短節(jié)段纖維鋪放頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及短節(jié)段纖維鋪放頭。通過重新配置纖維鋪放頭的功能機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了一種用于生成復(fù)合板短路徑路線應(yīng)用的復(fù)合自動(dòng)方法和裝置。分離纖維推進(jìn)和收回功能、內(nèi)嵌激活汽缸以及利用僅推動(dòng)激活得到了一個(gè)簡(jiǎn)化的緊湊的AFP輸送頭。圓形結(jié)構(gòu)的纖維切割刀片提供了均勻的切割，其中在激活時(shí)，刀片提供漸進(jìn)切削力且旋轉(zhuǎn)以提供新的切削刃，并且當(dāng)所有取向同樣良好地進(jìn)行切割時(shí)，需要有限的切削刃導(dǎo)向。嵌套在功能中且緊鄰壓實(shí)輥放置的機(jī)構(gòu)減少了到施加點(diǎn)的總體纖維節(jié)段。
【專利說明】短節(jié)段纖維鋪放頭

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體涉及用于鋪設(shè)復(fù)合材料層片的自動(dòng)化方法和設(shè)備，更特別地涉及一種在鋪設(shè)過程期間在底板上鋪放短節(jié)段(short course)復(fù)合帶條的方法和設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]諸如那些用于汽車、航海和航空工業(yè)的復(fù)合結(jié)構(gòu)可以使用通常被稱為自動(dòng)纖維鋪放機(jī)(AFP)的自動(dòng)化復(fù)合材料施加機(jī)器來制造。AFP機(jī)器可以被用在航空工業(yè)中，例如，用于通過在制造工具上放置相對(duì)狹窄的帶狀復(fù)合縫纖維帶或“絲束”來制造結(jié)構(gòu)組件和蒙皮。纖維帶可以以平行節(jié)段的方式放在工具上，其可以大體上邊對(duì)邊接觸以形成一個(gè)板層。
[0003]已知的AFP機(jī)器使用帶條鋪放頭，當(dāng)帶條鋪放頭在工具表面上方由機(jī)器人設(shè)備移動(dòng)時(shí)，帶條鋪放頭分配、切割帶條的節(jié)段并且將帶條的節(jié)段壓實(shí)在工具表面上。這些帶條鋪放頭通常包含帶條供卷筒和分配機(jī)構(gòu)，分配機(jī)構(gòu)將帶條從供卷筒中拉出且將其導(dǎo)引進(jìn)壓實(shí)輥和工具表面之間的夾縫。在分配機(jī)構(gòu)內(nèi)位于壓實(shí)輥上游的切刀將帶條切割成期望的節(jié)段長(zhǎng)度。因此，能夠由帶條鋪放頭鋪放的帶條節(jié)段的最小長(zhǎng)度可以由該帶條被壓實(shí)在工具表面的點(diǎn)和帶條被刀片切割的點(diǎn)之間的距離而控制。
[0004]在一些應(yīng)用中，可能需要相對(duì)短節(jié)段的帶條，其長(zhǎng)度比已知的帶條鋪放頭能夠切割的最短節(jié)段長(zhǎng)度還短。換句話說，期望的節(jié)段長(zhǎng)度可能比壓實(shí)點(diǎn)到切割點(diǎn)之間的距離短。在這些情況下，可能需要鋪放比最優(yōu)節(jié)段長(zhǎng)度更長(zhǎng)的節(jié)段，因而對(duì)該部分增加了重量和/或成本或者需要剪切過量帶條的層片，或者可能需要人工鋪設(shè)短節(jié)段帶條，因而增加了制造過程中不期望的人力和花費(fèi)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，需要一種允許鋪放較短長(zhǎng)度的節(jié)段的用于切割帶條節(jié)段的帶條鋪放頭和方法。
[0006]本申請(qǐng)公開了各種系統(tǒng)和方法，以解決現(xiàn)有帶條鋪放頭的上述挑戰(zhàn)。
[0007]在一個(gè)示例中，公開了用于在底板上鋪放復(fù)合材料的自動(dòng)纖維鋪放(AFP)機(jī)。AFP機(jī)包含具有一個(gè)或多個(gè)圓形切刀刀片的第一低輪廓絲束控制模塊以及具有一個(gè)或多個(gè)圓形切刀刀片的第二低輪廓絲束控制模塊。AFP機(jī)進(jìn)一步包含V字形模塊，該模塊與第一和第二低輪廓絲束控制模塊連接且位于第一和第二低輪廓絲束控制模塊之間，V字形模塊包含位于其中的多個(gè)空氣通道。AFP機(jī)進(jìn)一步包含多個(gè)空氣汽缸，空氣汽缸與V字形模塊連接并且嵌套在第一低輪廓絲束控制模塊和第二低輪廓絲束控制模塊之間，所述多個(gè)空氣汽缸與位于V字形模塊內(nèi)的空氣通道對(duì)齊。
