高端自動鋪帶機(jī)和鋪絲機(jī)(ATL/AFP)的狀況

高端自動鋪帶機(jī)/自動鋪絲機(jī)（ATL/AFP）已成為現(xiàn)代大型飛機(jī)制造的關(guān)鍵設(shè)備。最近幾年在其得到持續(xù)快速發(fā)展與更廣泛工業(yè)應(yīng)用的過程中，涌現(xiàn)出新的技術(shù)概念，一批新型ATL/AFP機(jī)床得以面世。本文將聚焦高端ATL/AFP機(jī)床的最新發(fā)展趨勢。 

自動鋪帶機(jī)/自動鋪絲機(jī)ATL/AFP的發(fā)展 

具有高強(qiáng)度低密度特性的復(fù)合材料（Composites，下文簡稱復(fù)材）取代傳統(tǒng)鋁合金材在現(xiàn)代大型飛機(jī)結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)制造中得到了廣泛應(yīng)用，并已漸成為現(xiàn)代大型飛機(jī)的主結(jié)構(gòu)用材。如波音787“夢想” 大型客機(jī)和空客A350 XWB寬體客機(jī)復(fù)材用材重量比都已超過了50%。這種趨勢仍在持續(xù)發(fā)展，據(jù)預(yù)測到2015-2020 年將達(dá)70%-80%。一些具有創(chuàng)新性的全復(fù)材或準(zhǔn)全復(fù)材機(jī)身構(gòu)件的無人機(jī)、直升機(jī)和商務(wù)機(jī)已研制成功，釆用復(fù)材作為主結(jié)構(gòu)件的飛機(jī)時(shí)代已經(jīng)來臨。  123456

在現(xiàn)代大型飛機(jī)批量生產(chǎn)中，用於復(fù)材整體構(gòu)件制造的自動鋪帶機(jī)ATL/自動鋪絲機(jī)AFP則成為關(guān)鍵設(shè)備。20世紀(jì)90年代末本世紀(jì)初（2001年）前，基本上僅有美國Cincinnati機(jī)床公司和Ingersoll公司能向航空飛機(jī)制造業(yè)提供大型ATL/AFP機(jī)床，美國ADC（Automated Dynamics Corp.）公司能夠提供AFP機(jī)床。最近10多年來，航空飛機(jī)制造業(yè)對自動化復(fù)材構(gòu)件制造技術(shù)的迫切需求推動了ATL/AFP機(jī)床得到長足發(fā)展和更廣泛工業(yè)應(yīng)用。但是和金切數(shù)控機(jī)床相比，能向航空飛機(jī)制造業(yè)提供ATL/AFP機(jī)床的制造商仍然極為有限。 

最近3~5年，一些復(fù)材構(gòu)件鋪放設(shè)備制造商推出了一些具有創(chuàng)新性的ATL/AFP機(jī)床，提出了一些新技術(shù)概念，推動著ATL/AFP機(jī)床持續(xù)發(fā)展與進(jìn)步。ATL/AFP機(jī)床這種發(fā)展新趨勢在技術(shù)層面上看，主要表現(xiàn)為：高速/高生產(chǎn)率鋪放機(jī)床；多鋪放頭集成復(fù)合鋪放機(jī)床；熱塑性纖維鋪放機(jī)床；商用機(jī)器人平臺鋪放機(jī)床；ATL-AFP混合鋪放機(jī)床；多機(jī)鋪放生產(chǎn)環(huán)境。 

目前，對ATL/AFP機(jī)床技術(shù)發(fā)展最主要的目標(biāo)是提高鋪放生產(chǎn)率和降低設(shè)備費(fèi)用，且主要呈現(xiàn)在兩個(gè)不同發(fā)展方向以適應(yīng)兩種不同復(fù)材構(gòu)件鋪放應(yīng)用領(lǐng)域需求：  123456

（1）用於航空飛機(jī)制造業(yè)的大型復(fù)雜復(fù)材整體構(gòu)件鋪放的高端ATL/AFP機(jī)床，進(jìn)一步向大型化、高速化、自動化和集成復(fù)合化方向發(fā)展，以提供高生產(chǎn)率、高自動化、高性能和寬鋪放應(yīng)用范圍的ATL/AFP機(jī)床。本文將對此做詳細(xì)介紹與討論。 

