【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空航天，具体为一种基于带材卷管成形方法的空间机械臂杆在轨成形制造装置。
技术介绍
1、在轨装配是空间操作的一个十分重要的分支，广泛用于大型空间结构、空间飞行器或者空间系统的在轨组建或对接。在真空、失重的恶劣空间环境下，这一系列空间操作变得十分困难，通过宇航员在轨手动搭建不仅效率慢、而且风险较大，使用机械臂代替宇航员能够高效、安全的完成相关任务。目前，机械臂大都是通过地面生产组装，通过运载火箭等飞行器发射到太空中进行目标任务，这种方法配置的机械臂往往只能够完成一种或者几种相关的任务，发射占用空间大、成本较高且不具有泛用性，迫切需求一种能够实现机械臂杆在轨成形制造的装置。美国国家航空航天局(nasa)计划在轨制造一根支撑臂杆来对在轨机械臂杆制造技术进行验证，该计划采用拉挤成形工艺，目前已经通过地面典型环境演示实验，即将开展在轨试验验证。目前在轨机械臂制造存在以下问题：
2、nasa计划实现的在轨制造机械臂杆任务的原材料为碳纤维增强树脂预浸带，采用拉挤成形工艺进行机械臂杆的制造。根据其地面典型环境演示实验显示，拉挤成型工艺功耗大、成形速度慢、装置占用空间大且制造效率低，不适用于大批量机械臂杆的在轨制造；
3、目前传统机械臂杆的地面制造大多采用金属材料，生产过程能耗较大、生产过程复杂且生产过程无法适应太空交变温度，传统的地面生产工艺不能满足在轨制造的需求；
4、目前高分子材料卷管成形工艺带材的送进方式为依靠输送轮轮与带材压紧接触的摩擦式进给，这种运输方式提供的输送力较小，生产较厚的带材
5、在轨原位制造的宗旨是收集太空中一切可收集的资源和能量进行利用，将机械臂杆原材料进行卷管成型时需要将其加热，如果无法将这些热能资源加以利用而是直接通过管材成型后的冷却装置散失，将导致大量的资源浪费；
6、机械臂杆的结构复杂，对于不同部位所需的不同长度的杆件需要进行频繁切割；目前的技术对于较厚的带材成型后的管件切割存在困难，切割速度较为缓慢，杆材的切割效率会直接影响臂杆在轨制造效率。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决上述提到的现有拉挤成形工艺功耗大制造效率低、地面生产工艺不能满足在轨制造的需求、带材的送进方式阻力大以及热能资源浪费的问题，特此提出了一种基于带材卷管成形方法的空间机械臂杆在轨成形制造装置。本专利技术通过成形前推动，成形后牵引的方式加强带材的输送效果；通过热熔的方式对带材进行成形以及焊接，并通过冷却组件对多余的热能进行回收。
2、本专利技术提出了一种基于带材卷管成形方法的空间机械臂杆在轨成形制造装置，其具体包括带材、开卷组件、成形模具、冷却组件、驱动组件、机架和环切组件，机架上依次设置有开卷组件、成形模具、冷却组件、驱动组件和环切组件，开卷组件上设置有带材；驱动组件一端设置在开卷组件上驱动带材输送，另一端设置在冷却组件和环切组件中间对成形后的带材进行牵引；成形模具内部设置有若干加热片，通过若干加热片对带材加热成形和熔融焊接；冷却组件包括两个导热管，通过两个导热管将成形后的带材的热量回收；环切组件对成形且冷却完毕的带材进行切割。
3、更进一步地，所述带材包括两层聚醚醚酮树脂基体和碳纤维增强编织层，碳纤维增强编织层夹在两层聚醚醚酮树脂基体之间。
4、更进一步地，所述碳纤维增强编织层由0°和90°的碳纤维原丝间隔编织而成。
5、更进一步地，所述聚醚醚酮树脂基体外表面两侧边缘设置有若干凹槽，若干凹槽和驱动组件配合驱动带材输送。
6、更进一步地，所述聚醚醚酮树脂基体在长度方向上设置有若干排圆形通孔，若干排圆形通孔与环切组件配合，对带材进行切割。
7、更进一步地，所述驱动组件包括输送组件、传动绳轮和牵引组件，输送组件设置在开卷组件上驱动带材进入到成形模具中；牵引组件设置在冷却组件和环切组件中间牵引成形并冷却完毕的带材；输送组件和牵引组件之间通过传动绳轮传动。
8、更进一步地，所述输送组件包括两个输送轮、主动轮和从动轮，主动轮和从动轮设置在开卷组件上，主动轮和从动轮啮合；两个输送轮设置在开卷组件内部对应主动轮和从动轮的位置，主动轮和从动轮分别和一个输送轮同轴连接；主动轮通过传动绳轮和牵引组件连接；所述输送轮的轮齿为半圆形。
