本發明涉及復合材料成型領域，融合機構學，具體來說，是一種可應用于自動鋪絲頭的壓實裝置，可對鋪放成型的碳纖維預浸料進行壓實，并對壓實力精準控制，可提高鋪放材料的質量。

背景技術：

先進復合材料(advancedcompositematerials)具有高比強度、高比模量、良好抗疲勞性和抗腐蝕性等優點，既能減輕產品重量和節省成本，又能提高產品性能的理想材料，在軍事和民用領域得到了廣泛的應用。如航空領域中，據預測到2020年這一比例將達到70％-80％。隨著國民國防快速發展導致復合材料用量逐年增長，碳纖維自動鋪絲成型技術作為近幾年來復合材料成型的一種重要方法，成為復合材料應用的關鍵，可以精確控制鋪放溫度、壓實力及張力，因而可快速高效、高質地制備大型復雜變曲率曲面的結構件，提高了結構件的強度、剛度等力學性能，并且達到減重的效果，增加其經濟效益，所以在復合材料成型方法中占據著更為重要的角色、且具有巨大的發展潛力。

碳纖維自動鋪絲成型技術可用以制造具有凹面及凸面的復雜閉合殼體結構。目前，國內現有的碳纖維自動鋪絲頭只簡單配備了氣缸、液壓缸或直線電機直接驅動壓輥，對碳纖維進行壓實成型，不能滿足復雜曲面結構件的鋪放要求，在曲率變化時可能造成纖維過度擠壓或相鄰纖維之間產生間隙等缺陷，因此降低了鋪放的適應性。為了防止該問題的出現，如何解決復合材料成型時壓實力的精準控制成為目前的研究熱點之一，同時如何通過對機械結構的設計簡化控制系統的控制難度也是該發明所解決的問題。

技術實現要素：

本發明為了解決現有纖維鋪放設備的壓實機構因鋪放復雜曲面而影響鋪放效果，以及碳纖維自動鋪絲設備鋪放質量的穩定性差，常因壓實力不均造成孔隙率增多，對絲束造成損傷影響鋪放質量，提出一種可精密實時可控的壓實裝置。

本發明精密實時可控的鋪絲壓實裝置，具有由伺服電機驅動，滾珠絲杠傳動前后移動的壓實輥；同時壓實輥通過彈簧作用，實現前后方向上的被動移動。

當碳纖維增強型樹脂基復合材料由碳纖維復合材料鋪絲頭經壓實輥下方傳送至模具表面后，控制壓實輥與模具表面接觸，由壓實輥將預浸紗與模具貼合固化。壓實輥的壓實力由彈簧變形量得到，通過激光式位移傳感器測量彈簧變形量，反饋至控制器，通過pid單位負反饋控制方法控制，控制壓實伺服電機驅動滾珠絲杠轉動，調節彈簧的壓縮量，壓實輥輸出恒定壓實力。

本發明的優點在于：

1、本發明可精密實時可控的鋪絲壓實裝置，帶有柔性儲能元件(彈簧)，當鋪放復雜曲面時壓實力更均勻、緩解了壓實力的突變，對壓實力的控制更精準，相比用壓力傳感器配合氣缸控制調節壓實力的方法，應用該裝置控制更為迅速、精準。

2、本發明可精密實時可控的鋪絲壓實裝置，通過位置測量輔助完成壓實力測量及控制；對壓實力可進行控制精準；

附圖說明

圖1為本發明可精密實時可控的鋪絲壓實裝置安裝位置示意圖；

圖2為本發明可精密實時可控的鋪絲壓實裝置整體結構側視圖；

圖3為本發明可精密實時可控的鋪絲壓實裝置整體結構俯視圖。

1-壓實伺服電機2-減速箱3-滾珠絲杠

4-彈簧5-鏈接底板6-支撐板

7-鏈接支撐板8-支撐軸9-導軌

10-導軌滑塊11-壓實輥12-電機支撐架

13-電機安裝支架14-法蘭軸承座15-立式軸承座

16-限位塊17-輥架18-激光式位移傳感器

19-碳纖維復合材料鋪絲頭20-模具21-底板

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

本發明精密實時可控的鋪絲壓實裝置，如圖1所示，安裝在碳纖維復合材料鋪絲頭19的整體安裝板18背面，在碳纖維增強型樹脂基復合材料由碳纖維復合材料鋪絲頭19傳送至模具20表面上，經過本發明鋪絲壓實裝置對碳纖維復合材料進行壓實，提高其力學性能。本發明精密實時可控的鋪絲壓實裝置，包括壓實伺服電機1、減速箱2、滾珠絲杠3、彈簧4、鏈接底板5、支撐板6、鏈接支撐板7、支撐軸8、導軌9、導軌滑塊10與壓實輥11，如圖2、圖3所示。

