本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料預(yù)浸帶自動化生產(chǎn)設(shè)備及工藝，特別是一種用于復(fù)合材料預(yù)浸帶鋪放成型的裝置。

背景技術(shù)：

復(fù)合材料自動化成型工藝過程可描述為首先將預(yù)浸帶在預(yù)備機(jī)構(gòu)中完成預(yù)浸帶的張緊和預(yù)定形狀的切割使之形成平行的預(yù)浸帶；再將預(yù)浸帶由加熱裝置加熱到所需的工藝溫度后，由熱壓輥將預(yù)浸帶按照預(yù)定的軌跡或路徑以合適的速度鋪貼到芯?；?qū)雍习灞砻?。因其具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度、高模量、材料與結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性好、抗腐蝕、耐疲勞性好、便于大面積整體成形等優(yōu)點(diǎn)的一類復(fù)合材料，以其優(yōu)異的性能在航空航天飛行器、航海艦船、運(yùn)載火箭、高速鐵路、新能源材料等行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有的復(fù)合材料預(yù)浸帶自動化成型裝置，由于其自動化程度高致使設(shè)備購買費(fèi)用和運(yùn)行成本十分昂貴，在實(shí)際生產(chǎn)過程中還必須要重新設(shè)計(jì)制造模具才能與之相匹配，且存在模具與工作臺的裝夾定位過程復(fù)雜，導(dǎo)致現(xiàn)有的復(fù)合材料預(yù)浸帶自動化成型設(shè)備無法很好地應(yīng)用與實(shí)際生產(chǎn)，限制了預(yù)浸帶復(fù)合材料的應(yīng)用范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于復(fù)合材料預(yù)浸帶自動化鋪放成型裝置，解決了現(xiàn)有芯模的裝夾定位過程復(fù)雜，導(dǎo)致現(xiàn)有的復(fù)合材料預(yù)浸帶自動化成型設(shè)備無法很好地應(yīng)用與實(shí)際生產(chǎn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案具體如下：

本發(fā)明提供的一種用于復(fù)合材料預(yù)浸帶自動化鋪放成型裝置，包括基體機(jī)構(gòu)，基體機(jī)構(gòu)上設(shè)置有控制系統(tǒng)和芯模，芯模通過芯模固定塊固定在基體機(jī)構(gòu)上；控制系統(tǒng)控制連接有傳動機(jī)構(gòu)和熱壓機(jī)構(gòu)，傳動機(jī)構(gòu)和熱壓機(jī)構(gòu)分別固定在基體機(jī)構(gòu)上，其中，傳動機(jī)構(gòu)能夠帶動熱壓機(jī)構(gòu)上的壓輥在芯模上做來回往返運(yùn)動。

優(yōu)選地，所述基體結(jié)構(gòu)包括下立柱，控制系統(tǒng)安裝在下立柱的下端，芯模安裝在下立柱上端的工作臺上；下立柱的上端頂部連接有上立柱，上立柱上固定安裝有橫梁，橫梁的下表面上固定安裝有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上安裝有導(dǎo)軌模塊，導(dǎo)軌模塊與熱壓機(jī)構(gòu)固定連接。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)軌的兩端設(shè)置有限位開關(guān)。

優(yōu)選地，芯模固定塊包括第一芯模固定塊，第一芯模固定塊的一端套裝在上立柱上，另一端插接有第二芯模固定塊。

優(yōu)選地，所述第一芯模固定塊上設(shè)置有對第二芯模固定塊進(jìn)行限位固定的限位銷。

優(yōu)選地，傳動機(jī)構(gòu)包括減速機(jī)、伺服電動機(jī)、第一同步帶、主動帶輪、帶輪軸、第二同步帶、從動帶輪和套裝在上立柱上的帶輪支架，其中，帶輪支架包括第一帶輪支架和第二帶輪支架，且兩者均安裝有帶輪軸；第一帶輪支架上的帶輪軸與主動帶輪配合連接，第二帶輪支架上的帶輪軸與從動帶輪配合連接；主動帶輪與從動帶輪之間通過第二同步帶連接；同時(shí)，主動帶輪通過第一同步帶與減速機(jī)連接，減速機(jī)與安裝在第一帶輪支架安裝板上的伺服電動機(jī)連接。