9、更进一步地，所述牵引组件包括电机、若干齿轮、两个牵引辊轮和支架，两个牵引辊轮通过支架分别架设在成形且冷却完毕的带材的上方和下方；电机设置在机架上；支架上设置有若干齿轮，电机通过若干齿轮驱动两个牵引辊轮转动；电机还通过若干齿轮和传动绳轮驱动输送组件；牵引辊轮上设置有拉伸编码器。
10、更进一步地，所述环切组件包括带导轨底座、刀具转盘、若干弹簧刀具和轴承，带导轨底座设置在机架上，刀具转盘通过轴承设置在带导轨底座内圈上，若干弹簧刀具圆周均布于刀具转盘上。
11、更进一步地，所述冷却组件还包括冷却上模和冷却下模，冷却下模设置在机架上，冷却下模上端设置有冷却上模；冷却上模和冷却下模分别和一个导热管连接。
12、本专利技术所述的一种基于带材卷管成形方法的空间机械臂杆在轨成形制造装置的有益效果为：
13、(1)本专利技术所述的一种基于带材卷管成形方法的空间机械臂杆在轨成形制造装置，克服了现有拉挤成形工艺功耗大制造效率低、地面生产工艺不能满足在轨制造的需求的问题，通过内置有若干加热片的成形模具对带材进行加热成形，并通过熔融的方式对带材接口处进行焊接，加工速度快，不受环境条件影响；
14、(2)本专利技术所述的一种基于带材卷管成形方法的空间机械臂杆在轨成形制造装置，克服了现有带材的送进方式阻力大的问题，通过输送组件推动带材进入到成形模具中，成形完毕后通过牵引组件牵引成形后的带材，有效减轻或避免了输送过程中的打滑现象，防止成形模具的堵塞；
15、(3)本专利技术所述的一种基于带材卷管成形方法的空间机械臂杆在轨成形制造装置，克服了热能资源浪费的问题，冷却组件有效的对成形后的带材进行降温散热，将吸收到的热能通过导热管进行回收并传递给其它需要适宜工作温度的部件，提高能量利用效率，降低能耗，有利于在轨环境下装置的可靠运行；
16、(4)本专利技术所述的一种基于带材卷管成形方法的空间机械臂杆在轨成形制造装置，通过环切组件和带材上预设置的通孔进行配合可以减少环切组件的工作量，有效提高切割效率，使切割时带材滞于成形模具的时间减小，防止熔融带材堵塞在成形模具内；本装置体积小，结构紧凑，能实现更快的制造速度、更好的能量利用率和更高的制造效率，推动了机械臂杆在轨制造技术相关领域的发展。
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1.一种基于带材卷管成形方法的空间机械臂杆在轨成形制造装置，其特征在于：包括带材(1)、开卷组件(2)、成形模具(3)、冷却组件(4)、驱动组件、机架(9)和环切组件(10)，机架(9)上依次设置有开卷组件(2)、成形模具(3)、冷却组件(4)、驱动组件和环切组件(10)，开卷组件(2)上设置有带材(1)；驱动组件一端设置在开卷组件(2)上驱动带材(1)输送，另一端设置在冷却组件(4)和环切组件(10)中间对成形后的带材(1)进行牵引；成形模具(3)内部设置有若干加热片，通过若干加热片对带材(1)加热成形和熔融焊接；冷却组件(4)包括两个导热管(4-3)，通过两个导热管(4-3)将成形后的带材(1)的热量回收；环切组件(10)对成形且冷却完毕的带材(1)进行切割。
2.根据权利要求1所述的基于带材卷管成形方法的空间机械臂杆在轨成形制造装置，其特征在于：所述带材(1)包括两层聚醚醚酮树脂基体(1-1)和碳纤维增强编织层(1-2)，碳纤维增强编织层(1-2)夹在两层聚醚醚酮树脂基体(1-1)之间。
3.根据权利要求2所述的基于带材卷管成形方法的空间机械臂杆在轨
4.根据权利要求2所述的基于带材卷管成形方法的空间机械臂杆在轨成形制造装置，其特征在于：所述聚醚醚酮树脂基体(1-1)外表面两侧边缘设置有若干凹槽，若干凹槽和驱动组件配合驱动带材(1)输送。
5.根据权利要求2所述的基于带材卷管成形方法的空间机械臂杆在轨成形制造装置，其特征在于：所述聚醚醚酮树脂基体(1-1)在长度方向上设置有若干排圆形通孔，若干排圆形通孔与环切组件(10)配合，对带材(1)进行切割。
6.根据权利要求1-5任一项所述的基于带材卷管成形方法的空间机械臂杆在轨成形制造装置，其特征在于：所述驱动组件包括输送组件(6)、传动绳轮(7)和牵引组件(8)，输送组件(6)设置在开卷组件(2)上驱动带材(1)进入到成形模具(3)中；牵引组件(8)设置在冷却组件(4)和环切组件(10)中间牵引成形并冷却完毕的带材(1)；输送组件(6)和牵引组件(8)之间通过传动绳轮(7)传动。
