一种用于复合材料长桁自动化制造的旋转开合装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于复合材料长桁自动化制造的旋转开合装置及方法，包括旋转开合装置、自动铺放装置、连续辊压装置和旋转开合模具；旋转开合模具安装在旋转开合装置上，复合材料预浸料铺放在闭合状态下的旋转开合模具上，在旋转开合装置配合下进行连续辊压成型操作，使得预浸料铺层贴附在连续辊压成型模具上，旋转开合装置带动旋转开合模具闭合后形成整体腔体还能够对连续辊压成型的长桁毛坯进行整体施压，最终实现复合材料异形长桁制造。本发明专利技术将自动铺放技术、连续辊压技术、整体模压技术结合在同一个工位，复合材料预浸料的自动铺放、连续辊压和整体模压交替进行，既减少了设备的整体占地面积，又简化了工艺流程，实现了高效率自动化制造。现了高效率自动化制造。现了高效率自动化制造。

【技术实现步骤摘要】
一种用于复合材料长桁自动化制造的旋转开合装置及方法


[0001]本专利技术属于树脂基纤维增强复合材料自动化制造
，具体涉及一种用于复合材料长桁自动化制造的旋转开合装置及方法。

技术介绍

[0002]以碳纤维增强树脂基复合材料为代表的先进复合材料具有高比模量、高强度等优点，广泛应用于航空航天等领域，并显示出越来越重要的地位。随着航空航天高端装备的快速发展和应用，先进复合材料用量不断增加，其应用已从次承力构件逐步扩展到主承力构件，传统的金属构件已经逐渐被先进复合材料构件所替代。
[0003]复合材料在航空航天器上有大量的应用，其中长桁作为机身结构的纵向构件，在机身中主要用来承受机身弯曲引起的轴向力。长桁对蒙皮有支持作用，它提高了蒙皮的受压、受剪失稳临界应力；其次它承受部分作用在机身蒙皮上的气动力并传给隔框等主承力构件。根据相关资料在一架商用飞机中，长桁构件的总长可达6000
‑
8000米。
[0004]长桁为细长类构件，其长度最大可达数十米。常见的长桁截面形状有T型，工字型，C型和帽型(Ω型)等结构形式。为了适应机身气动外形，长桁在长度尺寸方向上多为变曲率的设计。因此复合材料长桁具有长径比大、截面形状复杂、加工精度要求高等特点，制造工艺难度非常大。目前，国内长桁类构件的制造工艺以人工铺贴为主，劳动强度大，质量稳定性差，生产效率较低，无法满足航空航天领域的快速发展需求。目前，采用自动化制造技术高效率高质量制造复合材料长桁已经成为国内外先进复合材料制造技术研究的热点，但是细长结构，易变形，采用自动铺放技术直接铺放异形长桁的成型工艺复杂、铺放效率较低、成本高等问题限制了自动化技术在制造复合材料长桁制造过程中的应用。