[0008]第一和第二低輪廓絲束控制模塊可以具有不超過約3/4英寸的高度。圓形切刀刀片可以具有不超過約3/4英寸的高度。AFP機(jī)可以進(jìn)一步包含壓實(shí)輥，其直徑不超過約3/4英寸。圓形切刀刀片可以可拆除地與切刀搖臂連接，該搖臂被配置為通過第一切刀伸出活塞和第二切刀收回活塞圍繞軸被旋轉(zhuǎn)。底板可以包含平坦或幾乎平坦的載荷。AFP機(jī)可以進(jìn)一步包含控制單元，其被配置為訪問包含用于制造復(fù)合材料零件的計(jì)算機(jī)可讀指令的文件。AFP機(jī)可以進(jìn)一步包含一個(gè)或多個(gè)定位設(shè)備，其被配置為當(dāng)復(fù)合材料被放置在底板上時(shí)，相對(duì)于傳送頭操縱該底板。定位設(shè)備可以包含一個(gè)或多個(gè)NC機(jī)器、機(jī)械臂或者心軸。
[0009]在另一個(gè)示例中，自動(dòng)纖維鋪放(AFP)機(jī)的傳送頭包含V字形模塊和與該V字形模塊連接的第一絲束控制模塊，V字形模塊具有位于其內(nèi)的多個(gè)空氣通道。第一絲束控制模塊包含絲束導(dǎo)引盤、支架、具有附連切刀刀片的切刀搖臂以及具有附連夾緊輥的夾緊/進(jìn)料搖桿。切刀搖臂通過切刀搖桿軸與支架連接。夾緊/進(jìn)料搖桿嵌套在切刀搖臂內(nèi)且通過夾緊/進(jìn)料搖桿軸與支架連接。多個(gè)活塞位于V字形模塊內(nèi)的腔體中且與空氣通道連接，多個(gè)活塞與切刀搖臂和夾緊/進(jìn)料搖桿對(duì)齊。
[0010]附連切刀刀片可以包含圓形切刀刀片?；钊梢园谝磺械渡斐龌钊偷诙械妒栈鼗钊鼈儽慌渲脼槭骨械稉u臂繞切刀搖桿軸旋轉(zhuǎn)。絲束導(dǎo)引盤可以限定多個(gè)絲束導(dǎo)引路徑，并且第一絲束控制模塊可以包含對(duì)應(yīng)的多個(gè)切刀搖臂和夾緊/進(jìn)料搖桿。傳送頭可以被配置為在平坦或近乎平坦的載荷上鋪放復(fù)合材料。傳送頭可以進(jìn)一步包含第二絲束控制模塊，其與V字形模塊連接。第二絲束控制模塊包含與第一絲束控制模塊基本相同的部件，且位于互補(bǔ)位置。
[0011 ] 在另一個(gè)示例中，公開了一種使用具有低輪廓傳送頭和圓形切刀刀片的AFP機(jī)在底板上放置復(fù)合材料節(jié)段的方法。該方法包含:通過伸出進(jìn)料活塞，使夾緊輥與進(jìn)料輥接觸，由此使復(fù)合材料絲束在夾緊輥與進(jìn)料輥之間沿著絲束導(dǎo)引槽被牽拉，從而輸送一根或多根復(fù)合材料絲束通過傳送頭。該方法進(jìn)一步包含:通過伸出切刀伸出活塞并且收回切刀收回活塞，由此使切刀搖臂繞軸旋轉(zhuǎn)且降低圓形切刀刀片通過絲束導(dǎo)引槽，從而將復(fù)合材料絲束切割為期望的長(zhǎng)度。該方法進(jìn)一步包含:通過伸出切刀收回活塞和收回切刀伸出活塞，由此使切刀搖臂繞軸旋轉(zhuǎn)且升高圓形切刀刀片離開絲束導(dǎo)引槽，從而收回圓形切刀刀片。
[0012]該方法可進(jìn)一步包含旋轉(zhuǎn)圓形切刀刀片以提供新的切割刃。該方法可進(jìn)一步包含通過在降低圓形切刀刀片的幾乎同時(shí)伸出夾緊活塞，從而將復(fù)合材料絲束夾緊在絲束導(dǎo)引槽中的適當(dāng)位置。伸出活塞可以包含通過形成在V字形模塊內(nèi)的空氣通道向該活塞供應(yīng)氣壓。底板可以包含平坦或近乎平坦的載荷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是根據(jù)本申請(qǐng)的自動(dòng)纖維鋪放(AFP)機(jī)的一個(gè)示例的方框圖。
[0014]圖2A和2B是示出根據(jù)本申請(qǐng)的AFP機(jī)的一個(gè)示例的示意圖。
[0015]圖3示出了用于AFP機(jī)的傳送頭的一個(gè)示例的部分橫截面圖。
[0016]圖4示出了用于AFP機(jī)的傳送頭的一個(gè)示例的分解圖。
[0017]圖5A到圖示出了在AFP過程的各個(gè)階段期間推桿/活塞子組件的位置。
[0018]圖6是飛行器生產(chǎn)和維護(hù)方法學(xué)的流程圖的圖示。
[0019]圖7是飛行器的方框圖的圖示。
[0020]在各附圖中同樣的參考編號(hào)和標(biāo)記表示同樣的元件。

【具體實(shí)施方式】
[0021]在下述詳細(xì)描述中將參考附圖，這些附圖形成了詳細(xì)描述的一部分，并且在這些附圖中通過說明方式示出了本發(fā)明可以被實(shí)施的具體實(shí)施例。詳細(xì)描述這些實(shí)施例是為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，并且可以理解，在沒有偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以使用其他實(shí)施例并且可以進(jìn)行各種改變。因此，下面的詳細(xì)描述不應(yīng)被視為具有限制意義。
