複合材料鋪放一步除料法的製作方法

2023-12-10 21:40:17

專利名稱：複合材料鋪放一步除料法的製作方法
技術領域：
本發明屬於複合材料鋪放成型技術領域。
背景技術：
在複合材料鋪放的過程中，有時候根據芯模的外形或一些特殊要求，需要對 鋪放帶進行一些特殊的裁減。對於鋪放帶的裁減，國外很多研究機構採用兩步除 料法，比如，他們首先將預成型帶在專用的剪切設備上剪切，然後將剪切好的 各種形狀的複合材料鋪放帶用紙帶隔離開，並巻成可裝夾在鋪放頭上的形狀，便 於鋪放成型。雖然這種工藝可剪切出各種複雜性狀的鋪放帶，但是它的製作工藝 複雜，且巻帶成輥後，如何將各個形狀的預成型帶準確的鋪放到設定好的位置， 對於後期的鋪放控制帶來了新的困難。

發明內容
本發明旨在提出一種新的預成型除料法，有效提高鋪放設備針對複雜形狀鋪 放帶的鋪放效率、節省設備成本。
複合材料鋪放一步除料法要分段進行操作，首先送帶軸開巻送帶，運行 切割程序進行材料切割去除；然後刀具復位，送帶軸轉換工作模式，由主動 送帶轉換為被動力矩控制方式，提供鋪放張力；最後鋪放頭運動將剩餘鋪放 帶壓附到芯模。
在進行上述切割運動之前，應首先根據鋪放帶寬和待去除材料形狀設計 切割軌跡，然後編制切割控制程序，其中軌跡切割運動通過刀具自轉軸、刀 具直線運動軸和送帶軸三軸聯動控制實現。
通過本發明一步除料法，對特定形狀的鋪放帶，在鋪放頭上直接進行切割成 型，不必單獨設計切割設備，並且鋪放帶一次開巻實現切割和鋪放同吋進行，減 小了二次巻軸對鋪放帶的質量磨損。可避免單獨切割和二次巻軸的繁瑣步驟，有 效提高鋪放設備針對複雜形狀鋪放帶的鋪放效率、節省設備成本。