技术实现思路

[0005]为了解决复合材料长桁制造难度大，质量不稳定，效率低的问题，本专利技术的目的是提供一种用于复合材料长桁自动化制造的旋转开合装置及方法，该方法结合复合材料自动铺丝技术、连续纤维自动辊压技术和模压技术，实现复合材料长桁的高效率自动化制造。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种用于复合材料长桁自动化制造的旋转开合装置，旋转开合装置与自动铺放装置、连续辊压装置和旋转开合模具；其中，旋转开合装置设置于自动铺放装置和连续辊压装置的一侧，旋转开合模具安装在旋转开合装置上，复合材料预浸料自动铺放在旋转开合模具上，并通过连续辊压装置在旋转开合装置配合下进行连续辊压成型操作，实现复合材料异形长桁制造。
[0008]进一步的，旋转开合装置包括旋转装置和开合系统，开合系统位于旋转装置的两侧；旋转装置包括旋转装置头架、连接定位支撑装置、头架伺服电机、尾架伺服电机、尾架移动导轨以及能够在尾架移动导轨上移动的旋转装置尾架；
[0009]头架伺服电机安装在旋转装置头架上，头架伺服电机通过连接定位支撑装置与旋
转开合模具连接，尾架伺服电机设置在旋转装置尾架上，尾架伺服电机与旋转开合模具连接，尾架伺服电机与头架伺服电机同步驱动旋转开合模具。
[0010]进一步的，开合系统包括第一模具水平移动装置、第一模具升降装置、第二模具水平移动装置、第二模具升降装置和用于支撑旋转开合模具的模具升级辅助支撑装置；
[0011]第一模具水平移动装置设置在第一模具升降装置上，第一模具水平移动装置上设置旋转开合模具，第一模具水平移动装置和第一模具升降装置能够实现旋转开合模具的水平运动和升降运动；第二模具水平移动装置设置在第二模具升降装置上，模具水平移动装置上设置旋转开合模具，第二模具水平移动装置和第二模具升降装置，实现旋转开合模具的水平运动和升降运动。
[0012]进一步的，第一模具水平移动装置与第一模具升降装置垂直设置；第二模具水平移动装置与第二模具升降装置垂直设置。
[0013]进一步的，连接定位支撑装置包括头架固定装置，尾架固定装置，辅助支撑装置以及弹性浮动元件；旋转开合模具一端通过头架固定装置安装在旋转装置头架上，另一端通过尾架固定装置安装在旋转装置尾架上；头架固定装置与头架伺服电机相连；弹性浮动元件设置在辅助支撑装置上。
[0014]进一步的，旋转开合模具包括第一长桁开合模具，第二长桁开合模具，长桁中间成型模具，模具连接结构，第一帽型截面长桁开合模具以及第二帽型截面长桁开合模具中的通孔；第一长桁开合模具通过模具连接结构设置在第一模具水平移动装置上，第二长桁开合模具通过模具连接结构设置在第二模具水平移动装置上，长桁中间成型模具安装在旋转系统上；长桁中间成型模具一端与头架伺服电机相连，另一端与尾架伺服电机相连。
[0015]进一步的，第一长桁开合模具固定在第一模具水平移动装置上，第二长桁开合模具固定在模具水平移动装置上；
[0016]导向连接装置包括定位锥销和与定位锥销相匹配的锥孔，分别设置于第一长桁开合模具，第二长桁开合模具和长桁中间成型模具上，当第一长桁开合模具，第二长桁开合模具闭合时，能够确定位置，通过第一长桁开合模具、第二长桁开合模具和长桁中间成型模具的配合，对碳纤维预成型体二次施压，使第一长桁开合模具，第二长桁开合模具和长桁中间成型模具闭合，形成平整的自动铺放工作台平面。
[0017]进一步的，第一长桁开合模具为第一帽型截面长桁开合模具，第二长桁开合模具为第二帽型截面长桁开合模具，长桁中间成型模具为帽型截面长桁中间成型模具。
[0018]进一步的，自动铺放装置包括自动铺放头和与自动铺放头相连的自动铺放机器人，自动铺放机器人带动自动铺放头将预浸料丝束铺放在旋转开合模具上，形成预浸料铺层；连续辊压装置包括连续辊压装置以及与连续辊压装置相连的连续辊压机器人。
[0019]一种基于如上所述的装置的用于复合材料长桁自动化制造的方法，包括以下步骤：
[0020]步骤一：旋转开合装置闭合，形成一个工作台平面，采用自动铺放装置在闭合的旋转开合模具上铺放出碳纤维预浸料铺层；同时，闭合的旋转开合模具对已经完成连续辊压的预浸料铺层进行整体施压；
[0021]步骤二：自动铺放装置结束铺放，退出工作区域后，连续辊压装置进入工作区域，开始工作；
[0022]步骤三：当连续辊压装置接触并压紧碳纤维预浸料铺层时，旋转开合装置随着连续辊压装置的施压逐渐展开，通过连续辊压装置将碳纤维预浸料铺层贴附在长桁中间成型模具上；