[0022]本申請(qǐng)公開了一種用于鋪放復(fù)合材料板層以制造復(fù)合材料零件的系統(tǒng)和使用該系統(tǒng)的方法。具體地，該系統(tǒng)提供了通過重新配置纖維鋪放頭的功能機(jī)構(gòu)來短路徑節(jié)段施加復(fù)合材料板。在一些示例中，該系統(tǒng)包含自動(dòng)層壓設(shè)備，例如，自動(dòng)纖維鋪放(AFP)機(jī)。該層壓設(shè)備包含一個(gè)或多個(gè)分配頭，用于在心軸、疊層模具或工具上鋪放復(fù)合材料層片。此夕卜，該層壓設(shè)備包含用來切割復(fù)合材料的切割設(shè)備。在本公開的益處下，關(guān)于該系統(tǒng)配置和操作的額外細(xì)節(jié)和變體對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是明顯的。
[0023]圖1是根據(jù)本申請(qǐng)的自動(dòng)纖維鋪放(AFP)機(jī)100的一個(gè)示例的框圖。在圖1所示的示例中，AFP機(jī)100包含鋪放頭105，該鋪放頭105由對(duì)應(yīng)的定位設(shè)備110定位。鋪放頭105被配置為在底板120上鋪放115復(fù)合材料。該底板120包含工件125的表面，例如，心軸表面、工具表面、疊層模具表面或任何其他合適的表面，在這些表面上放置復(fù)合材料。此夕卜，該底板120可以包含任何預(yù)先應(yīng)用的復(fù)合材料、增粘劑和可以預(yù)先鋪放在工件125上的類似物。工件125由驅(qū)動(dòng)裝置130旋轉(zhuǎn)或以其他方式定位。驅(qū)動(dòng)裝置130和/或定位設(shè)備110由控制單元135控制?？刂茊卧?35可以訪問文件140，該文件包含用于制造復(fù)合材料零件的計(jì)算機(jī)可讀指令。
[0024]圖2A是示出根據(jù)本申請(qǐng)的自動(dòng)纖維鋪放(AFP)機(jī)200的示例的示意圖。通常,AFP機(jī)200被配置為相對(duì)于纖維鋪放頭組件或傳送頭215操縱底板210 (例如，工具或平底容器疊放模具)，同時(shí)在該底板210上放置復(fù)合材料絲束。例如，在圖2A所示的具體示例中，AFP機(jī)200包含數(shù)控(NC)機(jī)205(例如，機(jī)械臂)，其被配置為操縱底板210的同時(shí)傳送頭215保持靜止。在其他情況下，AFP機(jī)200可以包含如下NC機(jī)205，其被配置為在移動(dòng)傳送頭215的同時(shí)底板210保持固定或在額外的一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸線上移動(dòng)。除了這些示例，也可以使用相對(duì)于傳送頭215移動(dòng)該底板210的其他替換機(jī)構(gòu)，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。
[0025]圖2B中更詳細(xì)地示出傳送頭215。AFP機(jī)200進(jìn)一步包含絲束供應(yīng)系統(tǒng)200，該系統(tǒng)包含一組存儲(chǔ)線軸225或筒子架，以及一系列絲束導(dǎo)引裝置(例如，轉(zhuǎn)向輥230和轉(zhuǎn)向滑輪235)以及張力制動(dòng)系統(tǒng)250。為了簡(jiǎn)單起見，AFP機(jī)200的完整的輥支撐架沒有在圖2A和2B中整體示出。AFP機(jī)200也可以包含各種標(biāo)準(zhǔn)控制部件，例如，氣壓缸、電伺服致動(dòng)器、控制鋼繩、軟管等(沒有顯示)，這些部件在合適的控制模塊(例如，圖1中顯示的控制單元135)的指引下控制AFP機(jī)200的運(yùn)行。
[0026]在操作中，AFP機(jī)200從存儲(chǔ)線軸225圍繞轉(zhuǎn)向輥230牽拉復(fù)合材料絲束240 (例如，炭纖維環(huán)氧樹脂)，轉(zhuǎn)向輥230用作將預(yù)定的張力保持在每根纖維或絲束240上，并且通過轉(zhuǎn)向滑輪235到傳送頭215。當(dāng)復(fù)合材料節(jié)段(也被稱為絲束帶)被放置在底板210上時(shí)，響應(yīng)于來自控制單元135的命令，每根絲束240進(jìn)而由切割刀片切割為正確的長(zhǎng)度。每根絲束240具有對(duì)應(yīng)的切割刀片，但是刀片的數(shù)量可以依據(jù)絲束240的數(shù)量和每根絲束240的寬度而變化。當(dāng)絲束240從傳送頭215出現(xiàn)時(shí)，這些絲束經(jīng)過壓實(shí)輥245，隨著底板210相對(duì)于傳送頭215移動(dòng)，壓實(shí)輥245將絲束240施加并且壓緊在底板210的表面上。在將絲束240鋪放在底板210上之前，可以將熱施加到絲束240，以增加樹脂浸潰絲束的表面粘性?？梢员３纸z束210上的張力，以輔助根據(jù)控制張力制動(dòng)系統(tǒng)250的轉(zhuǎn)向輥230所感測(cè)地牽拉絲束通過AFP機(jī)200。
