本发明属于树脂基复合材料成型装置，具体涉及一种环形多丝束纤维缠绕复合材料成型装置。
背景技术：
1、树脂基纤维增强复合材料具有极高的强度重量比、刚度重量比、耐腐蚀、抗疲劳且具有良好的可设计性，已经在航空航天、船舶制造、汽车等军民用领域获得了广泛应用。树脂基纤维增强复合材料制品成本和性能，与其成型工艺方式紧密相关，其中纤维缠绕成型工艺制造复合材料制品具有良好的力学性能。纤维缠绕是火箭发动机尾喷、燃料贮箱、储氢压力容器、油气输送管道、高性能复合材料传动轴以及电磁轨道炮炮管等重要结构件的主要成型工艺方式。
2、然而，由于传统纤维缠绕工艺，由于需要吐丝嘴绕旋转芯模运动获得复合材料之制品，主要用于旋转对称的构件制造。由于传统纤维缠绕工艺，一次缠绕丝束数目较少，严重降低成型效率。
3、此外，对于飞机s型进气道、油气管道连接所用弯头等非对称复合材料构件。采用传统纤维缠绕成型工艺时，对于非对称型构件，其芯模旋转时轨迹具有空间非对称性，导致缠绕机构的吐丝嘴和芯模之间配合运动的轨迹极其复杂，成型效率严重降低、成本骤升。
4、基于此，提出了一种环形多丝束纤维缠绕复合材料成型装置。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种环形多丝束纤维缠绕复合材料成型装置，能实现多丝束环向与螺旋缠绕，并且多丝束环形缠绕装置可沿芯模芯轴运动，可大幅简化非对称构件的缠绕轨迹控制难度，从而提高复合材料缠绕制品成型效率，以解决上述背景技术中提出的问题。
2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种环形多丝束纤维缠绕复合材料成型装置，包括多轴运动机构、连接支座、机座、多丝束环形缠绕机构和静态缠绕芯模支架；
3、所述机座通过连接支座与多轴运动机构固定连接，所述机座的正面和反面分别安装有多丝束环形缠绕机构，所述多丝束环形缠绕机构由环形运动机构和多丝束放卷机构组成，所述环形运动机构通过螺栓与机座固定连接，所述多丝束放卷机构通过螺栓与环形运动机构固定连接；
4、通过所述多轴运动机构驱动多丝束环形缠绕机构沿着静态芯模的中心轴线实现三维空间扫描运动，实现复合材料纤维的正负交替角度缠绕。
5、作为本发明的进一步说明，所述多轴运动机构为六轴工业机器人或安装在重载地轨上的六轴工业机器人，安装在重载地轨上的六轴工业机器人能在外部轴电机驱动下沿重载地轨轴向运动，扩大多轴运动机构的运动范围，能提高多丝束环形缠绕机构的工作行程。
6、作为本发明的进一步说明，所述环形运动机构由环形导轨、带有滚轮或滚珠的滑块、中空大齿轮、驱动机构、小齿轮组成，所述滑块安装在机座的安装槽内，环形导轨与滑块接触并保持滑块与环形导轨之间相对运动，环形导轨与滑块组成环形运动机构的回转支承，所述驱动机构包括伺服电机、减速机和第一连接法兰，所述伺服电机输出轴与减速机的输入孔固定连接，所述减速机通过第一连接法兰固定在机座之上，所述小齿轮安装在减速机的输出轴上，且所述小齿轮与中空大齿轮之间啮合，在伺服电机的驱动下实现大齿轮与环形导轨绕机座或静态芯模的中心进行转动。
7、作为本发明的进一步说明，所述多丝束纤维放卷机构包括大型中空导电滑环、安装底板、安装立板、安装顶板、放卷机构和丝束导向系统组成；
8、其中大型中空导电滑环与安装底板安装底板之间通过螺栓或定位销进行紧固连接，安装底板和安装顶板上设置安装槽和安装螺纹孔，安装立板安装在安装底板和安装顶板的安装槽内并通过螺栓紧固，将安装底板和安装顶板连接成为一体，多丝束纤维放卷机构与纤维丝束导向系统通过螺栓与安装顶板之间紧固连接；
9、所述大型中空导电滑环由导电滑环静止端密封盖、导电滑环静止端、导电滑环运动端和导电滑环运动端密封盖组成，导电滑环静止端密封盖和导电滑环运动端密封盖都设置有中心大型通孔，从而方便芯模穿过多丝束纤维缠绕机构实现纤维沉积；
10、所述导电滑环静止端和导电滑环运动端分别采用pcb印制电路板制成，所述导电滑环静止端表面设置有径向均匀间隔的环形印制导线，导电滑环运动端表面设置有至少两处的印制电刷；
11、所述导电滑环静止端与导电滑环静止端密封盖固定连接，所述导电滑环运动端与导电滑环运动端密封盖固定连接；所述导电滑环静止端密封盖与机座固定连接；所述导电滑环运动端密封盖与安装底板之间固定连接，所述导电滑环静止端与导电滑环运动端之间紧密接触，通过轴向设置压紧弹簧控制导电滑环静止端与导电滑环运动端之间的接触力；
