自动铺丝机afp调研报告——复合材料自动铺丝机的结构和工作原理综述

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1、自动铺丝机AFP调研报告——复合材料自动铺丝机的结构和工作原理综述摘要：本文是关于不同铺丝机产品结构和工作原理调研的一篇综述。先介绍了项目的研究意义和内容，接着详实细致的调研了现有的各类铺丝机产品的结构和工作原理，包括剪切，重送，张力控制，铺压和加热几个部分。最后通过对比与研究，发现问题，找出不同产品的共同性与差异性。为之后的项目研究作铺垫。关键词：复合材料；自动铺丝机；铺丝头；丝束引言复合材料作为现代先进大型飞机主结构用材已是明显的发展趋势。作为铺放制造复材整体构件的自动铺带机与自动铺丝机则随之得到极为快速发展和广泛应用，成

2、为现代先进大型飞机制造的关键设备之一，其应用日益完善，并开始向非航空应用领域扩展现代大型飞机主结构件设计制造已越来越多釆用复材整体构件，并已从大型机翼长梁、蒙皮壁板等相对简单复材构件发展到大型飞机整体筒壳机身段及中小型飞机整体筒壳机身等复材构件，且构件尺寸越来越大，整体结构越来越复杂。传统AFW和ATL已很难满足航空飞机制造的实际应用需求。因此产生了将AFW机床缠绕功能和ATL机床层铺、压紧、切割和重铺等加工能力融合集成在一台设备上，也就是高端自动铺丝机（AFP）。今天自动铺丝机和软件有很多相似之处。因为基础设施的高成本，除了

3、最大的制造商以外技术很难采用。工艺的复杂性以及不同厂家的AFP要求不同的软件,导致软件实现和升级受限。与高速数控铣床“cm/min”的切割速度相同，自动铺带机/自动铺丝机（ATL/AFP）是促进复材“kg/hr”19的铺放生产速率的基础,而往往忽略必须解决快速铺放等其他重要过程的复杂性。然而相似之处还不止这些,就像计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)软件必须不断地随着新加工技术发展,AFP软件编程法也必须发展以适应技术的进步发展。软件如果只支持一个品牌、时代、或一种AFP模型机,很快就会变得不适用和过时。因此本项

4、目对不同铺丝机产品结构和工作原理调研，最后通过对比与研究，发现问题，找出不同产品的共同性与差异性，提出解决方案为之后的项目研究作铺垫。1、美国Electroimpact美国ElectroImpact公司开发了一种新概念的模块化铺丝头（ModularFiberHeadPlacement），并通过设计有可自动交换铺丝头的AFP机床以期解决此实际难题。1.1产品介绍：这种AFP机床对给定的一种纤维铺放应用需要的所有纤维束料都被放在模块化铺丝头上，取消了传统AFP机床上专设的纤维经轴架辅助装置。所有纤维束铺放操作都集中在该铺丝头上实现

5、，包括纤维束供料卷轴、牵丝辅助装置、剪切刀具、张力控制和固化加热等装置。同时，铺丝头和控制它进行铺放运动的平台是分离的，类似金切数控加工中心机床中自动刀具交换功能一样，铺放加工需要的铺丝头能够实现快速被交换到“运动平台”上。这样一来，复材构件制造用户只需购置一台基础机床（运动平台）和多个铺丝头就可适应不同复杂度的复材构件铺放加工应用，即在满足高铺放生产率前提下适应不同应用对象的铺放制造。1.2工作原理：双铺丝头AFP机床一个双铺丝头AFP铺放单元机床可以以 1800”/min (45.7m/min)的速率铺放19 ½” 和 ¼

6、”丝束，包括反馈和剪切，已经在大型飞机结构制造业中被实施。单元的控制结构，部分加工程序是独立于机械的，可以在任何一个机床上有运行或者在两个机床上同时运行。中央单元控制器将部分加工程序给每台AFP来协调各个单元。在整个补偿封装中两台机床的体积精确度在0.008” (0.2mm)的径向误差以内，每台机床大约是64’ x 21’ x 14’ (19.5m x 6.4m x 4.3m)，它通过利用线性数值求解来完成动态体积最优化补偿。这种机床引用普通的坐标系以确保在部分加工程序中的灵活性。采用可分离头部的设计可以让机器在120s内在 

7、¼和½的牵引宽度之间来回工作。头部纱架的牵引宽度很短而且使AFP过程与可分离的工具相互独立，这样的设计保证了纱架的重填（纱），AFP头部的维持，修理以及升级的AFP头部可以在线下单独工作，不用停下整个生产过程。1.2.1剪切：Electroimpact的AFP技术允许在客户端位置公差内切割和添加的速率达到2000IPM，在倾斜复杂的表面上。所有的接头处可以通过操作者对反馈速率的控制以完全双向的方式操作而对剪切精度没有影响。传统的刀片排列如图1.在纤维抽出的方向，剪切边缘是第一个，其次是刀片。在切割时，材料被持续的推着穿过铺丝头

8、，所以在刀片切割进入移动的材料时，还没有被切割的纤维继续被提取。这个萌芽状态中的结果被拉离了剪切边缘。由于在刀片操作中需要有一些空隙，一个间隙被引入而减少了切割质量，树脂在高速运行中快速积累，最后切割失败（纤维束没有完全分开）。一个可以阻止刀片被拉离剪切边缘的新奇方法首先从本