利用静止分配器的纤维铺放方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种纤维铺放系统。该系统包括具有机器人臂的运动系统、安装在所述机器人臂上的纤维铺放层置心轴以及具有传送机头的纤维铺放传送系统。该机器人臂可操作以用于相对于且接近所述传送机头移动所述心轴，从而制造复合纤维零件。

【技术实现步骤摘要】
利用静止分配器的纤维铺放方法和系统
本公开一般涉及纤维铺放系统，更具体地，涉及利用静止分配器的纤维铺放方法和系统。
技术介绍
在传统的纤维铺放系统中，运动系统(例如机器人或其它的数控设备)被用于使复杂的纤维分配系统或机头在静止心轴或被安装到旋转轴线的心轴之上行进。然而，移动纤维分配系统且将纤维材料提供给运动机头是复杂且困难的。例如，纤维分配系统是机头的一部分，因此，机头在尺寸方面必然较大。当移动机头以便将纤维分配到形状复杂的心轴上时，可能由于分配机头的庞大体积，会在机头和被层置的零件之间发生意外碰撞。当考虑纤维材料的最佳铺放时，这种可能性会增加，所以期望的是使机头与向其上分配材料的表面相正交。对于利用经轴架组件将材料安装在机器上而不是机头上的纤维铺放机而言，纤维路径会是复杂的并且易于引起材料中出现裂缝，其具有的多个重定向件、梳刀和滑轮组件被用于将来自被安装在机器的一个或两个轴线上的经轴架的材料引导到被安装在六个或更多轴线上的传送机头。如前一段落中所提及的，传统的纤维铺放系统使得纤维分配器在心轴之上运动。 这种系统的一个缺点在于，运动系统必须承载纤维材料供给和完成纤维铺放操作所需的所有电气、机械和气动系统，或者必须将经轴架系统安装在机器上的某处如靠近机头处且使所有的复杂系统作为运动系统的一部分。对于安装在机头的材料，因此限制了能够由传统的纤维铺放系统可合理承载的纤维量，这导致了停机时间。对于安装在机器上的经轴架，多个材料重定向系统必然引导材料通过额外的机头接合到达机头，产生能够导致材料中的裂缝的接触点，或汇集来自纤维或树脂的碎片，并且导致材料卡住，从而导致停机时间。此外， 如果生产计划需要将材料补片从心轴转移至较大组件，那么必须使用第二运动系统。
技术实现思路
在一个方面中，提供了纤维铺放系统。该纤维铺放系统包括具有机器人臂的运动系统、安装在所述机器人臂上的纤维铺放层置心轴(fiber-placement layup mandrel)和具有传送机头的纤维铺放传送系统。该机器人臂可操作以相对于且接近传送机头来移动心轴，从而用于制造复合纤维零件。在另一个方面中，提供了制造复合纤维零件的方法。该方法包括将用于制造所选零件的心轴放置在机器人臂上，以及随着纤维铺放传送系统将复合纤维分配到所选心轴上，操作该机器人臂以便相对于静止纤维铺放传送系统的传送机头来移动所述心轴。在又一个实施例中，纤维铺放系统包括被安装在机器人臂上的纤维铺放层置心轴和静止纤维铺放传送系统，该机器人臂可操作以相对于该静止纤维铺放传送系统来移动所述心轴。已经讨论的特征、功能和优势可以在各种实施例中独立地实现，或可以与其他实施例组合起来实现，参考下面的描述和附图可以理解进一步的细节。I示出了已知的纤维铺放装置。2示出了包括被安装到机器人的层置心轴和静止纤维铺放分配系统的纤维铺3是图2的系统的图示，该系统将复合材料补片放置到零件上。4是图2的系统的图示，其示出在铺放复合材料补片之后心轴返回至纤维铺放5示出了适用于与图2-图4中的纤维铺放系统一起使用的系统200的方框图。 6示出了用于图5中系统的控制器的一个可能的系统架构图。7是示出了利用图2-图4的系统来制造和放置零件的过程的流程图。8是飞机生产和服役方法的流程图。9是飞机的方框图。附图说明图图放系统。图图传送系统。图图图图图具体实施方式图I示出了包括定位装置12和末端执行器14的已知纤维铺放装置10。该定位装置12被构造为定位或控制末端执行器14的运动。