12、所述放卷机构由张力控制执行元件、第二连接法兰、纤维丝束纸筒安装轴、张力传感器和张力控制仪表系统组成，所述张力控制执行元件具体为磁粉制动器或伺服电机，所述张力控制执行元件与纤维丝束纸筒安装轴之间通过键进行连接，所述张力控制执行元件通过第二连接法兰与安装顶板固定连接，所述张力传感器键合连接在纤维丝束导向系统内，并且通过导向系统安装板连接在导向轮安装支架上，所述张力传感器实时检测缠绕成型过程中的张力值，并输出到张力控制仪表系统，张力仪表系统输出信号控制张力控制执行元件提供阻力矩，实现复合材料缠绕成型过程的张力闭环控制；
13、所述的纤维丝束导向系统包括无动力导向滚筒、导向轮安装支架、导向轮系统、无动力导向滚筒支座、导向系统安装板和丝束末端导向系统组成。通过螺纹孔将无动力滚轮导向滚筒与无动力导向滚筒支座紧固连接，所述无动力导向滚筒支座与导向系统安装板通过螺栓紧固连接；所述导向轮安装支架通过紧固件与导向系统安装板紧固连接，所述导向系统安装板与安装顶板之间通过螺栓紧固连接；所述导向轮系统包含至少三个可自由转动的导向轮和导向轮安装板，导向轮安装板与导向轮安装支架通过螺栓紧固连接。
14、作为本发明的进一步说明，所述多丝束环形缠绕机构由驱动机构驱动实现正转和反转。
15、作为本发明的进一步说明，所述大型中空导电滑环安装后导电滑环静止端密封盖与导电滑环运动端密封盖设置有间隙，导电滑环静止端密封盖与导电滑环运动端密封盖均为环形槽形式，在导电滑环静止端密封盖设置有多个清洁空气接口，并在导电滑环运动端密封盖内部设置有空气增压叶片，所述空气增压叶片随环形运动机构旋转，从而阻碍外部粉尘进入内部，防止大型中空导电滑环短路。
16、作为本发明的进一步说明，所述丝束末端导向系统为第一末端导向系统、第二末端导向系统或第三末端导向系统中的一个。
17、作为本发明的进一步说明，所述第一末端导向系统包括陶瓷过线圈、导向轮和安装支座，第一末端导向系统通过螺栓与导向轮安装支架紧固连接，所述陶瓷过线圈通过过盈配合或粘接方式与安装支座固定连接，导向轮与安装支座通过螺栓紧固连接，复合材料纤维丝束经由无动力导向滚筒导向经过导向轮系统后再次由导向轮导向，穿过陶瓷过线圈后缠绕在静态芯模之上。
18、作为本发明的进一步说明，所述第二末端导向系统包括支架和中心支承圆筒，所述中心支承圆筒上均匀间隔设置多个陶瓷过线孔，陶瓷过线孔中设置陶瓷过线圈，通过陶瓷过线圈减小纤维丝束磨损。
19、作为本发明的进一步说明，所述第三末端导向系统包括安装支架、滚轮支架、并排导向滚轮和轴向转动支架，所述安装支架与导向轮安装支架固定连接，安装支架与导向轮安装支架之间进行固定连接，所述并排导向滚轮包含至少四个自由转动的滚轮，所述并排导向滚轮中心轴通过螺栓固定在安装支架上的安装槽内，所述安装支架的低端和顶端设置有同心固定圆轴，并与轴向转动支架的轴向转动支架进行配合连接，复合材料纤维丝束经由无动力导向滚筒导向后经过导向轮系统，再次由第三末端导向系统最终缠绕在静态芯模之上，所述第三末端导向系统在纤维丝束的滚动摩擦力作用和缠绕张力的作用下能进行轴向自适应转动，防止纤维丝束过度扭曲或磨损。
20、本发明与现有技术相比具有以下优点：
21、1、本发明可同时实现多丝束纤维缠绕，相对于传统纤维缠绕机构可提升纤维缠绕复合材料的成型效率。
22、2、本发明的技术方案无需芯模旋转，缠绕机构可沿静态芯模中心进行空间扫描运动和环向转动，实现了芯模与缠绕机运动解耦，大幅简化了非对称构件的成型轨迹控制难度，可提高s型进气道、油气管道连接所用弯头等非对称复合材料构件的成型效率和制品质量。
23、3、本发明的成型装置进行复合材料构件成型时，芯模可保持静止，可在复合材料成型过程采用石蜡、泡沫等轻质低强度材料，可以减轻芯模质量，降低工艺难度和成本，特别适用于需要采用低强度的可去除芯模的v型无内衬复合材料缠绕压力容器的缠绕成型。
1.一种环形多丝束纤维缠绕复合材料成型装置，其特征在于：包括多轴运动机构(1)、连接支座(2)、机座(3)、多丝束环形缠绕机构(4)和静态缠绕芯模支架(5)；
2.根据权利要求1所述的一种环形多丝束纤维缠绕复合材料成型装置，其特征在于，所述多轴运动机构(1)为六轴工业机器人(11)或安装在重载地轨(12)上的六轴工业机器人(11)，安装在重载地轨(12)上的六轴工业机器人(11)能在外部轴电机(13)驱动下沿重载地轨轴向运动，扩大多轴运动机构(1)的运动范围，能提高多丝束环形缠绕机构(4)的工作行程。