所述壓實伺服電機1軸線沿前后方向設置，輸出軸同軸連接減速箱2，通過螺栓將壓實伺服電機1與減速箱2共同固定于電機支撐架12上，同時電機支撐架12固定安裝于底板21上設置的電機安裝支架13后側面上，實現壓實伺服電機1、減速箱2與底板21三者間的定位。

所述滾珠絲杠3與減速箱2的輸出軸同軸設置，滾珠絲杠3的光軸部分通過聯軸器與減速箱2的輸出軸同軸連接。滾珠絲杠3一端與具有圓形側的法蘭軸承座14相連，由法蘭軸承座14支撐，該法蘭軸承座14可通過螺栓固定在電機安裝支架13前側面上。滾珠絲杠3的另一端與具有方形支撐側的立式軸承座15相連，由立式軸承座15支撐，該立式軸承座15可通過螺栓固定安裝在底板21上。

上述滾珠絲杠3上具有螺紋套接的螺母，該螺母上固定有一塊支撐板6；同時滾珠絲杠3上還套有兩塊鏈接支撐板7，兩塊鏈接支撐板7分別位于螺母的前后位置，且兩塊鏈接支撐板7底端通過螺釘與水平設置的鏈接底板5固定。兩塊鏈接支撐板7間通過兩根支撐軸8相連；兩根支撐軸8位于滾珠絲杠3兩側，軸線與滾珠絲杠3軸線平行，且共處于同一水平面上。兩根支撐軸8兩端分別與兩塊鏈接支撐板7固定，同時還分別穿過支撐板6左右兩側。

所述彈簧4具有四根，其中兩根彈簧4套在滾珠絲桿3左側的支撐軸6上，分別位于兩塊鏈接支撐板7與支撐板6之間；另兩根彈簧4套在滾珠絲桿3右側的支撐軸6上，同樣位于兩塊鏈接支撐板7與支撐板6之間。

所述導軌9沿前后方向設置，固定安裝于底板21上。導軌9上安裝有微型導軌滑塊10，使導軌滑塊10可沿導軌滑動。導軌滑塊10與滾珠絲杠3上的螺母固定連接。由此，通過壓實伺服電機1驅動滾珠絲杠10轉動，支撐板6沿滾珠絲杠軸線前后移動，壓縮彈簧4，且通過導軌滑塊10與導軌9間的配合進行導向，最終帶動兩塊鏈接支撐板7與鏈接底板5整體前后移動。上述導軌9上安裝有限位塊16，通過限位塊16對導軌滑塊10的移動范圍進行限位。

所述壓實輥11通過軸承套接于壓實輥軸上，壓實輥11軸兩端分別固定于左右兩側輥架17前端，左右兩側輥架17后端固定于前方的鏈接支撐板7上。當碳纖維增強型樹脂基復合材料由碳纖維復合材料鋪絲頭19經壓實輥11下方傳送至模具20表面后，控制壓實輥11與模具20表面接觸，由壓實輥11將預浸紗與模具20貼合固化；且在壓實輥11與模具20表面接觸后，產生壓力導致彈簧4變形，通過激光式位移傳感器18測量彈簧的變形量；由于彈簧4屬于線性彈性體，因而壓實力可由彈簧4變形量得到，將反饋的彈簧4變形量輸入控制器，通過pid單位負反饋控制方法控制，控制壓實伺服電機1驅動滾珠絲杠3轉動，移動螺母的位置以調節彈簧4的壓縮量，使得壓實輥11輸出恒定壓實力。

當模具20為復雜曲面時，會導致本發明鋪絲壓實裝置的壓實力突變破壞預浸紗的鋪放質量，而本發明鋪絲壓實裝置中采用柔性的彈簧4，可快速有效減弱突變的壓實力，并且在驅動器的快速響應下驅動壓實伺服電機1轉動滾珠絲杠3，由螺母帶動壓實輥11移動，可有效提高鋪放制品的質量，提高鋪放速度提高效率。