用于可调桨的六联动混联碳纤维自动铺丝装置及铺丝方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于可调桨的六联动混联碳纤维自动铺丝装置，包括底座，底座的两端分别安装有机箱工作架和定位支架，在机箱工作架上安装有Z轴导轨，在Z轴导轨上安装有定工作台，定工作台上安装有定位进给平台，定位进给平台的端部安装有动工作台，动工作台上安装有铺丝头；在定位支架上安装有辅助定位气缸，在定位支架与铺丝头之间安装有转台，转台上通过夹具安装有桨叶模具基座，辅助定位气缸的一端顶住桨叶模具基座。本发明专利技术通过六自由度并联运动工作台带动锥形铺丝头按照既定的走丝路线进行可调桨叶面的碳纤维铺放工作，可调桨叶面铺放完毕，能够达到自动化铺放碳纤维、保证曲面精度的同时，保证均匀平稳性、快速性、易操作性。

Six linkage mixed carbon fiber automatic wire laying device and wire laying method for adjustable propeller

【技术实现步骤摘要】
用于可调桨的六联动混联碳纤维自动铺丝装置及铺丝方法
本专利技术涉及用于可调桨的六联动混联碳纤维自动铺丝装置及铺丝方法，属于机械自动化领域。
技术介绍
复合材料产业处于蓬勃发展的新阶段，其中高性能碳纤维复合材料市场需求旺盛，高性能碳纤维复合材料被广泛应用于航空航天、航海、体育休闲用品、土木建筑、医疗器械、新能源汽车等各个领域。其依据强度高、韧性大、质量轻等特点成为国家重要的战略性基础材料，目前复合材料代替金属材料已经成为一必然趋势。但是自动铺丝装置方面较为缺乏创新，精度低、效率慢、操作复杂、结构庞大、缺乏灵活性是当前自动铺丝装置的特点。不能满足类似于螺旋桨等高阶曲面的铺制。本专利技术为一种六联动混联碳纤维自动铺丝装置及铺放工艺，是用碳纤维铺制螺距可调螺旋桨的专用六联动混联铺丝装置及其配套铺丝工艺。经专利检索自动铺丝装置有如下：中国专利技术专利公开号：CN201010292367.7，名称：一种分组驱动的铺丝装置，该专利技术专利虽然大大提高铺丝机工作效率，但是在结构灵活以及铺制高阶曲面等方面任然存在缺陷。中国专利技术专利公开号：CN201220220349.2，名称：高强高模聚乙烯纤维冻胶丝铺丝机，该专利技术专利可达到平稳、快速、均匀的铺丝，提高铺丝质量以及铺丝效率，保证产品后续的萃取效果，但是其结构仅仅能满足平面等简单结构的铺制，对于复杂曲面没有涉及，那么其铺制复杂高阶曲面时精度、均匀度、平稳度就很难控制。因此应市场需求，一种用于可调桨的六联动混联碳纤维自动铺丝装置及铺放工艺能够均匀、快速、高精度地铺制螺旋桨等高阶曲面，促进国内碳纤维复合材料的应用，对于航空航天、航海等战略性科研也起到促进作用。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种用于可调桨的六联动混联碳纤维自动铺丝装置及铺丝方法，能够自动化铺放碳纤维、保证曲面精度的同时，保证均匀平稳性、快速性、易操作性。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术的一种用于可调桨的六联动混联碳纤维自动铺丝装置，包括底座，底座的两端分别安装有机箱工作架和定位支架，在机箱工作架上安装有Z轴导轨，在Z轴导轨上安装有定工作台，定工作台上安装有定位进给平台，定位进给平台的端部安装有动工作台，动工作台上安装有铺丝头；在定位支架上安装有辅助定位气缸，在定位支架与铺丝头之间安装有转台，转台上通过夹具安装有桨叶模具基座，辅助定位气缸的一端顶住桨叶模具基座。作为优选，所述转台位于滑块上，滑块位于底座的水平横向滑动导轨上。