1、课题来源与背景： 课题来源国家数控重大专项项目；背景，随着航空航天事业和大飞机项目的迅速发展，复合材料的应用和铺放技术的发展得到突飞猛进的提升。复合材料自动铺放技术由于具有成型效率高、自动化程度高等特点，特别适合于大尺寸和复杂构件的制造。由于复合材料纤维丝可以不受模具曲率的限制，能实现大曲率或双曲率的铺放，并且铺放过程中随时调整丝束的宽度，灵活性高，自动铺丝将是今后主要发展的趋势。 2、研究目的与意义： 目前发达国家的自动纤维铺放技术也已经成熟，达到了工业应用水平。而国内的铺放技术和铺放设备起步晚，同时受西方技术上的封锁，大部分研究机构处于铺放样机的设计与研制阶段。现阶段国内纤维铺放设备主要存在以下缺点：（1）铺放设备体积大、质量重，机动性差；（2）铺丝头布局不够合理，铺放效率低；（3）剪切与从送结构配合差，很难保证质量；（4）控制系统落后，铺放速度调节范围小。 基于现阶段国内铺放技术的发展要求，本课题在国家"高档数控机床与基础制造装备"科技重大专项课题的支持下，设计开发了纤维自动铺丝机及控制系统设计，按照8路丝束的要求对各控制运动轴进行控制，可实现铺放过程中不停机高效剪切及重送功能，最后进行相关的铺放实验。 3、主要论点与论据： 自动纤维铺丝机主要有铺丝头、丝束架、法兰连接组件、床身、工作台面等构成。其中，铺放头包括压紧机构、楔形体、加热模块、楔形体连接框、两个剪切机构、两个重送机构、两个夹紧机构和多个快速装拆机构。丝束架包括圆盘、张力控制机构、收膜机构和丝束导向机构，而床身类似于龙门铣床的设计，有立柱、横梁、导轨支撑面和滑枕等。为了使纤维铺丝机能够按照既定轨迹进行纤维铺放，除了机械结构外，还需要与之匹配的控制系统。根据纤维铺丝机的设计要求和各个运动部件之间的关系，可将铺丝机的控制系统大致为铺丝头控制系统、丝束架控制系统、床身运动控制系统三大部分。 4、创见与创新： 实现4束纤维丝的传送、导向、夹紧、切断、重送、加热、压实等功能，达到顺畅切割纤维带，不出现短带、缺带等现象，能实现4轴联动，可以实现一些曲面类零件及变角度铺放，最大铺放速度可达20m/min以上，具有很高的铺放效率；结构特点：采用龙门架结构作为纤维铺放机的机身，结构稳定，使得自动纤维铺放机静力学性能及动态性能得到了大幅度的提升。 5、社会经济效益，存在的问题： 未来几年中国高端装备制造业将进入高速成长期，预计到2018年，我国高端装备制造业销售收入超过8万亿元，在装备制造业中的占比提高到16%；至2020年，高端装备制造产业销售收入在装备制造业中的占比提高到25%，高端装备制造业将有望成为国民经济的支柱产业。存在问题：项目研究尽管取得了一定的研究成果，但理论研究部分对铺放工艺部分研究可以继续深入研究，以提高铺放效率和准确性。 6、历年获奖情况： 无 7、成果简介： 设计完成的自动铺丝机主要由铺丝头、丝束架、法兰连接组件、龙门架及工作台面组成，自动铺放头所能够实现的功能有：纤维丝/预浸带的传送、导向、夹紧、切断、重送、加热、压实等功能。加热、压实功能的实现及铺放头的轻量化设计，实现4束纤维丝的传送、导向、夹紧、切断、重送、加热、压实等功能。并建立了纱架与铺丝头一体化结构的三维模型，搭建完成了铺丝头试验台控制系统，研制铺丝头实验台并进行了相关铺放实验。 在齐齐哈尔市科技局主持下，对齐齐哈尔大学承担的齐齐哈尔市工业攻关科技计划项目《纤维铺放头设备关键技术研究及应用》进行了鉴定。鉴定委员会听取了项目组汇报，审查了鉴定材料，经过质疑、讨论，形成鉴定意见如下： 1. 课题组提交的技术资料齐全，完成了合同书的各项指标，符合鉴定要求。 2. 该课题组根据复合材料铺放成型技术的特点，提出并完成了自动铺丝机，主要由铺丝头、丝束架、法兰连接组件、龙门架及工作台面组成，铺丝头能够同时铺放8路纤维丝束，质量仅为6.28kg。设计完成的4丝束纱架体积小巧，丝束路径简单，适于与龙门架连接，龙门架结构稳定。 3. 自动铺放头所能够实现的功能有：纤维丝/预浸带的传送、导向、夹紧、切断、重送、加热、压实等功能。加热、压实功能的实现及铺放头的轻量化设计，实现4束纤维丝的传送、导向、夹紧、切断、重送、加热、压实等功能。并建立了纱架与铺丝头一体化结构的三维模型，搭建完成了铺丝头试验台控制系统，研制铺丝头实验台并进行了相关铺放实验。具有较大的技术经济指导意义，同时为促进我国铺放成型技术的发展提供参考，该课题研究具有明显的工程实用性和技术指导价值。 综上所述，鉴定委员会一致认为：该项技术成果达到了国内领先水平。 建议：课题经过前期的研究，已取得一定的研究成果，希望课组研究人员继续深入研究，对基于复合材料铺放成型工艺进行分析，为其更好的市场应用提供参考。

齐齐哈尔大学

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