自動(dòng)鋪絲技術(shù)（AFP）以其鋪放靈活性和更低的廢料率拓寬了復(fù)合材料的應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的“低成本、高性能”制造。近年來，用于制造大型復(fù)雜復(fù)合材料構(gòu)件的自動(dòng)鋪絲技術(shù)獲得了快速發(fā)展并得以工業(yè)化應(yīng)用，其裝備形式也呈多樣化發(fā)展?；跈C(jī)器人平臺(tái)的自動(dòng)鋪絲技術(shù)以其高效鋪放復(fù)雜構(gòu)件的優(yōu)勢(shì)，受到了航空制造領(lǐng)域的高度關(guān)注。
第一臺(tái)國產(chǎn)商用自動(dòng)鋪絲機(jī)
應(yīng)用背景
復(fù)合材料在航空工業(yè)中用量的大幅提升離不開自動(dòng)化制造技術(shù)的強(qiáng)力支撐，如纖維纏繞、自動(dòng)鋪帶、自動(dòng)鋪絲等技術(shù)。其中，自動(dòng)鋪絲技術(shù)以其實(shí)時(shí)性與可控性的優(yōu)勢(shì)，逐漸成為大型復(fù)合材料復(fù)雜部件的典型制造技術(shù)。典型的自動(dòng)鋪絲設(shè)備主要由機(jī)床主體、紗架系統(tǒng)、鋪絲頭三部分組成，根據(jù)機(jī)床主體的不同可分為立式、臥式和龍門式。
龍門式自動(dòng)鋪絲機(jī)
但受裝載鋪絲頭的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)限制，對(duì)于不規(guī)則曲面類構(gòu)件，機(jī)床型鋪設(shè)設(shè)備往往無法滿足軌跡、姿態(tài)調(diào)整與參數(shù)控制等方面的要求。此外，機(jī)床型鋪絲裝備體積大，面對(duì)小型、小批量部件鋪設(shè)需求時(shí)運(yùn)行成本較高。相比之下，工業(yè)機(jī)器人手臂能夠提高鋪絲頭在可控空間范圍內(nèi)的姿態(tài)調(diào)整能力，增加了鋪放過程中的柔性，可以滿足回轉(zhuǎn)部件的鋪絲成型，提高鋪放生產(chǎn)效率，降低設(shè)備運(yùn)行成本。各工業(yè)科技公司的自動(dòng)鋪絲機(jī)器人產(chǎn)品銷量不斷增加，基于工業(yè)機(jī)器人平臺(tái)的自動(dòng)鋪絲裝備在機(jī)翼、機(jī)身、整流罩等復(fù)合材料構(gòu)件的鋪設(shè)上已得到成功應(yīng)用。
自動(dòng)鋪絲技術(shù)是航空航天大型復(fù)合材料構(gòu)件高質(zhì)量成型制造的關(guān)鍵技術(shù)。長期以來，這項(xiàng)技術(shù)主要由美國、法國、西班牙等少數(shù)國家壟斷，國內(nèi)類似的研究起步較晚，目前還沒有與國外技術(shù)水平同等且成熟的國產(chǎn)自動(dòng)鋪絲裝備在實(shí)際生產(chǎn)中得到工程化應(yīng)用的案例。此外，國內(nèi)航空航天領(lǐng)域復(fù)合材料仍以手工鋪放為主，而國外一直對(duì)中國采取“技術(shù)封鎖”和設(shè)備禁運(yùn)。因此，國內(nèi)一系列航空航天復(fù)合材料構(gòu)件的生產(chǎn)一直受制于人，無法滿足現(xiàn)實(shí)需求，也難以形成產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)。
正是在這種背景下，一直關(guān)注科技前沿動(dòng)態(tài)的段玉剛教授團(tuán)隊(duì)，把握航空航天市場需求，敏銳地抓住這一課題，從2005年就開始了自動(dòng)鋪絲設(shè)備工藝及配套軟件的研制工作，現(xiàn)已成為國內(nèi)從事復(fù)合材料自動(dòng)鋪絲技術(shù)研究最早的團(tuán)隊(duì)之一，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)近50項(xiàng)。該團(tuán)隊(duì)于2017年推出第一臺(tái)國產(chǎn)商用自動(dòng)鋪絲機(jī)，目前已成功研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)器人式自動(dòng)鋪絲機(jī)、龍門機(jī)床式自動(dòng)鋪絲機(jī)／鋪帶機(jī)、鋪纏一體機(jī)等系列產(chǎn)品及配套的軟件系統(tǒng)。不僅如此，團(tuán)隊(duì)研發(fā)生產(chǎn)的自動(dòng)鋪絲裝備也已迭代至第6代，有10余臺(tái)處于工程化應(yīng)用階段，技術(shù)成熟度為國內(nèi)最高，且生產(chǎn)的裝備故障率低，同時(shí)配備自有軟件，能兼容進(jìn)口和國內(nèi)主流廠家材料，競爭優(yōu)勢(shì)突出。
復(fù)材機(jī)器人式自動(dòng)鋪絲機(jī)