[0027]圖3和圖4分別示出傳送頭215的一個(gè)示例的部分橫截面圖和部件分解圖。在圖3和圖4所示的示例中，傳送頭215包含“V字形模塊”350，其具有多個(gè)空氣配件384，這些空氣配件連接到位于V字形模塊350內(nèi)的通道352，在運(yùn)行期間，可以通過這些通道導(dǎo)入氣壓。空氣配件384與常規(guī)的氣動(dòng)閥門兼容，該氣動(dòng)閥門被配置為按照來自控制單元135的預(yù)定指令控制傳送頭215的操作。傳送頭215包含第一上部絲束控制模塊354A和第二下部絲束控制模塊354B，這些模塊包含大體上相同的、位于互補(bǔ)位置的部件。如上所述，在運(yùn)行期間，絲束控制模塊354A、354B導(dǎo)引絲束240經(jīng)過傳送頭215。為了簡(jiǎn)便起見，在圖4的分解圖中，僅分離了上部絲束控制模塊354A的部件。
[0028]每個(gè)絲束控制模塊354包含與V字形模塊350連接的絲束導(dǎo)引盤356，該絲束導(dǎo)引盤356根據(jù)其內(nèi)的絲束槽尺寸358所設(shè)定地形成絲束進(jìn)料路徑的結(jié)構(gòu)。總寬度輸出由與設(shè)計(jì)傳送頭215所針對(duì)的絲束240的數(shù)量對(duì)應(yīng)的多個(gè)絲束導(dǎo)引槽358定義。例如，在圖3和圖4中所示的具體情況下，上部絲束控制模塊354A和下部絲束控制模塊354B都包含絲束導(dǎo)引盤356，該絲束導(dǎo)引盤具有三個(gè)絲束導(dǎo)引槽358，意味著傳送頭215被配置為在每個(gè)過程期間以邊對(duì)邊對(duì)齊的模式，在底板210上同時(shí)鋪放高達(dá)6條復(fù)合材料絲束240 (三條絲束240來自上部絲束控制模塊354A，三條絲束240來自下部絲束控制模塊354B)。
[0029]傳送頭215進(jìn)一步包含多個(gè)推桿/活塞子組件360，其對(duì)應(yīng)于選定數(shù)目的多個(gè)絲束導(dǎo)引槽358。每個(gè)推桿/活塞子組件360包含第一切刀收回活塞360A、第二夾緊活塞360B、第三進(jìn)料活塞360C以及第四切刀伸出活塞360D。在所示示例中，切刀收回活塞360A、夾緊活塞360B、進(jìn)料活塞360C以及切刀伸出柱塞360D都包含偏置彈簧362。每個(gè)推桿/活塞子組件360位于V字形模塊350中的一系列腔體364內(nèi)，這一系列腔體與對(duì)應(yīng)的絲束導(dǎo)引槽358對(duì)齊。
[0030]每個(gè)絲束控制模塊354還包含與絲束導(dǎo)引盤356連接的支撐框架366，以及針對(duì)每個(gè)絲束導(dǎo)引槽358還包含具有附連切刀刀片370的切刀搖臂368和具有附連夾緊輥374的夾緊/進(jìn)料搖桿372。每個(gè)切刀搖臂368通過第一切刀搖桿軸376A與支撐框架366連接，在運(yùn)行期間，切刀搖臂368繞該軸轉(zhuǎn)動(dòng)。相似地，每個(gè)夾緊/進(jìn)料搖桿372通過第二夾緊/進(jìn)料搖桿軸376B與支撐框架366連接，在運(yùn)行期間，夾緊/進(jìn)料搖桿372繞該軸轉(zhuǎn)動(dòng)。盡管對(duì)于圖4中的所有三個(gè)切刀搖臂368來說，第一切刀搖桿軸376A被示為單個(gè)整體構(gòu)件，但是在某些情況下，第一切刀搖桿軸376A可以被細(xì)分成多個(gè)構(gòu)件，每個(gè)構(gòu)件對(duì)應(yīng)于單獨(dú)的切刀搖臂368。每個(gè)絲束控制模塊354還包含一個(gè)或多個(gè)與支撐框架366連接的刀片蓋378，該刀片蓋被配置為在運(yùn)行期間覆蓋切刀刀片370。
[0031]傳送頭215的切刀搖臂368和夾緊/進(jìn)料搖桿372是大體上對(duì)稱的，在某些情況下，這可以有利地減少扭曲和結(jié)合變形。每個(gè)夾緊/進(jìn)料搖桿372嵌套于對(duì)應(yīng)的切刀搖臂368的袋口內(nèi)，除了后端附近(在該處凸片延伸以便與進(jìn)料活塞360C結(jié)合)。在每個(gè)夾緊/進(jìn)料搖桿372中的凸片的位置處，對(duì)應(yīng)的切刀搖臂368升高以允許夾緊/進(jìn)料搖桿372足夠地旋轉(zhuǎn)。每個(gè)切刀搖桿軸376A位于足夠高的位置，以允許對(duì)應(yīng)的夾緊/進(jìn)料搖桿372旋轉(zhuǎn)，并且絲束控制模塊354優(yōu)選地被設(shè)計(jì)成充分減少所需的整體旋轉(zhuǎn)量。
