一种基于纤维自动铺放的壳体网格结构纵环筋配比方法

技术领域

本发明属于复合材料自动铺丝成型领域，具体涉及一种基于纤维自动铺放的壳体网格结构纵环筋配比方法。

背景技术

随着航空航天领域往结构高强度轻量化制造方向的不断发展，先进网格结构以其灵活的可设计性、优异的力学承载性能及制造自动化程度高等优点，逐渐替代传统的蒙皮加筋式、波纹式、蜂窝夹层式等部件加强结构。

纵环筋网格结构是一种常见的复合材料加强结构形式，相比于其他形式的结构件，网格筋结构具有强度更高、刚度更高的性能，同时最大程度上减轻了结构部件的质量，因而广泛应用于航空航天、船舶制造等领域，尤其在一些回转体结构中，如运载火箭的级间段、整流罩、燃料储箱、承力筒，采用碳纤维复合材料制成的纵环筋网格结构，不仅加强了结构的整体性能，同时也大大减轻了结构部件的重量。

传统的网格结构纵环筋的纤维铺放多为人工手糊成型，耗时耗力，生产效率较低，后来发展出现了专用于网格纵环筋的纤维铺放头，大大提高了网格纵环筋的加工成型效率。在实际铺放加工过程中，由于多个环筋铺丝头或多个纵筋铺丝头同时配合加工，并考虑纵环筋模具主轴的旋转次数，以提高实际工装的网格筋加工效率，因此需要设计一种纵环筋铺放配比方法，避免纵筋铺丝头或环筋铺丝头在加工过程中的多次运动调整，减少加工过程中主轴的旋转次数，减少铺放加工过程的人为干预行为，以提高壳体网格结构纵环筋的成型效率。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种基于纤维自动铺放的壳体网格结构纵环筋配比方法；对壳体工装模具实行纵环筋1：1的交替铺放配比方法，即先完成对壳体模具纵筋的铺放加工，再完成对壳体模具环筋的铺放加工，依次交替进行铺放加工；这样配比具有高效、成本低、易操作、便于实现自动化控制等特点。

对壳体模具进行纵筋铺放加工时，将工装模具调整至纵筋加工工位，纵筋铺放加工角度为固定值；确定壳体工装模具的纵筋总数量，并选用3个纵筋铺丝头对纵筋进行同时铺放加工，如果纵筋总数量为2n（n≥1），选用3个纵筋铺丝头同时铺放加工，若最后存在一条未加工的纵筋，则采用1个纵筋铺丝头进行铺放加工；如果纵筋总数量为2n+1（n＞1），选用3个纵筋铺丝头同时铺放加工，若最后存在两条未加工的纵筋，则采用2个纵筋铺丝头进行铺放加工。

然后对壳体模具进行环筋铺放加工，将工装壳体模具调整至环筋加工工位，环筋铺放加工角度为固定值。确定壳体工装模具的环筋总数量，并采用5个环筋铺丝头对环筋进行同时铺放加工。如果环筋数量为n，若n≤5，使用n个环筋铺丝头进行铺放加工；若5＜n≤10，先使用5个环筋铺丝头对壳体模具铺放加工1次，然后再使用（n-5）个环筋铺丝头对剩余环筋进行铺放加工；若10＜n≤15，先使用5个环筋铺丝头对壳体模具铺放加工2次，然后再使用（n-10）个环筋铺丝头对剩余环筋进行铺放加工。

本发明的有益效果为：

本发明为了提高壳体网格结构纵环筋铺放加工效率，依据纵环筋的总数量对纵环筋铺丝头的铺放加工个数进行了相应配比，避免了纵筋铺丝头或环筋铺丝头在加工过程中的多次运动调整，减少了加工过程中主轴的旋转次数，减少铺放加工过程的人为干预行为，节省时间并提高了加工效率。

附图说明

图1为3个纵筋铺丝头同时铺放加工纵筋截面图(图1中数字1～10表示纵筋数量)；

图2为3个纵筋铺丝头同时铺放加工纵筋截面图(图2中数字1～11表示纵筋数量)；

图3为5个环筋铺丝头同时铺放加工纵筋截面图(图3中数字1～10表示环筋数量)。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

本实施例的一种基于纤维自动铺放的壳体网格结构纵环筋配比方法，包括以下步骤：

步骤1.将工装模具调整至纵筋加工工位，纵筋铺放加工沿壳体工装模具母线方向，铺放角度为0°。

步骤2.确定壳体工装模具的纵筋总数量，并选用3个纵筋铺丝头对纵筋进行同时铺放加工。如果纵筋总数量为2n（n≥1），选用3个纵筋铺丝头同时铺放加工，如图1，若最后存在一条未加工的纵筋，则采用1个纵筋铺丝头进行铺放加工；如果纵筋总数量为2n+1（n＞1），选用3个纵筋铺丝头同时铺放加工，如图2，若最后存在两条未加工的纵筋，则采用2个纵筋铺丝头进行铺放加工。

例如，在典型制件中，纵筋若为64根，调整纵筋加工的初始角度，选用3个纵筋铺丝头同时铺放加工，则最后会剩余一条未加工的纵筋，此时再采用1个纵筋铺丝头进行铺放加工，则直至纵筋加工完成时，主轴一共旋转22次。纵筋若为65根，调整纵筋加工的初始角度，选用3个纵筋铺丝头同时铺放加工，则最后会剩余两条未加工的纵筋，此时再采用2个纵筋铺丝头进行铺放加工，则直至纵筋铺放加工完成时，主轴一共旋转22次。

步骤3.将工装壳体模具调整至环筋加工工位，环筋铺放加工沿壳体工装模具圆周方向，铺放角度为90°。

步骤4.确定壳体工装模具的环筋总数量，并采用5个环筋铺丝头对环筋进行铺放加工，如图3。如果环筋总数量为n，若n≤5，采用n个环筋铺丝头进行铺放加工；若5＜n≤10，先采用5个环筋铺丝头对壳体模具铺放加工1次，然后再采用（n-5）个环筋铺丝头对剩余环筋进行铺放加工；若10＜n≤15，先采用5个环筋铺丝头对壳体模具铺放加工2次，然后再采用（n-10）个环筋铺丝头对剩余环筋进行铺放加工。

例如，在典型制件中，环筋为5根，采用5个环筋铺丝头对环筋进行铺放加工，则直至环筋铺放加工完成时，主轴旋转一共1次。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。