7.根据权利要求6所述的基于带材卷管成形方法的空间机械臂杆在轨成形制造装置，其特征在于：所述输送组件(6)包括两个输送轮(6-1)、主动轮(6-2)和从动轮(6-3)，主动轮(6-2)和从动轮(6-3)设置在开卷组件(2)上，主动轮(6-2)和从动轮(6-3)啮合；两个输送轮(6-1)设置在开卷组件(2)内部对应主动轮(6-2)和从动轮(6-3)的位置，主动轮(6-2)和从动轮(6-3)分别和一个输送轮(6-1)同轴连接；主动轮(6-2)通过传动绳轮(7)和牵引组件(8)连接；所述输送轮(6-1)的轮齿为半圆形。
8.根据权利要求6所述的基于带材卷管成形方法的空间机械臂杆在轨成形制造装置，其特征在于：所述牵引组件(8)包括电机、若干齿轮、两个牵引辊轮(8-1)和支架(8-2)，两个牵引辊轮(8-1)通过支架(8-2)分别架设在成形且冷却完毕的带材(1)的上方和下方；电机设置在机架(9)上；支架(8-2)上设置有若干齿轮，电机通过若干齿轮驱动两个牵引辊轮(8-1)转动；电机还通过若干齿轮和传动绳轮(7)驱动输送组件(6)；牵引辊轮(8-1)上设置有拉伸编码器(5)。
9.根据权利要求1所述的基于带材卷管成形方法的空间机械臂杆在轨成形制造装置，其特征在于：所述环切组件(10)包括带导轨底座(10-1)、刀具转盘(10-2)、若干弹簧刀具(10-3)和轴承(10-4)，带导轨底座(10-1)设置在机架(9)上，刀具转盘(10-2)通过轴承(10-4)设置在带导轨底座(10-1)内圈上，若干弹簧刀具(10-3)圆周均布于刀具转盘(10-2)上。
10.根据权利要求1所述的基于带材卷管成形方法的空间机械臂杆在轨成形制造装置，其特征在于：所述冷却组件(4)还包括冷却上模(4-1)和冷却下模(4-2)，冷却下模(4-2)设置在机架(9)上，冷却下模(4-2)上端设置有冷却上模(4-1)；冷却上模(4-1)和冷却下模(4-2)分别和一个导热管(4-3)连接。
...【技术特征摘要】
1.一种基于带材卷管成形方法的空间机械臂杆在轨成形制造装置，其特征在于：包括带材(1)、开卷组件(2)、成形模具(3)、冷却组件(4)、驱动组件、机架(9)和环切组件(10)，机架(9)上依次设置有开卷组件(2)、成形模具(3)、冷却组件(4)、驱动组件和环切组件(10)，开卷组件(2)上设置有带材(1)；驱动组件一端设置在开卷组件(2)上驱动带材(1)输送，另一端设置在冷却组件(4)和环切组件(10)中间对成形后的带材(1)进行牵引；成形模具(3)内部设置有若干加热片，通过若干加热片对带材(1)加热成形和熔融焊接；冷却组件(4)包括两个导热管(4-3)，通过两个导热管(4-3)将成形后的带材(1)的热量回收；环切组件(10)对成形且冷却完毕的带材(1)进行切割。
2.根据权利要求1所述的基于带材卷管成形方法的空间机械臂杆在轨成形制造装置，其特征在于：所述带材(1)包括两层聚醚醚酮树脂基体(1-1)和碳纤维增强编织层(1-2)，碳纤维增强编织层(1-2)夹在两层聚醚醚酮树脂基体(1-1)之间。
3.根据权利要求2所述的基于带材卷管成形方法的空间机械臂杆在轨成形制造装置，其特征在于：所述碳纤维增强编织层(1-2)由0°和90°的碳纤维原丝间隔编织而成。
4.根据权利要求2所述的基于带材卷管成形方法的空间机械臂杆在轨成形制造装置，其特征在于：所述聚醚醚酮树脂基体(1-1)外表面两侧边缘设置有若干凹槽，若干凹槽和驱动组件配合驱动带材(1)输送。
5.根据权利要求2所述的基于带材卷管成形方法的空间机械臂杆在轨成形制造装置，其特征在于：所述聚醚醚酮树脂基体(1-1)在长度方向上设置有若干排圆形通孔，若干排圆形通孔与环切组件(10)配合，对带材(1)进行切割。
6.根据权利要求1-5任一项所述的基于带材卷管成形方法的空间机械臂杆在轨成形制造装置，其特征在于：所述驱动组件包括输送组件(6)、传动绳轮(7)和牵引组件(8)，输送组件(6)设置在开卷组件(2)上驱动带材(1)进入到成形模具(3)中；牵引组件(8)设置在冷却组件(4)和环切组件(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，颜家勇，张磊，卑中强，段盈佳，杨飞，张利新，姜生元，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：
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