[0032]傳送頭215進(jìn)一步包含壓實(shí)輥245，該壓實(shí)輥與V字形模塊350連接，V字形模塊350被配置為接觸底板210，其中V字形模塊在壓實(shí)輥245下在進(jìn)料到接觸交叉點(diǎn)的V字形圖案纖維的交叉處形成夾持點(diǎn)。此外，傳送頭215包含第一上部進(jìn)料輥382A和第二下部進(jìn)料輥382B，它們連接到一個(gè)或多個(gè)合適的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如，伺服致動(dòng)器。當(dāng)夾緊輥374被活塞360C激活，作用在夾緊/進(jìn)料搖桿372上從而接觸進(jìn)料輥382時(shí)，進(jìn)料輥382A、382B形成夾持壓實(shí)拉力。在合適的控制模塊的指引下(例如，圖1中所示的控制單元135)，該拉力牽拉復(fù)合材料絲束240以期望的速度和在期望的時(shí)間內(nèi)分別經(jīng)過上部和下部絲束控制模塊 354A、354B。
[0033]與常規(guī)的AFP傳送頭不同，本申請(qǐng)的傳送頭215包含針對(duì)短節(jié)段和平坦或近乎平坦的載荷(charge)優(yōu)化傳送頭215的多種不同的特征。例如，通過壓實(shí)輥245的直徑比常規(guī)壓實(shí)輥明顯小，并且還通過將切割點(diǎn)放置得更接近夾持點(diǎn)的絲束切割添加機(jī)構(gòu)的緊湊設(shè)計(jì)，從絲束脫落或切割點(diǎn)到輥夾持區(qū)域的總距離被減少了。具體地，在某些情況下，壓實(shí)輥245的直徑不超過約3/4英寸。
[0034]此外，傳送頭215包含具有獨(dú)特圓形切刀幾何外形的切刀刀片370，而不是在常規(guī)切刀刀片中使用的傳統(tǒng)矩形。圓形切刀刀片設(shè)計(jì)有利地允許傳送頭215使用比常規(guī)AFP切刀明顯短的切刀刀片370。具體地，在某些情況下，切刀刀片370的最大長(zhǎng)度不超過約3/4英寸。圓形切刀刀片設(shè)計(jì)還有利地消除了刀片導(dǎo)向件的需要，因?yàn)樵撉械兜镀?70能夠在每個(gè)取向上同樣良好地進(jìn)行切割。此外，通過在使用期間使切刀繞切刀安裝中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，切刀的壽命被延長(zhǎng)了。該圓形切刀導(dǎo)片370也是容易接觸到的、可拆除的和可替換的。
[0035]在常規(guī)的AFP機(jī)中，用來致動(dòng)推桿和活塞的氣動(dòng)導(dǎo)管和其他設(shè)備通常與絲束控制模塊和V字形模塊的外部連接。結(jié)果，常規(guī)AFP傳送頭會(huì)是龐大的和笨重的，很難制造具有短節(jié)段長(zhǎng)度的小型復(fù)合零件。相反，本申請(qǐng)的傳送頭215使用獨(dú)特的設(shè)計(jì)，在其中空氣配件384被嵌套在上部絲束控制模塊354A和下部絲束控制模塊354B之間，并且氣壓通過位于V字形模塊350內(nèi)的通道352被導(dǎo)進(jìn)，以控制推桿/活塞子組件360的操作。這種緊湊的結(jié)構(gòu)有利地使傳送頭215能夠使用絲束控制模塊354的低輪廓(low-profile)設(shè)計(jì)。具體地，在某些情況下，絲束控制模塊354的最大高度不超過約3/4英寸。
[0036]圖5A到圖示出在AFP過程的各個(gè)操作階段期間的推桿/活塞子組件360A-360D的位置。通常，活塞360A-360D被彈簧偏置在收回位置，并且可以通過經(jīng)由對(duì)應(yīng)的空氣配件384和通道352向關(guān)聯(lián)的激活活塞360A-360D的期望的圓柱形孔腔364提供氣壓來伸出。該操作可以通過各種控制閥和其他控制設(shè)備(沒有顯示)使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的在控制單元135內(nèi)處理的常規(guī)技術(shù)和控制方法來完成。
[0037]圖5A示出AFP過程的“絲束進(jìn)料”階段，在該階段期間，復(fù)合材料絲束240被進(jìn)料輥382牽拉經(jīng)過傳送頭215。在該絲束進(jìn)料階段期間，如圖5A所示，切刀收回活塞360A伸出，而切刀伸出活塞360D收回，從而防止切刀搖臂368的前端降低以接合切刀刀片370。此夕卜，進(jìn)料活塞360C伸出，這降低了夾緊/進(jìn)料搖桿372的前端，使夾緊輥374與進(jìn)料輥382接觸，該進(jìn)料輥382按進(jìn)料活塞360C激活地那樣與夾緊輥374接觸。將夾緊活塞360B收回，以確保復(fù)合材料絲束240能夠在進(jìn)料輥382的控制下以期望的速度和在期望的持續(xù)時(shí)間內(nèi)被牽拉經(jīng)過對(duì)應(yīng)的絲束導(dǎo)引槽358。
