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图2-3重新送料方案二
1-挤压辊 2-送料辊 3-气缸 4-纤维束 5-步进电机
1）该方案的优点在于： 通过加料槽，纤维铺放头可以实现将预浸胶纤维束准确的铺放到芯模表面的某点位置。加料辊和挤压辊可以并排排列多组，亦即可以实现对多股纤维束的单独控制。 采用这种利用摩擦力的送料机构，纤维束的运动可以较为准确的得到控制，可以在准确的位置剪切纤维束。
2）该方案的缺点是：在送料辊前需要一段较长的加料槽，这样可能会导致预浸胶纤维束与加料槽槽壁粘连，纤维束不能前行。连杆铰链在气缸冲击力的作用下易松动，增加了设备维修、维护成本，但是由于薄型气缸的运动行程（8mm）小，各运动部件运动范围小，气缸的驱动能力有限，所以对连杆机构造成的冲击也是有限的，可以忽略。
总结：综合以上两种方案的优、缺点，根据本课题所要设计的铺放头的要求(要实现对4根纤维束的单独控制)，本课题采用第二种设计方案。 2.3.3剪切装置
在加工FRP构件的局部结构或者在结束一次缠绕铺放时，工艺要求将一股或多股预浸胶纤维束剪断，而为防止预浸胶纤维束因自身张力回退，需要在剪切运动完成的瞬间实现对预浸胶纤维束的夹紧。该运动是带有切刀的剪切机构接受控制系统的指令，在指定的位置剪断预浸胶纤维束。该机构的设计方案有以下两种：
方案一：气缸控制四连杆机构[5]形式，如图所示为由气缸和连杆构成的剪切机构，剪切枕块和连杆上带有剪切切刀。本方案中剪切结构运动类似于剪纸刀，气缸杆顶出，带有切刀的连杆和固定架啮合，将预浸胶纤维束剪断。
图2-4剪切机构方案
1-纤维束 2-剪切枕快 3-切刀 4-气缸
（1）该方案的优点是：这种结构比较简单，占用空间也不大，能够减小铺放头的体积。
（2）该方案的缺点是： a）预浸胶纤维束在枕块上方前行，而枕块上带有
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剪切切刀，所以会有可能刮伤纤维束。b）预浸胶纤维束被切断以后，在这种方案所设计的机构中很难实现对纤维束端部的瞬时夹紧。c）对连杆上的切刀和枕块上的切刀的配合要求很高，有时会出现纤维束别开切刀的情况。
方案二：气缸[6]控制切刀形式如图所示，采用气缸控制连杆机构，然后由连秆机构带动切刀运动,而切刀整个运动都在滑道内进行，在滑道的末端有一枕块，枕块内也有刀槽。当要进行剪切时，停止送料，预浸胶纤维束停止前行。气缸通过连杆控制切刀在滑道内向上运动，通过枕块上的刀槽将纤维束切断。在切断的同时可以利用刀尾部的压紧块将纤维束压在枕块上，以防止预浸胶纤维束因自身张力而产生回退现象。
图2-5剪切机构方案二
1-切刀枕板 2-纤维束 3-切刀 4-压紧块 5-切刀槽 6-气缸
(1)该方案的优点是： a)采用气缸带动切刀运动，可使切刀运动速度很快。b)可以很方便的实现在将预浸胶纤维束切断的同时将其压紧在枕块上。
(2)该方案的缺点是：同样对切刀和枕块的位置配合的要求很高，不能出现卡住的情况：另外整套机构所占的空间相对较大。
总结：根据上述两种方案的优、缺点，在本课题中需要对多股纤维束分别单独控制时可以采用方案二中提出的装置，可将其平行排列实现对多股纤维束的单独剪切／夹紧。 2.3.4 加热装置
加热装置是铺放系统中的一个重要装置，为了保证预浸胶纤维束的粘性，防止纤维中的树脂凝固及预浸胶纤维束的堆积，在施压运动前，要控制预浸胶纤维束的温度。温度过高会导致树脂过早固化；温度过低则会导致纤维铺层之间的粘性不好，从而使纤维铺层不能很好的粘连在芯模表面或铺层表面上。由于铺放头机构要去结构小巧，而且为了防止纤维束在送料槽中因温度过高与槽壁发生粘连
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而无法进行，所以可将加热装置安装在加压辊内部，可以在施压的同时对纤维束进行加热。 2.3.5夹紧装置
丝束在被切断前必须通过夹紧机构固定未切断部分，防止丝束在张力的作用下收回，同时保证丝束在切断时不受切断模块剪切分力的影响。要求夹紧机构动作迅速、工作可靠，产生的夹紧力能够牢固锁紧丝束。由以上分析，丝束切断动作的动力源可以选择气压缸、液压缸、电磁铁，而电机不太适合。比较三者可以看出，气压缸、液压缸属于一类，电磁铁属于另一类。考虑到介质清洁、控制方便，选择气压缸作为动力源。由于铺放头内部多路丝束各自独立控制，所以每路丝束的夹紧机构必须相互独立，不能共用，同时还要考虑机构体积的问题。丝束夹紧模块设计方案如图 2-5 a）所示，采用气缸 1 带动夹紧块 2 与丝束通道底板 5 配合直接将丝束 4 压紧的方式，夹紧块和底板在夹紧丝束位置使用F4（聚四氟乙烯）材质，防止丝束与夹紧块、底板粘结。