優(yōu)選地，熱壓機(jī)構(gòu)包括壓力作用桿、連接架、氣缸固定架、壓力氣缸、直線軸承支架、推桿、壓輥支架和壓輥，其中，氣缸固定架分別與第二同步帶和導(dǎo)軌模塊固定連接；壓力氣缸固定在氣缸固定架的上端面；氣缸固定架的下端面與連接架的一端固定連接，連接架的另一端與直線軸承支架固定連接；所述直線軸承支架包括兩個(gè)，其中一個(gè)安裝在連接架的中間位置，另一個(gè)安裝在連接架的底端；壓力氣缸的活塞桿與作用桿連接，作用桿的另一端與推桿連接，推桿的另一端穿過兩個(gè)直線軸承支架上安裝的直線軸承固定安裝在壓輥支架上，壓輥支架與壓輥鉸接連接。

優(yōu)選地，控制系統(tǒng)控制連接有張力機(jī)構(gòu)，張力機(jī)構(gòu)包括張力傳感器、預(yù)浸帶固定塊、第一自由導(dǎo)輥、張力側(cè)板、磁粉制動器、帶盤軸、第二自由導(dǎo)輥、導(dǎo)輥支架和張力底板，其中，張力側(cè)板、張力傳感器和預(yù)浸帶固定塊均固定安裝在張力底板的上表面，預(yù)浸帶固定塊與張力側(cè)板的安裝面互相垂直；導(dǎo)輥支架安裝在張力傳感器上，第二自由導(dǎo)輥安裝在導(dǎo)輥支架上；第一自由導(dǎo)輥設(shè)置有兩個(gè)，均安裝在張力側(cè)板的安裝面上，且以第二自由導(dǎo)輥為中心對稱放置；磁粉制動器固定安裝在張力側(cè)板另一側(cè)面的上端，帶盤軸與磁粉制動器的輸出軸連接。

優(yōu)選地，張力底板安裝在下立柱上設(shè)置有的張力機(jī)構(gòu)支架上。

優(yōu)選地，第一自由導(dǎo)輥和第二自由導(dǎo)輥均為伸縮結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提供的一種用于復(fù)合材料預(yù)浸帶自動化鋪放成型裝置，首先通過控制系統(tǒng)控制熱壓機(jī)構(gòu)向基體機(jī)構(gòu)上芯模方向運(yùn)動，同時(shí)使得傳動機(jī)構(gòu)帶動熱壓機(jī)構(gòu)上的壓輥在芯模上做來回運(yùn)動，壓輥在芯模上運(yùn)動一次，即完成一層預(yù)浸帶的鋪放。同時(shí)，通過芯模固定塊將芯模固定安裝在基體結(jié)構(gòu)上，使得芯模與基體機(jī)構(gòu)的裝夾定位過程變得簡單；同時(shí)克服了現(xiàn)有復(fù)合材料預(yù)浸帶自動化成型設(shè)備不能很好的進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)。

進(jìn)一步的，通過導(dǎo)軌模塊使得熱壓機(jī)構(gòu)能夠沿著導(dǎo)軌做來回往返運(yùn)動。

進(jìn)一步的，當(dāng)熱壓機(jī)構(gòu)與導(dǎo)軌兩端的限位開關(guān)相接觸時(shí)，熱壓機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動，即完成一層預(yù)浸帶的鋪放。

進(jìn)一步的，第一芯模固定塊和第二芯模固定塊之間的插接關(guān)系，保證了該裝置可以完成多種尺寸芯模的固定限位。

進(jìn)一步的，熱壓機(jī)構(gòu)采用第二同步帶配合導(dǎo)軌滑塊一起傳動，實(shí)現(xiàn)了熱壓機(jī)構(gòu)的高精度成型的工藝要求。

進(jìn)一步的，通過張力機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的張力控制預(yù)浸帶的張緊程度，同時(shí)采用三個(gè)自由導(dǎo)輥對預(yù)浸帶的熱壓進(jìn)行導(dǎo)向，有效避免了預(yù)浸帶的扭曲變形。

