[发明专利]复合材料铺放一步除料法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料铺放成型技术领域。

技术背景

在复合材料铺放的过程中，有时候根据芯模的外形或一些特殊要求，需要对铺放带进行一些特殊的裁减。对于铺放带的裁减，国外很多研究机构采用两步除料法，比如，他们首先将预成型带在专用的剪切设备上剪切，然后将剪切好的各种形状的复合材料铺放带用纸带隔离开，并卷成可装夹在铺放头上的形状，便于铺放成型。虽然这种工艺可剪切出各种复杂性状的铺放带，但是它的制作工艺复杂，且卷带成辊后，如何将各个形状的预成型带准确的铺放到设定好的位置，对于后期的铺放控制带来了新的困难。

发明内容：

本发明旨在提出一种新的预成型除料法，有效提高铺放设备针对复杂形状铺放带的铺放效率、节省设备成本。

复合材料铺放一步除料法要分段进行操作，首先送带轴开卷送带，运行切割程序进行材料切割去除；然后刀具复位，送带轴转换工作模式，由主动送带转换为被动力矩控制方式，提供铺放张力；最后铺放头运动将剩余铺放带压附到芯模。

在进行上述切割运动之前，应首先根据铺放带宽和待去除材料形状设计切割轨迹，然后编制切割控制程序，其中轨迹切割运动通过刀具自转轴、刀具直线运动轴和送带轴三轴联动控制实现。

通过本发明一步除料法，对特定形状的铺放带，在铺放头上直接进行切割成型，不必单独设计切割设备，并且铺放带一次开卷实现切割和铺放同时进行，减小了二次卷轴对铺放带的质量磨损。可避免单独切割和二次卷轴的繁琐步骤，有效提高铺放设备针对复杂形状铺放带的铺放效率、节省设备成本。

附图说明

图1：刀具结构图。

图2：简单轨迹切割原理图。

图3：切割程序控制框图。

图4：复杂轨迹切割原理图。

图中标号名称：1.刀柄，2.刀片，3.收膜轴，4.膜，5.送带轴，6.收膜导向磙，7.送带轴驱动奠基，8.刀具，9.纤维铺放带，10.压磙，11.收纸导向磙，12.纸，13.收纸轴，曲线14和15为铺放带剪切轨迹。

实施方式：

一步除料法主要借助刀具的结构、材料、以及刀具和送带轴的联动轨迹控制实现铺放带的切割，下面分别从刀具和联动控制两个方面介绍。

碳纤维复合材料带具有高强度的特点，一般的刀具很难对其切割，刀具采用超声波振动金属陶瓷刀，其振动振幅0.1μm，频率为20~40kHz；金属陶瓷材料使刀具不仅具有金属的韧性、高导热性和良好的热稳定性，又具有陶瓷的耐高温、耐腐蚀和耐磨损等特性。其形状采用图1所示的形状，刀具的形状为菱形，其下面两侧均为刃口，厚度为1mm，有利于其保持强度和刚性。

在切割时，刀具刃口必须始终指向剪切轨迹方向，即刀刃始终沿着剪切轨迹的切线方向，这样才能够保证有效的剪切。由于空间的限制，铺放头不可能做的太大，为精简铺放头结构，剪切刀具的运动始终是一维运动，垂直于铺放带的前进方向，联合送带电机的位置控制来插补各种形状。因此随着插补运动的进行，形成刀具自转轴、刀具直线运动轴和送带轴等三轴联动控制剪切的数控装置，其结构见图2。由于其运动为多轴联动，本发明采用运动控制器进行插补运算来控制其联动，其剪切运动的控制框图见图3。首先根据带宽和切割轨迹编制切割控制程序，待各部件装夹完毕，运行切割程序，切割完毕后，刀具要进行自转轴和直线运动轴复位，并且同时对送带轴进行工作模式转换，由主动送带转换为被动力矩控制方式，提供铺放张力，此时铺放头继续运行，将剩余的铺放带压附到芯模上。