作为优选，所述铺丝头包含连接圆盘、纤维切刀和压实压辊，所述连接圆盘与定位进给平台连接，连接圆盘上安装有压实气缸，压实气缸与固定柱连接，固定柱为空心结构，在固定住底部设有分流盘，分流盘上安装有一级导纤轮，固定柱顶部设有集合板，集合板上依次安装有二级导纤轮、张紧轮、送纤装置、纤维切刀和压实压辊，丝从一级导纤轮进入到二级导纤轮，经过张紧轮使得丝有一定的张紧力，通过送纤装置送入到压实压辊中，压实压辊将丝铺设在桨叶模具基座中，铺丝结束之后，通过纤维切刀切断。作为优选，所述送纤装置包含第一主动送纤搓轮、第一从动送纤搓轮、第二主动送纤搓轮、第二从动送纤搓轮、主动齿轮、从动齿轮、碳纤维丝轮、制动电机和剥丝滚轮，其中主动搓轮与从动搓轮为空心橡胶环套分别与主动齿轮轴和滚动轴承外圈过盈配合，主动齿轮轴与主动齿轮焊接成一个整体，滚动轴承内圈与焊接在外壳上的从动搓轮轴过盈配合，那么主动齿轮转动的同时第一主动送纤搓轮随之转动，第一主动送纤搓轮与其贴合的第一从动送纤搓轮相对转动即可输送第一道碳纤维丝束；主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮配合其啮合的主动齿轮转动，则第二主动送纤搓轮配合从动齿轮转动，从而第二主动送纤搓轮与相应的第二从动送纤搓轮相对贴合转动即可输送第二条丝束，所述纤维制动装置，在碳纤维输送结束时，主动齿轮停止转动，与此同时安装在碳纤维丝轮下方的制动电机得电保持静止，从而完成整个丝束传输的制动。作为优选，所述伸缩杆内设有圆环，圆环的内壁为变刚度绝缘内壁，在圆环中充满低阶电常数绝缘油，并在其中均匀分布高阶电常数颗粒。激励电流增大则杆中高阶电常数颗粒得电增大输出阻尼力，从而达到铺丝头压实力可控的目的，使六杆机构大大减轻自身重量的同时提高各个杆刚度，使定位更加精准，铺丝与定位更具协调性。从而减少碳纤维内部分层，使得可调桨叶面更加光滑。作为优选，所述桨叶模具基座包括法兰盘、连接座和阳模，所述阳模通过连接座安装在法兰盘上。一种上述的用于可调桨的六联动混联碳纤维自动铺丝装置的铺丝方法，包括以下步骤：(1)将可调桨叶面划分N个三角网格，划分三角网格时，三角网格大小取决于碳纤维宽度D，不同型号的碳纤维其宽度D不同，先将桨叶以轮毂中心为圆心划分r,r+D,r+2D……r+kD等圆弧，其中r为轮毂半径，D为碳纤维丝束宽度，k为最大整数，R为桨叶半径，之后均布平行直线，与弧线产生交点，依次连接对角交点即可完成三角网格划分，碳纤维丝束刚好可以完全覆盖住每相邻两条弧线之间的三角网格；(2)三角网格顶点依次A1(xA1,yA1,zA1)；B1(xB1,yB1,zB1)；C1(xC1,yC1,zC1)……An(xAn,yAn,zAn)；Bn(xBn,yBn,zBn)；Cn(xCn,yCn,zCn)；三角网格外接圆圆心依次为O1(xO1,yO1,zO1)……On(xOn,yOn,zOn)每个三角网格顶点坐标An(xAn,yAn,zAn)；Bn(xBn,yBn,zBn)；Cn(xCn,yCn,zCn)已知，外接圆圆心坐标On(xOn,yOn,zOn)未知，即存在三个未知数，根据前两个是圆心到顶点距离相等，三角形三顶点An、Bn、Cn与外接圆圆心On四点共面，列出如下三个方程：依次求上述解方程组可得三角网格外接圆圆心坐标O1(xO1,yO1,zO1)……On(xOn,yOn,zOn)；(3)将丝束连接在铺丝头上，通过控制六个伸缩杆伸长或者收缩ΔL％的距离，从而控制铺丝头的运动轨迹按照三角网格外接圆圆心坐标O1(xO1,yO1,zO1)……On(xOn,yOn,zOn)移动，在桨叶模具基座进行铺丝，直到铺设完毕；(4)最终叶面光顺处理是基于视觉深度信号，逐层扫描铺放的桨叶叶面，得到图像深度信号后，定位到凹凸部分，较凹部分，进行补铺丝；较凸部分，电磁场得电从而电磁变刚度伸缩杆刚度增强，进一步增加压实压辊的压实力进行反复压实，进一步保证桨叶叶面的铺放精度。在本专利技术中，定位进给平台为六自由度并联运动工作台。所述六自由度并联运动工作台采用六个独立的伺服电机以及对应的六个驱动控制器，实现六联动控制。六自由度并联运动工作台的动工作台中心留有圆形空心，方便安装铺丝头连接圆盘。