進(jìn)一步的，自由導(dǎo)輥的伸縮式結(jié)構(gòu)，滿足了不同尺寸預(yù)浸帶的生產(chǎn)工藝要求。

附圖說明

圖1是預(yù)浸帶鋪放成型裝置的裝配結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是基體機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是芯模固定塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是傳動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是熱壓機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是張力機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是張力側(cè)板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是卡緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1、腳輪201、第一卡緊機(jī)構(gòu)202、第二卡緊機(jī)構(gòu)3、控制系統(tǒng)4、工作臺加強(qiáng)筋5、下立柱6、第一芯模固定塊7、上立柱8、導(dǎo)軌9、橫梁10、限位開關(guān)11、導(dǎo)軌模塊12、芯模13、第二芯模固定塊14、工作臺15、張力機(jī)構(gòu)支架16、下底板17、減速機(jī)18、伺服電動機(jī)19、第一同步帶20、主動帶輪21、帶輪軸22、第二同步帶23、從動帶輪2401、第一帶輪支架24、第二帶輪支架25、壓力作用桿26、連接架27、氣缸固定架28、壓力氣缸29、直線軸承支架30、推桿31、壓輥支架32、壓輥33、張力傳感器34、預(yù)浸帶固定塊35、第一自由導(dǎo)輥36、張力側(cè)板37、磁粉制動器38、帶盤軸39、帶盤緊固螺栓40、第二自由導(dǎo)輥41、導(dǎo)輥支架42、張力底板43、張力傳感器固定塊。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種用于復(fù)合材料預(yù)浸帶自動化鋪放成型裝置，包括基體機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、熱壓機(jī)構(gòu)和張力機(jī)構(gòu)，其中，所述傳動機(jī)構(gòu)、熱壓機(jī)構(gòu)、張力機(jī)構(gòu)分別固定在基體機(jī)構(gòu)上，同時(shí)，所述熱壓機(jī)構(gòu)與傳動機(jī)構(gòu)固定連接。

具體地，如圖2所示，所述基體機(jī)構(gòu)包括腳輪1、第一卡緊機(jī)構(gòu)2、控制系統(tǒng)3、工作臺加強(qiáng)筋4、四根下立柱5、第一芯模固定塊6、四根上立柱7、導(dǎo)軌8、橫梁9、限位開關(guān)10、導(dǎo)軌滑塊11、芯模12、第二芯模固定塊13、工作臺14、張力機(jī)構(gòu)支架15和下底板16，其中，下立柱5的下端安裝有下底板16，下底板16上安裝有控制系統(tǒng)3；下立柱5下端的底端還安裝有腳輪1，腳輪1設(shè)置在下底板16的下方，腳輪1為萬向輪結(jié)構(gòu)同時(shí)設(shè)有制動機(jī)構(gòu)，保證整個(gè)鋪放裝置方便移動以及在成型工作時(shí)不產(chǎn)生相對移動；

張力機(jī)構(gòu)支架15設(shè)置有兩個(gè)，該兩個(gè)張力機(jī)構(gòu)支架的一端分別套裝在置于同一側(cè)的兩根下立柱5上，且置于下底板16的上方；另一端固定安裝在工作臺加強(qiáng)筋4上；同時(shí)，下底板16和張力機(jī)構(gòu)支架15的下方均設(shè)置有第一卡緊機(jī)構(gòu)201，通過第一卡緊機(jī)構(gòu)201對下底板16和張力機(jī)構(gòu)支架15進(jìn)行限位固定。

下立柱5的上端安裝有工作臺14，工作臺加強(qiáng)筋4固定安裝在工作臺14的下表面上；工作臺14的上表面安裝有芯模12，所述芯模12的上表面為圓弧面，芯模12的四角分別通過芯模固定塊固定。

如圖3所示，芯模固定塊包括第一芯模固定塊6和第二芯模固定塊13，其中，第一芯模固定塊6的一端套裝在上立柱7上，另一端與第二芯模固定塊13之間設(shè)為插接連接，第一芯模固定塊6上還設(shè)置有對第二芯模固定塊13進(jìn)行限位固定的定位銷；通過第二芯模固定塊13將芯模12固定安裝在工作臺14上。

下立柱5的上端與上立柱7的下端通過螺紋連接，上立柱7的上端安裝有兩根橫梁9，兩根橫梁9互相平行設(shè)置，且橫梁9與芯模12的工作方向平行。

導(dǎo)軌8固定安裝在橫梁9的下表面上，且導(dǎo)軌8的兩端分別設(shè)置有限位開關(guān)10；導(dǎo)軌8上還設(shè)置有導(dǎo)軌模塊11，導(dǎo)軌模塊11帶動熱壓機(jī)構(gòu)沿導(dǎo)軌8運(yùn)動。