（2）面向具體應(yīng)用的中小型復(fù)材整體構(gòu)件鋪放機(jī)床朝著模塊化、自動化、恰好規(guī)模和柔性化方向發(fā)展，以提供高生產(chǎn)率、高自動化、低費(fèi)用和有限鋪放應(yīng)用范圍的ATL/AFP機(jī)床。有關(guān)這種低費(fèi)用適應(yīng)型ATL/AFP機(jī)床本文不作討論。 

高端ATL/AFP機(jī)床趨向大型化與高效化  copyright 123456

現(xiàn)代大型飛機(jī)主結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)制造已越來越多釆用復(fù)材整體構(gòu)件已是明顯發(fā)展趨勢，并已從大型機(jī)翼長梁、蒙皮壁板等相對簡單復(fù)材構(gòu)件發(fā)展到大型飛機(jī)整體筒殼機(jī)身段及中小型飛機(jī)整體筒殼機(jī)身等復(fù)材構(gòu)件，且構(gòu)件尺寸越來越大，整體結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜。 

為適應(yīng)航空飛機(jī)制造業(yè)這種實(shí)際發(fā)展需求，諸如Cincinnati、Ingersoll和Forest-line公司等一些大型數(shù)控機(jī)床制造商借助其在大型數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的優(yōu)勢，最近幾年都紛紛推出其配有高鋪放進(jìn)給率鋪放頭的新一代大型高端（High level）ATL/AFP機(jī)床，其結(jié)構(gòu)尺寸越來越趨向大型化。 

美國MAG Cincinnati機(jī)床公司的CHARGER系列ATL機(jī)床和Viper1200/3000/4000/6000系列AFP機(jī)床發(fā)展歷程可作為這種趨向大型化發(fā)展的典型實(shí)例。圖1為MAG Cincinnati公司和MTorres公司兩款高端大型ATL機(jī)床；圖2左為Hawker Beechcraft（豪客比奇）公司應(yīng)用Cincinnati公司Viper AFP機(jī)床鋪放制造豪客4000超中型級別公務(wù)機(jī)復(fù)材機(jī)身整體構(gòu)件情況，機(jī)身最大直徑已超過2m。據(jù)報(bào)道，目前豪客4000公務(wù)機(jī)的訂單已超過了100架。MAG Cincinnati公司最新Viper 6000 AFP機(jī)床鋪放復(fù)材整體筒形構(gòu)件直徑可達(dá)6.3m，驅(qū)動心模重量達(dá)86.3t。

 

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法國Forest-line公司和西班牙MTorres公司新近推出的AFP機(jī)床可作為高端AFP機(jī)床大型化的另一典型實(shí)例。 

圖3左為法國Forest-line公司2007年推出的高端大型AFP機(jī)床FPH ATLAS，主要用於大型飛機(jī)機(jī)身段復(fù)材構(gòu)件和類似零件鋪放制造，并可適應(yīng)半徑達(dá)1m以上的內(nèi)曲面（凹模）構(gòu)件的鋪放加工。據(jù)稱其特別設(shè)計(jì)的緊奏型熱固性鋪絲頭，維護(hù)方便，使用6.35mm束寬32束或12.7mm束寬24束纖維束料，允許最短鋪放纖維長度僅80mm，鋪放進(jìn)給速度達(dá)60m/min（直線電機(jī)驅(qū)動）。

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圖3右為西班牙MTorres公司新推出的高端大型AFP機(jī)床TORRESFIBERLAYUP，用於A350 XWB機(jī)翼前/後梁和15段機(jī)身復(fù)材整體構(gòu)件制造，緊奏型熱固性鋪絲頭可配置使用3.2mm、6.35mm或12.7mm束寬32束纖維束料，鋪放速度達(dá)60 m/min，最高鋪放生產(chǎn)率可達(dá)45-50kg/hr。Forest-line公司和MTorres公司這兩款高端大型AFP機(jī)床總體結(jié)構(gòu)都可根據(jù)實(shí)際需求，或者說根據(jù)復(fù)材零件結(jié)構(gòu)需要而設(shè)計(jì)為立柱移動式的，并可帶或不帶臥式轉(zhuǎn)臺驅(qū)動結(jié)構(gòu)，或者設(shè)計(jì)為龍門橫梁移動式結(jié)構(gòu)。 

目前，用於航空飛機(jī)復(fù)材構(gòu)件制造領(lǐng)域的高端ATL/AFP機(jī)床發(fā)展除其趨向更加大型化外，并出現(xiàn)如下若乾發(fā)展新趨勢： 