在分流盘上安装一级导纤轮，其作用是使碳纤维复合材料从丝束上顺利通过六自由度并联运动工作台，然后经过二级导纤轮，经过送纤搓轮以及张紧轮使得碳纤维有一定的张紧力，经过碳纤维制动装置、纤维切刀直至输送到锥形铺丝头上的压实压辊。在本专利技术中，连接座与法兰为一体的结构，阳模安装在连接座上，叶面层的铺放从阳模与连接座结合部分开始，按照上述三角网格外接圆圆心作为控制点规划路径进行碳纤维铺放。叶面丝束铺放完毕后，需对其进行高温固化以及脱模处理。固化后的铺层硬度、刚度和强度将大幅提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于可调桨的六联动混联碳纤维自动铺丝装置，其特征在于：包括底座，底座的两端分别安装有机箱工作架和定位支架，在机箱工作架上安装有Z轴导轨，在Z轴导轨上安装有定工作台，定工作台上安装有六根伸缩杆构成的定位进给平台，定位进给平台的端部安装有动工作台，动工作台上安装有铺丝头；在定位支架上安装有辅助定位气缸，在定位支架与铺丝头之间安装有转台，转台上通过夹具安装有桨叶模具基座，辅助定位气缸的一端顶住桨叶模具基座。

【技术特征摘要】
1.一种用于可调桨的六联动混联碳纤维自动铺丝装置，其特征在于：包括底座，底座的两端分别安装有机箱工作架和定位支架，在机箱工作架上安装有Z轴导轨，在Z轴导轨上安装有定工作台，定工作台上安装有六根伸缩杆构成的定位进给平台，定位进给平台的端部安装有动工作台，动工作台上安装有铺丝头；在定位支架上安装有辅助定位气缸，在定位支架与铺丝头之间安装有转台，转台上通过夹具安装有桨叶模具基座，辅助定位气缸的一端顶住桨叶模具基座。2.根据权利要求1所述的用于可调桨的六联动混联碳纤维自动铺丝装置，其特征在于：所述转台位于滑块上，滑块位于底座的水平横向滑动导轨上。3.根据权利要求1所述的用于可调桨的六联动混联碳纤维自动铺丝装置，其特征在于：所述铺丝头包含连接圆盘、纤维切刀和压实压辊，所述连接圆盘与定位进给平台连接，连接圆盘上安装有压实气缸，压实气缸与固定柱连接，固定柱为空心结构，在固定住底部设有分流盘，分流盘上安装有一级导纤轮，固定柱顶部设有集合板，集合板上依次安装有二级导纤轮、张紧轮、送纤装置、纤维切刀和压实压辊，丝从一级导纤轮进入到二级导纤轮，经过张紧轮使得丝有一定的张紧力，通过送纤装置送入到压实压辊中，压实压辊将丝铺设在桨叶模具基座中，铺丝结束之后，通过纤维切刀切断。4.根据权利要求3所述的用于可调桨的六联动混联碳纤维自动铺丝装置，其特征在于：所述送纤装置包含第一主动送纤搓轮、第一从动送纤搓轮、第二主动送纤搓轮、第二从动送纤搓轮、主动齿轮、从动齿轮、碳纤维丝轮、制动电机和剥丝滚轮，所主动齿轮与第一主动送纤搓轮整体设计，主动齿轮转动的同时第一主动送纤搓轮随之转动，第一主动送纤搓轮与其贴合的第一从动送纤搓轮相对转动即可输送第一道碳纤维丝束；主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮与第二主动送纤搓轮整体式设计，从动齿轮配合其啮合的主动齿轮转动，则第二主动送纤搓轮配合从动齿轮转动，从而第二主动送纤搓轮与相应的第二从动送纤搓轮相对贴合转动即可输送第二条丝束，所述纤维制动装置，在碳纤维输送结束时，主动齿轮停止转动，与此同时安装在碳纤维丝轮下方的制动电机得电保持静止，从而完成整个丝束传输的制动。5.根据权利要求1所述的用于可调桨的六联动混联碳纤维自动铺丝装置，其特征在于：所述桨叶模具基座包括法兰盘、连接座和阳模，所述阳模通过连接座安装在法兰盘上。6.根据权利要求1所述的用于可调桨的六联动混联碳纤维自动铺丝装置，其特征在于：所述伸缩杆内设有圆环，圆环的内壁为变刚度绝缘内壁，在圆环中充满低阶电...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志强，奚浩，徐江敏，陈超，孙琦，
申请(专利权)人：江苏科技大学，江苏科技大学海洋装备研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32