3.根据权利要求1所述的一种环形多丝束纤维缠绕复合材料成型装置，其特征在于，所述环形运动机构(41)由环形导轨(411)、带有滚轮或滚珠的滑块(412)、中空大齿轮(413)、驱动机构(414)、小齿轮(415)组成，所述滑块(412)安装在机座(3)的安装槽内，环形导轨(411)与滑块(412)接触并保持滑块(412)与环形导轨(411)之间相对运动，环形导轨(411)与滑块(412)组成环形运动机构(41)的回转支承，所述驱动机构(414)包括伺服电机(4141)、减速机(4142)和第一连接法兰(4143)，所述伺服电机(4141)输出轴与减速机(4142)的输入孔固定连接，所述减速机(4142)通过第一连接法兰(4143)固定在机座(3)之上，所述小齿轮(415)安装在减速机(4142)的输出轴上，且所述小齿轮(415)与中空大齿轮(413)之间啮合，在伺服电机(4141)的驱动下实现大齿轮(413)与环形导轨(411)绕机座(3)或静态芯模(9)的中心进行转动。
4.根据权利要求3所述的一种环形多丝束纤维缠绕复合材料成型装置，其特征在于，所述多丝束纤维放卷机构(42)包括大型中空导电滑环(421)、安装底板(422)、安装立板(423)、安装顶板(424)、放卷机构(425)和丝束导向系统(426)组成；
5.根据权利要求4所述的一种环形多丝束纤维缠绕复合材料成型装置，其特征在于，所述多丝束环形缠绕机构(4)由驱动机构(414)驱动实现正转和反转。
6.根据权利要求4所述的一种环形多丝束纤维缠绕复合材料成型装置，其特征在于，所述大型中空导电滑环(421)安装后导电滑环静止端密封盖(4211)与导电滑环运动端密封盖(4214)设置有间隙，导电滑环静止端密封盖(4211)与导电滑环运动端密封盖(4214)均为环形槽形式，在导电滑环静止端密封盖(4211)设置有多个清洁空气接口(42111)，并在导电滑环运动端密封盖(4214)内部设置有空气增压叶片(42141)，所述空气增压叶片(42141)随环形运动机构旋转，从而阻碍外部粉尘进入内部，防止大型中空导电滑环(421)短路。
7.根据权利要求4所述的一种环形多丝束纤维缠绕复合材料成型装置，其特征在于，所述丝束末端导向系统为第一末端导向系统(42661)、第二末端导向系统(42662)或第三末端导向系统(42663)中的一个。
8.根据权利要求7所述的一种环形多丝束纤维缠绕复合材料成型装置，其特征在于，所述第一末端导向系统(42661)包括陶瓷过线圈(426612)、导向轮(426611)和安装支座(426613)，第一末端导向系统(42661)通过螺栓与导向轮安装支架(4262)紧固连接，所述陶瓷过线圈(426612)通过过盈配合或粘接方式与安装支座(426613)固定连接，导向轮(426611)与安装支座(426613)通过螺栓紧固连接，复合材料纤维丝束经由无动力导向滚筒(4261)导向经过导向轮系统(4263)后再次由导向轮(426612)导向，穿过陶瓷过线圈(426612)后缠绕在静态芯模之上。
9.根据权利要求7所述的一种环形多丝束纤维缠绕复合材料成型装置，其特征在于，所述第二末端导向系统(42662)包括支架(426621)和中心支承圆筒(426622)，所述中心支承圆筒(426622)上均匀间隔设置多个陶瓷过线孔(426623)，陶瓷过线孔(426623)中设置陶瓷过线圈，通过陶瓷过线圈减小纤维丝束磨损。
10.根据权利要求7所述的一种环形多丝束纤维缠绕复合材料成型装置，其特征在于，所述第三末端导向系统(42663)包括安装支架(426631)、滚轮支架(426632)、并排导向滚轮(426633)和轴向转动支架(426634)，所述安装支架(426631)与导向轮安装支架(4262)固定连接，安装支架(426631)与导向轮安装支架(4262)之间进行固定连接，所述并排导向滚轮(426633)包含至少四个自由转动的滚轮，所述并排导向滚轮(426633)中心轴通过螺栓固定在安装支架上(426632)的安装槽内，所述安装支架(426631)的低端和顶端设置有同心固定圆轴，并与轴向转动支架(426634)的轴向转动支架进行配合连接，复合材料纤维丝束经由无动力导向滚筒(4261)导向后经过导向轮系统(4263)，再次由第三末端导向系统(42663)最终缠绕在静态芯模之上，所述第三末端导向系统(42663)在纤维丝束的滚动摩擦力作用和缠绕张力的作用下能进行轴向自适应转动，防止纤维丝束过度扭曲或磨损。
