tǒng)的指揮下配合實現對模具復雜形狀的鋪敷。
[0049]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種復合材料剪切導向一體化裝置，其特征在于，該裝置包括:驅動模塊、一體化導向剪切刀、導向刀臺、外切刀，復合材料纖維絲束，其中: 所述驅動模塊安裝于機架上，與所述一體化導向剪切刀的頂部螺紋連接，用于驅動所述一體化導向剪切刀產生直線運動； 所述一體化導向剪切刀安裝于所述導向刀臺的導向槽孔內，由所述驅動模塊驅動，用于對復合材料纖維絲束進行剪切； 所述導向刀臺安裝于機架上，用于對所述剪切導向一體化裝置的剪切運動進行導向，同時也作為外切刀的安裝基座； 所述外切刀安裝于所述導向刀臺上，用于與所述一體化導向剪切刀配對使用，實現對纖維絲束的導向和剪切。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述驅動模塊為能夠產生直線運動的驅動設備。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述一體化導向剪切刀包括導向刀柄、緊固螺釘和內切刀，其中: 所述導向刀柄的縱向切面呈“ ”型，外圍呈矩形，用于對整個剪切導向一體化裝置的運動進行導向； 所述導向刀柄的頂部貫設有螺紋孔，用于與所述驅動模塊進行連接； 所述導向刀柄下部垂直于水平面的平面上設有凹槽，用于安裝所述內切刀，以對所述內切刀的安裝位置進行粗定位，通過調節(jié)所述內切刀與凹槽之間的安裝間隙，能夠調節(jié)內外切刀之間的間隙； 所述凹槽內設有一個或多個內螺紋孔，用于通過緊固螺釘將所述內切刀固定在所述導向刀柄上； 所述導向刀柄的最下部設有通孔，作為復合材料纖維絲束的內導向通道，此內導向通道與導向刀臺c的絲束通道尺寸一致，組成完整的通道。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述通孔在所述導向刀柄背面的端口還設有倒角，以避免絲束在此位置上產生二次切割。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述導向刀臺為T型結構。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于: 所述導向刀臺上表面中部等間距開設有多個矩形導向槽孔，用于安裝相應的一體化導向剪切刀； 所述導向刀臺上表面外圍等間距開有多個圓孔，用于將導向刀臺與鋪絲機的外接導向模塊連接起來； 所述導向刀臺的一下側面為安裝面，用于連接復合材料纖維絲束傳送用的外接導向模塊； 所述安裝面上等間距橫向開設有多個倒U型通槽，用作纖維絲束的導向通道，所述倒U型通槽的孔型和間距與鋪絲機的導向系統(tǒng)的尺寸完全匹配，與鋪絲機的外接導向模塊一起，構成完整封閉的導向系統(tǒng)； 所述導向刀臺的下部兩端橫向開設有通孔，用于定位所述外接導向模塊，使其導向槽孔位置與所述導向刀臺上的倒U型通槽精確對應。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于， 所述導向刀臺的底面為外切刀與導向刀臺的安裝面，所述底面上還貫設有多個螺紋孔，通過螺釘將安裝在底面上的外切刀與導向刀臺進行精密連接。
8.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述外切刀與所述一體化導向剪切刀構成多套導向剪切系統(tǒng)，每套導向剪切系統(tǒng)具有兩條對等設計的外切刀，結構完全相同，可互換，且每套導向剪切系統(tǒng)的內外切刀間隙可獨立進行調整。
9.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，每條外切刀的上表面均勻貫設有多個通孔，其與所述導向刀臺上的螺紋孔一一對應，以通過螺釘將外切刀與所述導向刀臺連接，構成封閉的絲束通道。
10.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，每條外切刀具有兩個對稱的刃口，可互換。
【文檔編號】B29C70/38GK103496176SQ201310499122
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權日:2013年10月22日
【發(fā)明者】吳保林, 賈立好, 徐德 申請人:中國科學院自動化研究所