下立柱5的上、下兩端分別有螺紋孔，保證與腳輪1和上立柱7剛性連接；上立柱7下端為與下立柱5內(nèi)螺紋相配合的外螺紋伸出端，而上端有與橫梁9固定的內(nèi)螺紋孔；

安裝時(shí)，兩個(gè)導(dǎo)軌8在固定時(shí)要保證其下表面與工作臺14的垂直距離一致，導(dǎo)軌8與橫梁9固定為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，保證在鋪放成型時(shí)壓輥32受到來自芯模12的反力都作用在橫梁9上，避免導(dǎo)軌8受力而變形，進(jìn)而影響導(dǎo)向精度不利于預(yù)浸帶很好的鋪放在芯模12的表面。

如圖4所示，所述傳動機(jī)構(gòu)包括減速機(jī)17、伺服電動機(jī)18、第一同步帶19、主動帶輪20、帶輪軸21、第二同步帶22、從動帶輪23和帶輪支架，其中，帶輪支架包括第一帶輪支架2401和第二帶輪支架2402，所述第一帶輪支架2401和第二帶輪支架2402均包括安裝板，所述安裝板上設(shè)置有支架；

第一帶輪支架2401和第二帶輪支架2402的支架上均安裝有帶輪軸21；伺服電動機(jī)18安裝在第一帶輪支架2401的安裝板上，第一帶輪支架2401上的帶輪軸21通過第一同步帶19與減速機(jī)17連接，減速機(jī)17與伺服電動機(jī)18連接；所述第一帶輪支架2401上的帶輪軸21還配合連接有主動帶輪20，主動帶輪20通過第二同步帶22與從動帶輪23連接，所述從動帶輪23安裝在第二帶輪支架2402上的帶輪軸21上；

所述第一帶輪支架2401和第二帶輪支架2402分別套裝在上立柱7上，且通過第二卡緊機(jī)構(gòu)202進(jìn)行限位固定；同時(shí)，第一帶輪支架2401和第二帶輪支架2402的安裝板與橫梁9互相垂直。

如圖8所示，第一卡緊機(jī)構(gòu)201和第二卡緊機(jī)構(gòu)202結(jié)構(gòu)相同，均包括筒體結(jié)構(gòu)，筒體的外側(cè)壁上均布有若干個(gè)緊固螺栓。

安裝時(shí)，兩個(gè)帶輪支架上的帶輪軸21在固定時(shí)，要保證其軸線在同一水平面內(nèi)；伺服電動機(jī)18與減速機(jī)17連接時(shí)，兩者的軸線要保證重合，同時(shí)要保證兩者的軸線與帶輪軸21的軸線位于同一豎直平面內(nèi)。

如圖5所示，熱壓機(jī)構(gòu)包括壓力作用桿25、連接架26、氣缸固定架27、壓力氣缸28、直線軸承支架29、推桿30、壓輥支架31和壓輥32；其中，壓力氣缸28固定在氣缸固定架27上；氣缸固定架27與連接架26的一端固定連接，連接架26的另一端與直線軸承支架29固定連接；壓力氣缸28的活塞桿與作用桿25連接，作用桿25的另一端與推桿30連接，推桿30的另一端安裝在壓輥支架31上，壓輥支架31與壓輥32鉸接連接；壓輥32的工作面與芯模12的工作面相接觸。

所述直線軸承支架29包括兩個(gè)，其中一個(gè)安裝在連接架26的中間位置，另一個(gè)安裝在連接架26的底端；所述直線軸承支架29上安裝有兩個(gè)直線軸承，所述推桿30穿過兩個(gè)直線軸承支架29上安裝的直線軸承固定安裝在壓輥支架31上；

氣缸固定架27與導(dǎo)軌模塊11固定連接，使得其能夠沿導(dǎo)軌8滑動；同時(shí)，氣缸固定架27與第二同步帶22固定連接，使得熱壓機(jī)構(gòu)能夠隨著第二同步帶22一起做來回往返運(yùn)動。