[0038]圖5B示出AFP過程的“自由運(yùn)行”階段，在該階段期間，當(dāng)期望的材料節(jié)段被放置在底板210上時(shí)，復(fù)合材料絲束240傳遞經(jīng)過傳送頭215。在該自由運(yùn)行期間，如圖5B所示，進(jìn)料活塞360C收回，而所有其他的活塞仍然保持在與圖5A中所示的絲束進(jìn)料階段期間相同的位置。進(jìn)料活塞360的收回導(dǎo)致夾緊/進(jìn)料搖桿372繞夾緊/進(jìn)料搖桿軸376B旋轉(zhuǎn)，從而降低了該夾緊/進(jìn)料搖桿372的后端并且升高了前端。該旋轉(zhuǎn)進(jìn)而導(dǎo)致夾緊輥374與進(jìn)料輥382分離，由此允許復(fù)合材料絲束240在底板210上鋪放材料節(jié)段期間由于底板210和/或傳送頭215的運(yùn)動(dòng)而自由傳遞通過絲束導(dǎo)引槽358。
[0039]圖5C示出AFP過程的“絲束切割”階段，在該階段期間，復(fù)合材料絲束240被切刀刀片370切割成期望的長(zhǎng)度。在該絲束切割階段期間，如圖5C所示，切刀收回活塞360A收回并且切刀伸出活塞360D伸出，而所有其他的活塞依然保持在與圖5B中所示的自由運(yùn)行階段期間相同的位置。切刀收回活塞360A的收回和切刀伸出活塞360D的伸出導(dǎo)致切刀搖臂368繞切刀搖桿軸376A樞轉(zhuǎn)，由此降低了切刀搖臂368的前端，并且使切刀刀片370經(jīng)過絲束導(dǎo)引槽358且將復(fù)合材料絲束240切割到期望的長(zhǎng)度。
[0040]圖示出AFP過程的“絲束夾緊”階段，在該階段期間，復(fù)合材料絲束240在被切刀刀片370切割之后，被固定在傳送頭215中的合適的位置。在該絲束夾緊階段期間，如圖所示，切刀收回活塞360A伸出，而切刀伸出活塞360D收回，以解除切刀刀片370。在該步驟期間，由于振動(dòng)或其他力的原因，圓形切刀刀片370可以旋轉(zhuǎn)，因而有利地為下次絲束切割在同一切刀刀片370上提供新的切割刃。幾乎在同一時(shí)間，夾緊活塞360B伸出，以在絲束240上施加力，且將它保持固定在絲束導(dǎo)引槽358內(nèi)。如果沒有該夾緊步驟，則絲束240在被切割之后可能會(huì)由于儲(chǔ)存在對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)線軸225上的復(fù)合材料絲束的剩余長(zhǎng)度產(chǎn)生的張力而具有反彈的趨勢(shì)。然而，通過將絲束240保持固定，AFP機(jī)200能夠精確地確定絲束240末端的位置，且因此能夠精確地定位傳送頭215，以便將隨后的復(fù)合材料節(jié)段鋪放在底板210上。
[0041]在常規(guī)AFP機(jī)中，切刀刀片通常由單個(gè)雙作用汽缸致動(dòng)，S卩，“推動(dòng)”切刀刀片以接合切刀并且“拉動(dòng)”切刀刀片以脫離切刀的單個(gè)汽缸。相反，在本申請(qǐng)的AFP機(jī)200中，切刀刀片370的推進(jìn)和收回功能被分離到兩個(gè)活塞(例如，切刀收回活塞360A和切刀伸出活塞360D)。該結(jié)構(gòu)有利地消除了對(duì)至少一個(gè)桿密封件的需要，并且通過只使用推桿而沒有“拉動(dòng)”需求，簡(jiǎn)化了機(jī)構(gòu)。
[0042]由于上述特征，本申請(qǐng)的AFP機(jī)200有利地具有比常規(guī)AFP機(jī)的最小切割長(zhǎng)度明顯短的最小切割長(zhǎng)度。例如，在某些情況下，本申請(qǐng)的AFP機(jī)200能夠?qū)?fù)合材料絲束240切割到約11/2英寸短的長(zhǎng)度。結(jié)果，本申請(qǐng)的AFP機(jī)200有利地允許將AFP過程經(jīng)濟(jì)地應(yīng)用到小型復(fù)合零件，尤其是平坦或近乎平坦的載荷。這可以包含某些復(fù)合零件(例如，梁等)，在其中被AFP機(jī)200壓實(shí)的區(qū)域局部是平坦的或近乎平坦的，而該復(fù)合零件可以具有彎曲部分，例如，從腹板到法蘭的緊凸曲率半徑。
