本發(fā)明涉及數(shù)控制造技術領域，尤其涉及一種數(shù)控鋪絲裝置。

背景技術：

隨著科技的飛速發(fā)展，碳纖維復合材料數(shù)控制造技術在航空、航天領域中已占有舉足輕重的地位，相應的制造工藝方法有很多種，其中熱壓罐成型制造工藝以其技術成熟、產(chǎn)品質量穩(wěn)定、性能優(yōu)良而應用最為廣泛；熱壓罐成型制造工藝一般步驟為：準備原材料→碳纖維預浸料鋪貼成型→熱壓罐高溫固化→零件后處理（切割、修補等），其中的第二步碳纖維預浸料鋪貼成型往往是最關鍵的工序，需將預浸料按照預定方向、紋理等要求，一層一層的鋪在模具上，傳統(tǒng)的鋪貼成型多采用手工操作；而隨著鋪貼曲面復雜性的提高與人工成本的上升，數(shù)控鋪貼替代手工鋪貼已成為一種必然趨勢。

用于復雜曲面數(shù)控鋪貼成型的裝置稱為自動鋪絲系統(tǒng)（automaticfiberplacement），簡稱為afp系統(tǒng)，自動鋪絲系統(tǒng)屬于國際前沿的制造技術，美國將其列為限制出口設備，自動鋪絲系統(tǒng)原理和結構非常復雜，開發(fā)難度很高。如圖1所示自動鋪絲系統(tǒng)的工作原理圖，包括絲束箱1、鋪絲頭2、模具3、轉軸4、尾座5及導軌6，對于回轉體的自動鋪絲成型，目前的自動鋪絲系統(tǒng)包含七個主動控制的自由度，并要求其中五個自由度具備聯(lián)動功能，如圖2所示，即七坐標五聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)，下面帶轉軸4的是模具3，其余部分稱為鋪放頭2，自動鋪絲系統(tǒng)通過鋪放頭2與模具3之間的相對運動和相互作用以實現(xiàn)自動鋪絲，自動鋪絲系統(tǒng)實現(xiàn)的核心功能分為兩個方面：第一個方面，將寬度約6.35mm的多條預浸料帶7（含粘性基體）按設想的路徑貼到模具3表面；第二個方面，就是用規(guī)定的滾壓力對貼好的預浸料帶7進行滾壓、粘實；

為實現(xiàn)第一個功能，鋪放頭2需要根據(jù)指令到達模具3上的指定點，此時，鋪放頭2需要在機床絲杠驅動下進行x軸、y軸和z軸三個方向的線性位移，由于部分零件是回轉體，那么模具3的下底面不易進行鋪絲操作，需轉動y軸將模具3轉到上面進行鋪絲操作；另外，鋪絲路徑方向確定，常用的鋪絲方向是與轉軸y成+45°或-45°，通過一號步進電機8的轉動實現(xiàn)，也就是鋪絲頭2需要繞r軸轉動；故實現(xiàn)第一個功能，需要控制x、y、z、和五個自由度；

為實現(xiàn)第二個功能，首先是要產(chǎn)生適當?shù)臐L壓力，可通過二號步進電機9的旋轉，調節(jié)螺紋桿10的套筒旋合長度實現(xiàn)，當滾壓力不夠時，螺紋桿10外露部分需要伸長；當滾壓力過大時，螺紋桿10外露部分變短，也就是要控制鋪放頭2的搖臂繞p轉軸11轉角；另外，為了使叉形壓滾12的輪子與模具3曲面貼合，且壓力均勻，通過三號步進電機13繞q轉軸14正轉或反轉使叉形壓滾12的輪子與模具3表面充分貼合。故實現(xiàn)第二個功能需要控制和兩個自由度；

綜上，自動鋪絲系統(tǒng)需要控制x、y、z、、、和七個自由度，根據(jù)實際需要，其中x、y、z、和要求具備聯(lián)動功能，無論從硬件還是軟件角度來看，自動鋪絲系統(tǒng)的開發(fā)、制造和使用都是高難度。因此，降低自動鋪絲系統(tǒng)的開發(fā)難度、制造成本和使用難度十分必要。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所解決的技術問題在于提供一種數(shù)控鋪絲裝置，以解決上述背景技術中的缺點。

本發(fā)明所解決的技術問題采用以下技術方案來實現(xiàn)：

一種數(shù)控鋪絲裝置，包括鋪放機構、預浸料帶、位于鋪放機構下方的模具及用于安裝模具的轉軸，其中，鋪放機構包括步進電機、叉形支架、滾輪、支撐架、p轉軸、搖臂、伸縮滑桿、q轉軸及套筒，支撐架為l型結構，步進電機安裝在支撐架長端上部，支撐架短端下部設置有p轉軸，搖臂一端與p轉軸連接，另一端與q轉軸一端連接，q轉軸另一端與叉形支架連接，叉形支架內安裝有滾輪，滾輪內部填充有套裝在金屬臺階軸上的環(huán)形磁鐵，伸縮滑桿一端固定在支撐架長端上，另一端安裝在搖臂上，套筒套裝在伸縮滑桿上；預浸料帶穿過支撐架長端伸入搖臂后置于搖臂底部并延伸至滾輪下方的模具上。