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（1）大型ATL機(jī)床多趨於釆用低軌龍門移動結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以取得更佳開放性，多設(shè)計(jì)有可選擇配置不同規(guī)格（寬帶或窄帶）的鋪帶頭，以實(shí)現(xiàn)鋪放構(gòu)件復(fù)雜度與生產(chǎn)率兩者得以兼顧； 

（2）大型AFP機(jī)床多設(shè)計(jì)配置有緊奏型熱固性鋪絲頭，通過可選擇的“窄帶多束”或“寬帶少束”鋪絲頭配置以滿足不同用戶需求，實(shí)現(xiàn)鋪放生產(chǎn)率與制造構(gòu)件復(fù)雜度兩者得以兼顧；  copyright 123456

（3）大型ATL/AFP機(jī)床進(jìn)給高速化（50~60m/min），以取得高鋪放生產(chǎn)率（25~50kg/hr）； 

（4）大型AFP機(jī)床多數(shù)設(shè)計(jì)有專用纖維束經(jīng)軸架輔助裝置； 

大型ATL/AFP鋪放機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通常是考慮到被鋪放零件的實(shí)際結(jié)構(gòu)類型和尺寸大小，一般為高專用性設(shè)備，盡管它仍具有一定寬的應(yīng)用范圍； 

現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的多主軸加工、加工單元以及復(fù)合加工等技術(shù)概念被擴(kuò)展應(yīng)用到ATL/AFP機(jī)床上，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提高其鋪放生產(chǎn)率。 
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在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造領(lǐng)域，用復(fù)合材料制造的大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備螺旋槳葉片的巿場需求急速增長，且隨著發(fā)電功率的增大，所需的風(fēng)機(jī)槳葉尺寸也越來越大，其長度可達(dá)30~50m。人們對大型螺旋槳葉復(fù)材整體構(gòu)件的鋪放制造需求也是促進(jìn)ATL/AFP鋪放設(shè)備趨於大型化發(fā)展的另一個(gè)推動力。圖4所示為美國Entec公司制造的用於大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備螺旋槳葉復(fù)材構(gòu)件鋪放加工的低軌龍門結(jié)構(gòu)復(fù)材鋪放機(jī)床和用戶化定制的專用復(fù)材鋪放機(jī)床。

 

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集成復(fù)合化ATL/AFP機(jī)床成為新趨勢 

ATL/AFP機(jī)床高鋪放生產(chǎn)率對實(shí)現(xiàn)復(fù)材構(gòu)件批量生產(chǎn)和提高用戶投資回報(bào)率（ROI）是至關(guān)重要的。對一個(gè)具體ATL/AFP鋪放機(jī)床而言，通常很難對所有復(fù)材構(gòu)件的制造中使高鋪放生產(chǎn)率與制造復(fù)材構(gòu)件復(fù)雜度兩者得到兼顧，導(dǎo)致用戶往往需要購置不同規(guī)格鋪放頭的ATL/AFP機(jī)床。對用戶而言，這不僅意味著要增加很大設(shè)備費(fèi)用的負(fù)擔(dān)，而且還意味著要消耗更多的能源、占用更多的車間場地和維護(hù)費(fèi)用。 

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實(shí)際上，ATL/AFP機(jī)床的鋪放制造能力在很大程度上取決於其鋪放頭的功能與性能，如何在提高ATL/AFP機(jī)床鋪放生產(chǎn)率同時(shí)又?jǐn)U展制造復(fù)材構(gòu)件適用范圍則是航空飛機(jī)制造業(yè)所迫切希望的。為此，復(fù)材構(gòu)件鋪放設(shè)備制造商將現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的多主軸加工、加工單元以及復(fù)合加工等技術(shù)概念擴(kuò)展應(yīng)用到ATL/AFP機(jī)床上，通過集成復(fù)合化鋪放工藝技術(shù)以進(jìn)一步提高復(fù)材構(gòu)件鋪放生產(chǎn)率，并已成為大型ATL/AFP機(jī)床發(fā)展一種新趨勢。 

1.多鋪帶頭ATL機(jī)床 

對ATL機(jī)床，解決制造復(fù)材構(gòu)件復(fù)雜度與鋪放生產(chǎn)率兼顧的一種簡單方法是：將不同規(guī)格的鋪帶頭集成在一起形成一種復(fù)合化鋪帶頭，取代傳統(tǒng)多臺ATL機(jī)床，使一臺ATL機(jī)床就能實(shí)現(xiàn)多種帶寬鋪帶工藝并可取得滿意的高鋪放生產(chǎn)率。FOREST-LINE公司推出的雙鋪帶頭結(jié)構(gòu)的ATLAS鋪帶機(jī)可作為這類機(jī)床一種典型實(shí)例。 