[0043]參考圖6-7，本申請(qǐng)的系統(tǒng)和方法可以在如圖6所示的飛行器制造和維護(hù)方法600和圖7中所示的飛行器700的背景下實(shí)施。在預(yù)制造期間，示例性方法600可以包含飛行器700的規(guī)范和設(shè)計(jì)602以及材料采購(gòu)604。在生產(chǎn)期間，進(jìn)行飛行器700的部件和子組件制造606和系統(tǒng)集成608。之后，飛行器700可以經(jīng)過驗(yàn)證和交付610，以便投入使用612。當(dāng)由某個(gè)顧客使用612時(shí)，飛行器700被安排常規(guī)的維修和維護(hù)614 (其也可以包含修改、重新配置、翻新等)。
[0044]方法600的每個(gè)過程可以由系統(tǒng)集成商、第三方和/或運(yùn)營(yíng)商(例如，顧客)實(shí)施或?qū)崿F(xiàn)。出于該描述的目的，系統(tǒng)集成商可以包含但不限于任何數(shù)量的飛行器制造商和主系統(tǒng)轉(zhuǎn)包商；第三方可以包含但不限于任何數(shù)量的賣方、轉(zhuǎn)包商和供應(yīng)商；以及運(yùn)營(yíng)商可以是航空公司、租憑公司、軍方實(shí)體、服務(wù)組織等。
[0045]如圖7所示，通過示例性方法600生產(chǎn)的飛行器700可以包含機(jī)身720以及多個(gè)系統(tǒng)722和內(nèi)部724。高層次系統(tǒng)722的示例包含推進(jìn)系統(tǒng)726、電氣系統(tǒng)728、液壓系統(tǒng)726以及環(huán)境系統(tǒng)728中的一個(gè)或多個(gè)。任何數(shù)量的其他系統(tǒng)也可以被包含。盡管示出了飛行器的示例，但是所公開的實(shí)施例的原理可以應(yīng)用于其他行業(yè)，例如汽車行業(yè)。
[0046]在此實(shí)施的裝置和方法可以用于制造和維護(hù)方法600中的一個(gè)或多個(gè)階段期間。例如，與生產(chǎn)過程606對(duì)應(yīng)的部件或子組件可以用類似于當(dāng)飛行器700在使用612時(shí)生產(chǎn)的部件或子組件的方式生產(chǎn)或制造。同樣，一個(gè)或多個(gè)裝置實(shí)施例、方法實(shí)施例或兩者的組合可以用在生產(chǎn)階段606和608期間，例如，以便極大地加速飛行器700的裝配或減少成本。相似地，當(dāng)飛行器700在使用612時(shí)可以使用一個(gè)或多個(gè)裝置實(shí)施例、方法實(shí)施例或兩者的組合來例如但不限于維修和維護(hù)614。
[0047]盡管按照某些優(yōu)選的結(jié)構(gòu)描述了本公開，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的其他結(jié)構(gòu)，包括沒有提供在此陳述的所有特征和優(yōu)勢(shì)的結(jié)構(gòu)，也在本公開的范圍內(nèi)。因此，本公開的范圍僅通過參考所附的權(quán)利要求及其等同物來限定。進(jìn)一步地，本公開包含根據(jù)下列條款的實(shí)施例:
[0048]條款1.自動(dòng)纖維鋪放(AFP)機(jī)的傳送頭，該傳送頭包含:
[0049]V字形模塊，其具有位于其內(nèi)的多個(gè)空氣通道；
[0050]與所述V字形模塊連接的第一絲束控制模塊，其包含絲束導(dǎo)引盤、支撐框架、具有附連切刀刀片的切刀搖臂以及具有附連夾緊輥的夾緊/進(jìn)料搖桿，
[0051]其中所述切刀搖臂通過切刀搖桿軸與所述支撐框架連接；以及
[0052]其中所述夾緊/進(jìn)料搖桿嵌套在所述切刀搖臂內(nèi)且通過夾緊/進(jìn)料搖桿軸與所述支撐架連接；
[0053]多個(gè)活塞，其位于V字形模塊內(nèi)的腔體中且與空氣通道連接，所述活塞與切刀搖臂和夾緊/進(jìn)料搖桿對(duì)齊。
[0054]條款2.根據(jù)條款I(lǐng)所述的傳送頭，其中所述附連切刀刀片包含圓形切刀刀片。
[0055]條款3.根據(jù)條款I(lǐng)所述的傳送頭，其中所述活塞包含第一切刀伸出活塞和第二切刀收回活塞，它們被配置為使切刀搖臂繞切刀搖桿軸旋轉(zhuǎn)。
[0056]條款4.根據(jù)條款I(lǐng)所述的傳送頭，其中所述絲束導(dǎo)引盤限定多個(gè)絲束導(dǎo)引路徑，且第一絲束控制模塊包含對(duì)應(yīng)的多個(gè)切刀搖臂和夾緊/進(jìn)料搖桿。
[0057]條款5.根據(jù)條款I(lǐng)所述的傳送頭，其中所述傳動(dòng)頭被配置為在平坦或近乎平坦的載荷上鋪放復(fù)合材料。