[0023]步骤四：连续辊压装置在机器人的带动下，完成整个模具长度范围的已铺放碳纤维预浸料铺层的辊压成型操作；
[0024]步骤五：重复步骤一到步骤四，直至完成所有设计铺层的自动铺放、连续辊压和整体施压，制造出复合材料长桁预成型体毛坯；
[0025]步骤六：对复合材料长桁预成型体毛坯进行检测和裁切，得到复合材料长桁。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：
[0027]本专利技术采用自动化的旋转开合装置，结合自动铺放机器装置和连续辊压机器装置，实现了复合材料长桁的自动化制造，提高了制造效率。通过旋转开合装置，将自动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于复合材料长桁自动化制造的旋转开合装置，其特征在于，旋转开合装置(1)与自动铺放装置(2)、连续辊压装置(3)和旋转开合模具(4)；其中，旋转开合装置(1)设置于自动铺放装置(2)和连续辊压装置(3)的一侧，旋转开合模具(4)安装在旋转开合装置(1)上，复合材料预浸料自动铺放在旋转开合模具(4)上，并通过连续辊压装置(3)在旋转开合装置(1)配合下进行连续辊压成型操作，实现复合材料异形长桁制造。2.根据权利要求1所述的用于复合材料长桁自动化制造的旋转开合装置，其特征在于，旋转开合装置(1)包括旋转装置和开合系统，开合系统位于旋转装置的两侧；旋转装置包括旋转装置头架(1
‑
1)、连接定位支撑装置(1
‑
2)、头架伺服电机(1
‑
3)、尾架伺服电机(1
‑
5)、尾架移动导轨(1
‑
6)以及能够在尾架移动导轨(1
‑
6)上移动的旋转装置尾架(1
‑
4)；头架伺服电机(1
‑
3)安装在旋转装置头架(1
‑
1)上，头架伺服电机(1
‑
3)通过连接定位支撑装置(1
‑
2)与旋转开合模具(4)连接，尾架伺服电机(1
‑
5)设置在旋转装置尾架(1
‑
4)上，尾架伺服电机(1
‑
5)与旋转开合模具(4)连接，尾架伺服电机(1
‑
5)与头架伺服电机(1
‑
3)同步驱动旋转开合模具(4)。3.根据权利要求2所述的用于复合材料长桁自动化制造的旋转开合系统，其特征在于，开合系统包括第一模具水平移动装置(1
‑
7)、第一模具升降装置(1
‑
8)、第二模具水平移动装置(1
‑
9)、第二模具升降装置(1
‑
10)和用于支撑旋转开合模具(4)的模具升级辅助支撑装置(1
‑
11)；第一模具水平移动装置(1
‑
7)设置在第一模具升降装置(1
‑
8)上，第一模具水平移动装置(1
‑
7)上设置旋转开合模具(4)，第一模具水平移动装置(1
‑
7)和第一模具升降装置(1
‑
8)能够实现旋转开合模具(4)的水平运动和升降运动；第二模具水平移动装置(1
‑
9)设置在第二模具升降装置(1
‑
10)上，模具水平移动装置(1
‑
9)上设置旋转开合模具(4)，第二模具水平移动装置(1
‑
9)和第二模具升降装置(1
‑
10)，实现旋转开合模具(4)的水平运动和升降运动。4.根据权利要求3所述的用于复合材料长桁自动化制造的旋转开合装置，其特征在于，第一模具水平移动装置(1
‑
7)与第一模具升降装置(1
‑
8)垂直设置；第二模具水平移动装置(1
‑
9)与第二模具升降装置(1
‑
10)垂直设置。5.根据权利要求2所述的用于复合材料长桁自动化制造的旋转开合装置，其特征在于，连接定位支撑装置(1
‑
2)包括头架固定装置(1
‑2‑
2)，尾架固定装置(1
‑2‑
3)，辅助支撑装置(1
‑2‑
4)以及弹性浮动元件(1
‑2‑
5)；旋转开合模具(4)一端通过头架固定装置(1
‑2‑
2)安装在旋转装置头架(1
‑
1)上，另一端通过尾架固定装置(1
‑2‑
3)安装在旋转装置尾架(1
‑
4)上；头架固定装置(1
‑2‑
2)与头架伺服电机(1
‑
3)相连；弹性浮动元件(1
‑2‑
5)设置在辅助支撑装置(1
‑2‑
4)上。6.根据权利要求3所述的用于复合材料长桁自动化制造的旋转开合装置，其特征在于，旋转开合模具(4)包括第一长桁开合模具(4
‑
1)，第二长桁开合模具(4
‑
2)，长桁中间成型模具(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小辉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：