該公司雙鋪帶頭ATL機(jī)床，同時(shí)配置了一個(gè)單工序鋪帶頭和一個(gè)雙工序鋪帶頭，前者可直接用於鋪放制造構(gòu)件簡單輪廓外形的區(qū)域，使用寬300mm帶料，後者則可用於鋪放制造構(gòu)件復(fù)雜輪廓外形的區(qū)域，使用寬150mm帶料，實(shí)現(xiàn)了“雙鋪帶工藝”的集成復(fù)合化，兩個(gè)鋪帶頭可交替工作，見圖5左半所示。

 

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該ATLAS鋪帶機(jī)XYZ三軸驅(qū)動均釆用直線電機(jī)，X軸行程可達(dá)40m、Y軸（高架龍門內(nèi)寬）8m，重25t龍門移動速度可達(dá)到60m/min，加速度1.5m/s2，寬300mm帶料卷盤盒容量可擴(kuò)展到800-900m，并具有高度復(fù)雜的切割功能以適應(yīng)大型飛機(jī)復(fù)雜復(fù)材構(gòu)件制造，確保飛機(jī)結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)重量要求。實(shí)際上，這種雙鋪帶頭的ATLAS鋪帶機(jī)，配合FOREST-LINE公司ACCESS機(jī)床(用於150mm帶料預(yù)先剪裁)可快速實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜形狀復(fù)材構(gòu)件的快速層鋪制造。和該公司單鋪帶頭的ATL機(jī)床相比，用於大型機(jī)翼復(fù)材構(gòu)件的層鋪制造可提高鋪放生產(chǎn)率2~4倍。 

日本三菱重工（MHI）從Forest-Line公司購置了4臺雙鋪帶頭ATLAS鋪帶機(jī)，2臺ACCESS機(jī)床，用於波音787客機(jī)機(jī)翼上下翼面復(fù)材蒙皮壁板層鋪制造，壁板長36.5m，最寬處6.5m，為雙曲率復(fù)材整體構(gòu)件。日本富士重工（FHI）也從Forest-Line公司購置了1臺雙鋪帶頭ATLAS鋪帶機(jī)，1臺ACCESS機(jī)床，用於波音787客機(jī)復(fù)材翼盒層鋪制造。  123456

北京航空制造工程研究所和法國FOREST-LINE公司合作正在研制這種“雙鋪帶頭”的大型ATL機(jī)床，用於大型復(fù)材構(gòu)件開發(fā)研究，目前已基本完成調(diào)試，即將投入實(shí)際使用。 

西班牙MTORRES 公司則釆用和上述不同的技術(shù)途徑來實(shí)現(xiàn)鋪放制造零件復(fù)雜度與高鋪放生產(chǎn)率兩者良好兼顧：通過將傳統(tǒng)大型ATL機(jī)床單帶結(jié)構(gòu)的鋪帶頭改成釆用多帶結(jié)構(gòu)的鋪帶頭（見圖5右），并應(yīng)用於A350客機(jī)機(jī)翼制造。該多帶結(jié)構(gòu)鋪帶頭允許裝載4×75mm寬帶料，其鋪放生產(chǎn)率和裝載單一300mm寬帶料鋪帶頭一樣，但由於每條帶料均可單獨(dú)控制，因此多帶鋪帶頭可鋪放制造輪廓更為復(fù)雜的復(fù)材構(gòu)件。這種多帶結(jié)構(gòu)鋪帶頭也可裝載2條150mm寬帶料。 

實(shí)際上，MTORRES 公司這種多帶結(jié)構(gòu)鋪帶頭可看成是等效於配置有4個(gè)75mm寬的集成化多鋪帶頭的ATL機(jī)床，或者說其鋪放工藝本質(zhì)上就是自動鋪絲機(jī)AFP鋪放工藝技術(shù)的簡單應(yīng)用。 

2.多鋪絲頭AFP機(jī)床 
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從一般意義上講， AFP機(jī)床由於釆用多束纖維鋪放工藝，在一定程度上解決了高鋪放生產(chǎn)率與制造零件復(fù)雜度兩者間的兼顧。但是，由於使用的纖維束的寬度與數(shù)量之不同，高鋪放生產(chǎn)率與制造零件復(fù)雜度兩者難以兼顧問題仍然存在。 