[0058]條款6.根據(jù)條款I(lǐng)所述的傳送頭，其進(jìn)一步包含第二絲束控制模塊，其與V字形模塊連接，并且第二絲束控制模塊包含與第一絲束控制模塊基本相同的部件，并且位于互補(bǔ)位置。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在底板上鋪放復(fù)合材料的自動(dòng)纖維鋪放機(jī)，即AFP機(jī)，所述AFP機(jī)包含: 第一低輪廓絲束控制模塊，其包含一個(gè)或多個(gè)圓形切刀刀片； 第二低輪廓絲束控制模塊，其包含一個(gè)或多個(gè)圓形切刀刀片； V字形模塊，其連接到所述第一低輪廓絲束控制模塊和第二低輪廓絲束控制模塊，并且位于所述第一低輪廓絲束控制模塊和第二低輪廓絲束控制模塊之間，所述V字形模塊包含位于其內(nèi)的多個(gè)空氣通道；以及 多個(gè)汽缸，其連接到所述V字形模塊，并且嵌套于所述第一低輪廓絲束控制模塊和所述第二低輪廓絲束控制模塊之間，所述多個(gè)汽缸與位于所述V字形模塊內(nèi)的空氣通道對(duì)齊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AFP機(jī)，其中所述第一低輪廓絲束控制模塊和第二低輪廓絲束控制模塊的高度不超過約3/4英寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AFP機(jī)，其中所述圓形切刀刀片的高度不超過約3/4英寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AFP機(jī)，其進(jìn)一步包含直徑不超過約3/4英寸的壓實(shí)輥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AFP機(jī)，其中所述圓形切刀刀片與切刀搖臂可拆卸地連接，所述切刀搖臂被配置為通過第一切刀伸出活塞和第二切刀收回活塞繞軸旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AFP機(jī)，其中所述底板包含平坦或近乎平坦的載荷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AFP機(jī)，其進(jìn)一步包含控制單元，該控制單元被配置為訪問包含用于制造復(fù)合構(gòu)件的計(jì)算機(jī)可讀指令的文件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AFP機(jī)，其進(jìn)一步包含一個(gè)或多個(gè)定位設(shè)備，所述定位設(shè)備被配置為當(dāng)所述復(fù)合材料被放置在所述底板上時(shí)，相對(duì)于傳送頭操縱所述底板。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的AFP機(jī)，其中所述定位設(shè)備包含一個(gè)或多個(gè)NC機(jī)、機(jī)械臂或心軸。
10.一種在底板上使用AFP機(jī)鋪放復(fù)合材料節(jié)段的方法，所述AFP機(jī)具有低輪廓傳送頭和圓形切刀刀片，所述方法包含: 通過伸出進(jìn)料活塞，使夾緊輥與進(jìn)料輥接觸，由此使所述復(fù)合材料絲束在所述夾緊輥和進(jìn)料輥之間沿著絲束導(dǎo)引槽被牽拉，從而將一根或多根復(fù)合材料絲束輸送經(jīng)過所述傳送頭; 通過伸出切刀伸出活塞和收回切刀收回活塞，由此使切刀搖臂繞軸旋轉(zhuǎn)并且降低所述圓形切刀刀片通過所述絲束導(dǎo)引槽，從而將所述復(fù)合材料絲束切割成期望的長(zhǎng)度；以及 通過伸出切刀收回活塞和收回切刀伸出活塞，由此使切刀搖臂繞軸旋轉(zhuǎn)并且升高所述圓形切刀刀片離開所述絲束導(dǎo)引槽，從而收回所述圓形切刀刀片。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其進(jìn)一步包含旋轉(zhuǎn)所述圓形切刀刀片以提供新的切削刃。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其進(jìn)一步包含通過在所述圓形切刀刀片被降低的幾乎同時(shí)伸出夾緊活塞，從而在所述絲束導(dǎo)引槽中將所述復(fù)合材料絲束夾緊在合適位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中伸出所述活塞包含通過在V字形模塊內(nèi)形成的通道向所述活塞提供氣壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述底板包含平坦或近乎平坦的載荷。
【文檔編號(hào)】B29C70/54GK104275807SQ201410330678
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月11日
【發(fā)明者】P·T·豪斯特, B·A·約翰遜 申請(qǐng)人:波音公司