大型航天复合材料构件自动铺丝机的研发与应用

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1、制造技术研究航天制造技术大型航天复合材料构件自动铺丝机的研发与应用乔凤斌张松王力袁定新（上海航天设备制造总厂，上海200245）摘要：针对大型航天复合材料结构特点，按照铺放8路纤维的要求设计纤维铺丝头，采用功能模块化设计方法，开发了具有自主知识产权的复合材料自动铺放设备，并掌握了航天大型复合材料构件自动化铺层成型技术，满足大型运载火箭和高轨道卫星复合材料构件高性能、高可靠的制造要求，为规模化设备设计和复合材料构件生产打下良好基础。关键词：航天；自动铺丝；复合材料；机器人Developmentan

2、dApplicationofAutomatedFiberPlacementforLargeAerospaceCompositePartsQiaoFengbinZhangSongWangLiYuanDingxin(ShanghaiAerospaceManufacture(Group)Co.,ltd,Shanghai200245)Abstract：Accordingtothecharacteristicsofthelargeaerospacecompositestructures,acomposit

3、eautomaticlayingequipmentisdevelopedwithindependentintellectualpropertyrightsusingfunctionmodulardesignmethodtotherequirementsoflayingeight-channel.Andtheformingtechnologyofautomaticlayingismastered,whichmeetingthehighperformanceandreliabilityrequire

4、mentsofthelargelaunchvehicleandhighorbitsatellitecomposites,andlayingagoodfoundationforthedesignoflarge-scaleequipmentandtheproductionofcompositecomponents.Keywords：aerospace；automatedfiberplacement；composite；robot1引言时可以依赖机器人本身的控制方案，既可靠稳定，又比较经济省时。机器人

5、铺放时，铺丝头通过末端法兰自动铺丝（AutomatedFiberPlacement，AFP）成与机器人连接，是可拆装的，可以为不同的模具分别型技术，是近年来发展最快的复合材料自动化成型制设计铺丝头。这种模块化的铺放系统更具针对性，能造技术之一。该技术以其高质量、高精度、高可靠性更好地适应不同情况下的铺放需求[2]。的优势，广泛应用于大型飞机、运载火箭等产品的结构部件的制造[1]。2铺丝机硬件系统简介工业机器人因其自由度大，运动灵活，适合搭建模块化或小型柔性化的中小型的铺放设备，能够提高研制的具有

6、自主知识产权的高柔性悬臂式大型航铺放生产效率，降低设备运行成本。铺放设备工作时，天复合材料构件自动铺丝机，如图1所示，主要由机尤其对于不规则曲面类构件，其铺放路径通常形状复械臂、一体化铺丝头、连接部件和控制系统组成。机杂。使用机器人作为铺放头的搭载平台可以满足运动械臂选用的是德国KUKA公司的六自由度机械臂；一轨迹、姿态调整、参数控制等各方面的要求。此外，体化铺丝头完全自主研发，按照铺放8路纤维的要求各大机器人厂商如KUKA、ABB、FANAC等公司可以采用功能模块化设计，结果满足体积小、重量轻

7、、结提供产品化的成熟机器人及控制系统，搭建铺放系统构简单的设计要求以及功能要求。通过机器人六轴联作者简介：乔凤斌（1975-），研究员，机械电子工程专业；研究方向：机电系统设计，高端装备研发。收稿日期：2016-05-2313制造技术研究2016年8月第4期动进行俯仰、偏航运动，由法兰盘旋转完成旋转动作；辊轮的适当位置。利用重送从动轮动作能够独立控制通过气缸的输出信号完成切纱、止纱动作；通过外部各路纤维束的重送，简单易行且占用空间较小。电机完成送纱动作。结构布局上在保障功能的同时压2.4压紧机构

8、缩空间，优化传纱路径，实现传纱-张力检测一体化，压紧机构在剪切纤维前，对有张力控制的纤维压体积小，质量轻，接口简单，可快速更换[3]。紧，从而保证在纤维剪断后就会出现收缩现象。当重送开始时，压紧机构松开，重送机构对纤维定位重送。实际工作过程中可以通过气压值的变化调节压紧力。2.5导向装置导向装置主要对各路纤维起引导作用，设计过程中通过导向槽来引导纤维，从而实现导向功能。导向槽的截面按照U型来设计，不影响纤维形状。2.6辅助机构所研制的设备中辅助机构主要有送压缩风机构以图1大型航天复合材料构件自动