具体地，该定位装置12是被构造为控制运动的多个轴线的机器人转子、托台类型或柱铣刀类型的定位装置。纤维铺放装置10被构造为通过将带材料18应用在成形件20上来制造物品16。 一般地，物品16是由多个板层或层制造的，其包含彼此相邻放置的系列材料带18。在各种形式中，末端执行器14包括压紧轧辊(图I中未示出)和/或刮板以便将带材料18应用到成形件20。成形件20被构造为提供用于板层铺设的适当的稳定且完工的表面。如图所示，成形件20被控制成绕轴线旋转。当被控制如此旋转时，成形件20—般被称为心轴。应当理解，根据正在制造的零件，成形件20或心轴在形状上可以是非常复杂的，并且成形件 20或心轴可以包括深凹陷的表面。在其他实施例中，成形件20可以是静止的或被控制成沿各轴线运动。例如，成形件20可以被固定到可滑动工作台或X-Y工作台。成形件20的运动和定位装置12的运动用于定位末端执行器14。而且，一般将成形件20和定位装置12的运动协调成使得装置基本作为单个单元工作的程度。成形件20的特征，例如尺寸、形状、轮廓等等，是基于物品16的设计参数的。 图I中示出的物品16是由多个带24构造的。铺在成形件20或衬底26上的由带24构成的每一层均被描述为板层，并且物品16 —般由多个板层制造而成。衬底26包括成形件20 表面和/或先前铺设的带24。如上所述，如果成形件的尺寸、形状和轮廓变得复杂，那么当制造零件时，在末端执行器14和成形件之间不存在不需要的物理接触的情况下，将末端执行器14放置在合适的位置可能是困难的。关于上面描述的已知纤维铺放装置，下面的段落中描述的实施例关于纤维铺放的制造方法和系统。参考图2，纤维铺放系统100包括被安装到机器人112的层置心轴110。 层置心轴110与静止纤维铺放分配系统120相互结合，该静止纤维铺放分配系统120允许利用机器人112使得心轴110以导致制造例如复合材料补片150的方式在静止纤维铺放分4配系统120之上运动，从而制造小尺寸到中等尺寸的装料。关于所描述的实施例，某些现存的纤维铺放机具有被安装到旋转轴线中的心轴或工具，以便构造与丝绕组相似的圆筒状结构。纤维铺放系统100在多于一个自由度上操纵层置心轴，同时纤维铺放分配系统120保持静止。纤维铺放分配系统120包括接近传送机头124的远端的压紧轧辊122，以用于将纤维铺放到心轴110上。如此处所使用的，传送机头指的是能够分配、压紧或切割材料的系统组件。传送机头124的一个零件是压紧轧辊122。应当注意的是，心轴110可以被制造成具有多种尺寸形状和轮廓，并且与必须承载正在铺放的纤维的现有领域系统相比较而言，静止分配系统120的一个优势是可以利用较大的纤维线轴。纤维铺放系统100的另一个优势是针对纤维144的这种较大线轴142成尺寸的一个或更多个较大经轴架140能够位于固定位置，且包括在传送机头124和经轴架140之间的固定纤维路径，从而简化了纤维144从经轴架140向传送机头124的传输。在这种实施例中，能够远离实际传送机头来安装经轴架 140和线轴142，从而相对于传送机头124为心轴110提供更大的间隙，因而允许制造包含较大轮廓的零件。在图2中所示的实施例中，如图中所示多个经轴架140和线轴142位于分配系统120内。更具体地，复杂的纤维铺放装置(分配系统120)是固定的，并且机器人112绕压紧轧辊120移动心轴110，以便复合材料被压紧到心轴110上并粘附于心轴110。如图中所示，机器人在轨道160上可运动，并且具有铰接臂162。进一步，一旦材料已经被沉积到安装在机器人上的心轴110上，则机器人112就能够容易地将心轴110移动至较大的组件，例如圆筒铺层(barr本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S·F·派得戈，B·A·约翰逊，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：