图2—5 丝束加紧模块方案
1—气缸 2—压紧块 3—丝束通道 4—丝束 5—丝束通道地板
该方案具有结构简单、占用空间小、夹紧动作迅速、可靠性高的优点。但气缸垂直于丝束运动方向放置，增加了铺放头的横向长度，在保证气缸推力的基础上，选择体积小的薄型气缸可以解决这个问题。由于没有采用增力机构，为了达到要求的夹紧力，必须选用大功率气缸，也可以使用两套图 2-5 a）所示的机构或者增加气缸数量的方法解决这个问题。 2.3.6辅助装置
辅助装置包括丝束导向装置、加热装置和施压装置，由于前两个装置机构简单，所以本节重点研究丝束施压装置。施压运动装置一般有压紧辊和压紧靴两种形式。
方案一：施压装置由气缸和压紧靴组成。如图所示，压紧靴是由多个气缸控
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制的压紧机构，它比较适用于加工大的平面。压紧靴是一个大的平面或凸面体，由多个气缸控制将纤维束压紧在芯模表面上。压紧靴和纤维束之间是滑动摩擦接触，而为了避免预浸胶纤维束的损伤，采用压紧靴机构时必须有保护膜将压紧靴和纤维束的接触面隔开，保护膜在施压结束后被收回。
图2-6施压装置方案一
（1）采用分段压紧靴的好处就是：它可以对多股纤维束分别施加不同的压紧力，实现单独控制的目的。
（2）缺点在于：压紧靴和预浸胶纤维束是滑动摩擦接触，在其接触面中间必须插入保护膜以保护纤维束不受损伤。这也势必要在铺放头内部添加收／放保护膜的一系列装置，这样就会增大铺放头机构的体积。而且会使铺放头内部的结构变得更为复杂。
方案二：施压装置由气缸和压紧辊组成。如图所示，在气缸的活塞杆端部带一个压紧辊子，通过压力控制阀调节施压压力。
图2-7施压装置方案二
采用压紧辊的好处是： 由于压紧辊是旋转运动，在加压时它与预浸胶纤维柬之间是滚动接触，这样在铺放时可以不必担心压紧机构对纤维束的损伤，也就不需要在压紧辊与纤维束表面之间插入保护膜，因而在铺放头内部也就不需要添
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加收／放保护膜装置， 这也节省了铺放头的内部空间。
总结：为尽可能的减轻纤维铺放头的体积和重量，降低铺放头内部机构的 复杂程度，我们采用第二种设计方案。
2.4张力控制器设计方案
铺放工艺要求每路丝束具有独立可控的张力，用于支持丝束铺放到制品表面。一般丝束张力不超过 0.23Kg，过大的张力会导致在凹曲面区域铺放时出现丝束架空的现象。一个理想的张力控制系统应保证张力稳定、可调。随着复合材料自动化制造技术的发展，丝束张力器大致经历了三个发展时期，即机械式张力器、电控式张力器和计算机控制式张力器。
（1）机械式张力器的优点是结构简单，制造容易，缺点是丝束张力值不能自动设置，控制精度低，回纱能力差。
（2）电控式张力器通常使用应变式力传感器实时检测丝束张力，并将张力值反馈给控制器（控制器是由电子元器件组成的模拟电子系统），控制器将丝束张力设定值与反馈值比较、校正后，输出控制信号驱动电机或电磁离合器，控制张力值在一定范围内。电控式张力器的回纱能力强，可自动调节张力值，控制精度比机械式张力器有所提高。但由于受外界环境的干扰，丝束的张力值容易波动。
（3）计算机控制式张力器使张力控制系统大大简化，可靠性更高，同时也为使用各种先进的控制方案提供了条件，使丝束张力的精确控制成为可能。计算机控制式张力器既可单独工作，又可同主机连接通讯，模块化程度高。因而，这种张力控制器得到广泛应用。通过对以上三种张力控制器的分析比较[63-65]，采用第三种方式设计铺放装置的张力控制器。如图 所示，本方案采用闭环控制方式，交流伺服电机作为张力执行元件，PLC 作为主控制器，张力传感器实时反馈丝束张力值，通过调节电机转速对丝束张力进行调整。由于铺放过程中丝束输送速度变化不大，因此设计了机械式的张紧装置，保证丝束始终处于绷直状态。闭环控制系统提高了张力控制精度。
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