圖l:刀具結構圖。 圖2:簡單軌跡切割原理圖。 圖3:切割程序控制框圖。 圖4:複雜軌跡切割原理圖。
圖中標號名稱l.刀柄，2.刀片，3.收膜軸，4.膜，5.送帶軸，6.收膜導
向磙，7.送帶軸驅動奠基，8.刀具，9.纖維鋪放帶，IO.壓磙，ll.收紙導向磙，
12.紙，13.收紙軸，曲線14和15為鋪放帶剪切軌跡。
實施方式-
一步除料法主要藉助刀具的結構、材料、以及刀具和送帶軸的聯動軌跡控制 實現鋪放帶的切割，下面分別從刀具和聯動控制兩個方面介紹。
碳纖維複合材料帶具有高強度的特點， 一般的刀具很難對其切割，刀具採用
超聲波振動金屬陶瓷刀，其振動振幅O. l,，頻率為20 40kHz;金屬陶瓷材料
使刀具不僅具有金屬的韌性、高導熱性和良好的熱穩定性，又具有陶瓷的耐 高溫、耐腐蝕和耐磨損等特性。其形狀釆用圖l所示的形狀，刀具的形狀 為菱形，其下面兩側均為刃口，厚度為lmm，有利於其保持強度和剛性。
在切割時，刀具刃口必須始終指向剪切軌跡方向，即刀刃始終沿著剪切 軌跡的切線方向，這樣才能夠保證有效的剪切。由於空間的限制，鋪放頭不 可能做的太大，為精簡鋪放頭結構，剪切刀具的運動始終是一維運動，垂直 於鋪放帶的前進方向，聯合送帶電機的位置控制來插補各種形狀。因此隨著 插補運動的進行，形成刀具自轉軸、刀具直線運動軸和送帶軸等三軸聯動控 制剪切的數控裝置，其結構見圖2。由於其運動為多軸聯動，本發明採用運 動控制器進行插補運算來控制其聯動，其剪切運動的控制框圖見圖3。首先 根據帶寬和切割軌跡編制切割控制程序，待各部件裝夾完畢，運行切割程序， 切割完畢後，刀具要進行自轉軸和直線運動軸復位，並且同時對送帶軸進行 工作模式轉換，由主動送帶轉換為被動力矩控制方式，提供鋪放張力，此時 鋪放頭繼續運行，將剩餘的鋪放帶壓附到芯模上。
具體實施方式
一結合圖l、圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式由部 件1為刀柄，部件2刀片，部件3為收膜軸，部件4為膜，部件5為送帶軸，部 件6為收膜導向磙，部件7為送帶軸驅動奠基，部件8為刀具，部件9為纖維鋪放帶，部件10為壓磙，部件11為收紙導向磙，部件12為紙，部件13為收紙軸， 曲線14組成；首先測量鋪放帶9帶寬，並根據產品需要設計切割軌跡14， 編制切割控制程序；將鋪放帶輥安裝到送帶軸5上，進行手工連接紙帶和膜 帶，手動開巻，將膜4經過導向磙6連接到收膜軸3上，將紙12經過導向 磙11連接到收紙軸13上；給系統上電，收膜軸3和收紙軸13分別將膜4 和紙12張緊，然後對刀具3的自轉軸和直線運動軸進行復位；運行切割控 製程序，刀具順時針自轉，之後刀具沿直線由後向前運動和送帶軸開巻送帶， 切割到軌跡14拐點，調整刀具3自轉角度，並調整刀具直線運動與開巻送 帶速比，繼續切割，切割出軌跡14;程序運行完畢後，控制系統要對刀具 自轉軸和刀具直線運動軸進行復位，以便下次切割；送帶軸工作模式轉換， 由主動送帶轉換為被動力矩控制方式，鋪放頭繼續運行，直至壓磙10將剩 餘鋪放帶9壓附到芯模表面。
具體實施方式
二結合圖l、圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式由部 件1為刀柄，部件2刀片，部件3為收膜軸，部件4為膜，部件5為送帶軸，部 件6為收膜導向磙，部件7為送帶軸驅動奠基，部件8為刀具，部件9為纖維鋪 放帶，部件10為壓磙，部件11為收紙導向磙，部件12為紙，部件13為收紙軸， 曲線14組成；在切割過程中，刀具3初始位置在鋪放帶前面，切割時，刀具由
前向後運動，同時送帶軸執行收帶動作，切割出設計軌跡14。其它組成及操作 步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結合圖l、圖3和圖4說明本實施方式，本實施方式由部 件1為刀柄，部件2刀片，部件3為收膜軸，部件4為膜，部件5為送帶軸，部 件6為收膜導向磙，.部件7為送帶軸驅動奠基，部件8為刀具，部件9為纖維鋪 放帶，部件10為壓磙，部件11為收紙導向磙，部件12為紙，部件13為收紙軸， 曲線15組成；在切割較為複雜軌跡15的過程中，刀具3需要往復運動，同時送 帶軸執行放帶和收帶動作，編程控制切割過程的速比和刀具轉向，切割出設計軌 跡15。其它組成及操作步驟與具體實施方式
一相同。
權利要求
1、一種複合材料鋪放一步除料法，其特徵在於包括以下過程(1)、首先根據鋪放帶寬和待去除材料形狀設計切割軌跡，進一步編制切割控制程序；(2)、分段進行以下操作鋪放帶開卷-材料切割去除-刀具復位及送帶軸轉換工作模式-剩餘鋪放帶壓附到芯模。
2、 根據權利要求1所述的複合材料鋪放一步除料法，其特徵在於通過刀 具自轉軸、刀具直線運動軸和送帶軸三軸聯動控制切割軌跡。
3、 根據權利要求1所述的複合材料鋪放一步除料法，其特徵在於切割刀具採用超聲波振動金屬陶瓷刀，其振動振幅0.1nm，頻率為2(T40kHz 。
全文摘要
一種複合材料鋪放一步除料法，屬於複合材料鋪放成型技術領域。其特徵在於包括以下過程(1)首先根據鋪放帶寬和待去除材料形狀設計切割軌跡，進一步編制切割控制程序；(2)分段進行以下操作鋪放帶開卷-材料切割去除-刀具復位及送帶軸轉換工作模式-剩餘鋪放帶壓附到芯模。本方法可避免單獨切割和二次捲軸的繁瑣步驟，有效提高鋪放設備針對複雜形狀鋪放帶的鋪放效率、節省設備成本。
文檔編號B29C70/54GK101450534SQ20081023537
公開日2009年6月10日 申請日期2008年12月3日 優先權日2008年12月3日
發明者張建寶, 文立偉, 勇 李, 王顯峰, 軍 肖, 齊俊偉 申請人:南京航空航天大學