在本發(fā)明中，步進電機通過步進電機r軸安裝在支撐架長端上部。

在本發(fā)明中，環(huán)形磁鐵為強磁材料制成，并在環(huán)形磁鐵外包裹有硅膠層，通過控制環(huán)形磁鐵外包裹的硅膠層厚度，以產(chǎn)生符合要求的均勻滾壓力，促使?jié)L輪與模具貼合均勻、穩(wěn)定。

在本發(fā)明中，模具為導磁材料制成。

在本發(fā)明中，支撐架短端內側設置有用于固定預浸料帶的卡扣。

在本發(fā)明中，伸縮滑桿固定在支撐架長端的一端設置有止動頭。

在本發(fā)明中，準備鋪絲前，首先將鋪放機構置于模具上方的指定點，在通過數(shù)控機床絲杠驅動鋪放機構進行x、y、z軸三個方向線性位移，當待鋪絲的零件為回轉體時，轉動轉軸的y軸將模具底面轉至上面在進行鋪絲操作；鋪絲方向與轉軸的y軸成+45°和-45°，鋪放機構繞步進電機r軸轉動，同時控制x、y、z、和五個自由度，以將多條預浸料帶按預定路徑貼至模具表面；

滾輪內部填充的環(huán)形磁鐵，使?jié)L輪與模具之間產(chǎn)生吸引力，為鋪絲提供滾壓力，伸縮滑桿為滾輪提供導向與止動輔助，q轉軸在套筒內（-45°~45°）自由旋轉，滾輪與模具之間的吸引力自動調節(jié)q轉軸轉角，在磁力作用下自主實現(xiàn)滾輪與模具面完美壓合，對貼好的預浸料帶進行滾壓、粘實。

有益效果：本發(fā)明在滾輪內部填充環(huán)形磁鐵，利用磁力作用，使?jié)L輪與模具之間產(chǎn)生吸引力，為鋪絲提供滾壓力，并通過伸縮滑桿為滾輪提供導向與止動輔助，同時滾輪與模具之間的吸引力自動調節(jié)q轉軸轉角，促進滾輪與模具面完美壓合，對貼好的碳纖維條帶進行滾壓、粘實，從而將七自由度五聯(lián)動系統(tǒng)降低為五坐標三聯(lián)動系統(tǒng)，有效降低自動鋪絲系統(tǒng)的開發(fā)難度、制造成本和使用難度。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有自動鋪絲系統(tǒng)的工作原理圖。

圖2是現(xiàn)有自動鋪絲系統(tǒng)的七坐標五聯(lián)動示意圖。

圖3是本發(fā)明的較佳實施例的結構示意圖。

圖4是本發(fā)明的較佳實施例中的滾輪結構示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。

參見圖3～4的一種數(shù)控鋪絲裝置，包括鋪放機構、預浸料帶1、模具2及轉軸3，模具2安裝在轉軸3上，并位于鋪放機構下方，鋪放機構包括步進電機4、步進電機r軸5、叉形支架6、滾輪7、支撐架8、p轉軸9、搖臂10、伸縮滑桿11、q轉軸12、套筒13、硅膠層14、環(huán)形磁鐵15、金屬臺階軸16及止動頭17，支撐架8為l型結構，步進電機4通過步進電機r軸5安裝在支撐架8長端上部，支撐架8短端下部設置有p轉軸9，搖臂10一端與p轉軸9連接，另一端與q轉軸12一端連接，q轉軸12另一端與叉形支架6連接，叉形支架6內安裝有滾輪7，滾輪7內部填充有套裝在金屬臺階軸16上的環(huán)形磁鐵15，伸縮滑桿11一端設置有止動頭17并固定在支撐架8長端上，另一端安裝在搖臂10上，q轉軸12與伸縮滑桿11上分別套裝有套筒13；預浸料帶1穿過支撐架8長端伸入搖臂10后置于搖臂10底部并延伸至滾輪7下方的模具2上。

在本實施例中，環(huán)形磁鐵15選用強磁材料制成，并在環(huán)形磁鐵15外包裹有硅膠層14，通過控制環(huán)形磁鐵15外包裹的硅膠層14厚度，以產(chǎn)生符合要求的均勻滾壓力，促使?jié)L輪7與模具2貼合均勻、穩(wěn)定。

在本實施例中，模具2采用導磁材料制成，包括鋼材。

在本實施例中，準備鋪絲前，首先將鋪放機構置于模具2上方的指定點，在通過數(shù)控機床絲杠驅動鋪放機構進行x、y、z軸三個方向線性位移，當待鋪絲的零件為回轉體時，轉動轉軸3的y軸將模具2底面轉至上面在進行鋪絲操作；鋪絲方向與轉軸3的y軸成+45°和-45°，鋪放機構繞步進電機r軸5轉動，同時控制x、y、z、和五個自由度，以將多條預浸料帶1按預定路徑貼至模具2表面；

通過在滾輪7內部填充環(huán)形磁鐵15，使?jié)L輪7與模具2之間產(chǎn)生吸引力，為鋪絲提供滾壓力，并通過伸縮滑桿11為滾輪提供導向與止動輔助，q轉軸12在套筒13內（-45°~45°）自由旋轉，滾輪7與模具2之間的吸引力自動調節(jié)q轉軸12轉角，從而不需要步進電機控制，在磁力作用下自主實現(xiàn)滾輪7與模具2面完美壓合，對貼好的預浸料帶1進行滾壓、粘實，比采取步進電機控制貼合狀態(tài)更好。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。