壓力氣缸28在固定時(shí)，要保證其軸線垂直以工作臺14的上表面。

如圖6、圖7所示，張力機(jī)構(gòu)包括張力傳感器33、預(yù)浸帶固定塊34、第一自由導(dǎo)輥35、張力側(cè)板36、磁粉制動器37、帶盤軸38、帶盤緊固螺栓39、第二自由導(dǎo)輥40、導(dǎo)輥支架41、張力底板42和張力傳感器固定塊43；其中，張力側(cè)板36的主視圖為直角三角形結(jié)構(gòu)，側(cè)視圖為l型結(jié)構(gòu)，其包括豎直板和水平板，水平板和豎直板之間設(shè)置有加強(qiáng)筋板；

所述張力側(cè)板36通過水平板固定安裝在張力底板42的上表面，張力底板42的上表面還安裝有張力傳感器固定塊43和預(yù)浸帶固定塊34，其中，張力傳感器固定塊43和預(yù)浸帶固定塊34互相平行，且與張力側(cè)板36的豎直板互相垂直；

張力傳感器33安裝在張力傳感器固定塊43的上表面；導(dǎo)輥支架41安裝在張力傳感器33的上表面，第二自由導(dǎo)輥40安裝在導(dǎo)輥支架41上；

第一自由導(dǎo)輥35設(shè)置有兩個(gè)，均安裝在張力側(cè)板36的豎直板上，且以第二自由導(dǎo)輥40為中心對稱放置；其中一個(gè)第一自由導(dǎo)輥35與預(yù)浸帶固定塊34置于同一側(cè)。

磁粉制動器37固定安裝在張力側(cè)板36豎直板另一側(cè)面的上端，帶盤軸38與磁粉制動器37的輸出軸連接，且與第一自由導(dǎo)輥35置于同一側(cè)面；第一自由導(dǎo)輥35和第二自由導(dǎo)輥40均為伸縮結(jié)構(gòu)。

張力底板42分別與張力機(jī)構(gòu)支架15和工作臺強(qiáng)筋4通過螺栓連接。

安裝時(shí)，保證張力底板42的上表面與工作臺14的上表面在同一平面上；兩個(gè)第一自由導(dǎo)輥35在固定時(shí)要保證其軸線在同一水平面內(nèi)，并且與第二自由導(dǎo)輥40的軸線在張力底板42上表面的投影要形成三條平行且等長的直線，同時(shí)要保證第二自由導(dǎo)輥40的軸線在張力底板42上表面的投影位于兩個(gè)第一自由導(dǎo)輪34軸線在張力底板上表面的投影的中點(diǎn)位置。

工作過程：

步驟1，復(fù)合材料預(yù)浸帶盤固定在帶盤軸38上，通過帶盤軸38上安裝的帶盤緊固螺栓39卡緊，保證帶盤不產(chǎn)生軸向移動；

步驟2，預(yù)浸帶的一端依次繞過第二自由導(dǎo)輥40左側(cè)的第一自由導(dǎo)輥35的下方、第二自由導(dǎo)輥40的上方、第二自由導(dǎo)輥40右側(cè)的第一自由導(dǎo)輥35下方，之后再從壓輥32的上方繞進(jìn)、壓輥32的下方繞出，最后固定在預(yù)浸帶固定塊34上；

步驟3，開啟控制系統(tǒng)3使磁粉制動器37產(chǎn)生一定的張力，張力的大小由張力傳感器33讀取進(jìn)而控制預(yù)浸帶的張緊程度；

步驟4，打開壓力氣缸28的調(diào)節(jié)閥，使壓力氣缸28的活塞桿在氣體壓力作用下向芯模12一端靠近，調(diào)節(jié)合適的氣缸壓力后，開啟伺服電動機(jī)18，伺服電動機(jī)18帶動減速機(jī)17旋轉(zhuǎn)，之后通過第一同步帶19帶動主動帶輪20旋轉(zhuǎn)，主動帶輪20帶動帶輪軸21和從動帶輪23一起旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而通過第二同步帶22帶動熱壓機(jī)構(gòu)左右移動；當(dāng)導(dǎo)軌滑塊11接觸到導(dǎo)軌8兩端的限位開關(guān)10時(shí)，熱壓機(jī)構(gòu)停止移動，切斷預(yù)浸帶后即可完成一層預(yù)浸帶的鋪放。

重復(fù)以上步驟，直到復(fù)合材料預(yù)浸帶鋪放層數(shù)達(dá)到圖紙要求。