美國ElectroImpact 公司2003年開發(fā)了一種新概念的模塊化鋪絲頭（Modular Fiber Head Placement），并通過設(shè)計(jì)有可自動交換鋪絲頭的AFP機(jī)床以期解決此實(shí)際難題，見圖6。

 

這種AFP機(jī)床對給定的一種纖維鋪放應(yīng)用需要的所有纖維束料都被放在模塊化鋪絲頭上，取消了傳統(tǒng)AFP機(jī)床上專設(shè)的纖維經(jīng)軸架輔助裝置。所有纖維束鋪放操作都集中在該鋪絲頭上實(shí)現(xiàn)，包括纖維束供料卷軸、牽絲輔助裝置、剪切刀具、張力控制和固化加熱等裝置。同時(shí)，鋪絲頭和控制它進(jìn)行鋪放運(yùn)動的平臺是分離的，類似金切數(shù)控加工中心機(jī)床中自動刀具交換功能一樣，鋪放加工需要的鋪絲頭能夠?qū)崿F(xiàn)快速被交換到“運(yùn)動平臺”上。這樣一來，復(fù)材構(gòu)件制造用戶只需購置一臺基礎(chǔ)機(jī)床（運(yùn)動平臺）和多個(gè)鋪絲頭就可適應(yīng)不同復(fù)雜度的復(fù)材構(gòu)件鋪放加工應(yīng)用，即在滿足高鋪放生產(chǎn)率前提下適應(yīng)不同應(yīng)用對象的鋪放制造。 

此外，ElectroImpact公司在研制上述AFP機(jī)床成功基礎(chǔ)上還新開發(fā)了一種由6.4mm束寬12束和12.7mm束寬12束的雙鋪絲頭AFP鋪放單元機(jī)床（Cell Machine），兩個(gè)鋪絲頭可同時(shí)對大型飛機(jī)復(fù)材整體筒客機(jī)身段構(gòu)件進(jìn)行鋪放，以進(jìn)一步提高鋪放生產(chǎn)率。同時(shí)，ElectroImpact 公司還選擇了第三方公司（CGTech）的CAM軟件Vericut，作為該設(shè)備的編程系統(tǒng)Vericut ATL/AFP軟件。圖6右面所示的即為應(yīng)用Vericut ATL/AFP軟件仿真模擬雙鋪絲頭AFP鋪放單元工作場景。這種釆用獨(dú)立於ATL/AFP機(jī)床的復(fù)材構(gòu)件加工編程軟件系統(tǒng)，也是ATL/AFP技術(shù)發(fā)展的一種新趨勢。 
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3.新ATL-AFP混合鋪放機(jī)床技術(shù) 

至此所介紹的多鋪放頭ATL/AFP機(jī)床基本上均為同一類型鋪放工藝（鋪帶或鋪絲）的鋪放頭集成復(fù)合應(yīng)用，以兼顧高鋪放生產(chǎn)率與制造構(gòu)件復(fù)雜度。法國Forest-line公司新近在其所屬的Capdenac工廠復(fù)材驗(yàn)證中心，配置了一臺新研制的雙鋪放頭鋪放機(jī)床，則是將ATL機(jī)床鋪帶頭和AFP機(jī)床鋪絲頭集成在同一臺復(fù)材鋪放加工設(shè)備上，形成一種ATL-AFP混合鋪放機(jī)床，實(shí)現(xiàn)了ATL和AFP復(fù)合應(yīng)用，見圖7。

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實(shí)際上，該ATL-AFP混合鋪放機(jī)床是基於Forest-line公司傳統(tǒng)龍門移動式ATL機(jī)床，在可移動運(yùn)動的橫梁上再配置一可作YZ軸運(yùn)動的立式鋪絲頭，構(gòu)成了龍門移動式雙鋪放頭的鋪放機(jī)床。該ATL-AFP混合鋪放機(jī)床的鋪帶頭可選用75-300mm帶料，用於高生產(chǎn)率地鋪放制造簡單輪廓復(fù)材構(gòu)件；鋪絲頭使用6.35mm束寬32束纖維束料，可用於鋪放復(fù)雜輪廓復(fù)材構(gòu)件。這種ATL-AFP混合鋪放機(jī)床特別適用於復(fù)材構(gòu)件研究開發(fā)、試制、實(shí)驗(yàn)和技術(shù)培訓(xùn)應(yīng)用，同時(shí)也可用於實(shí)際復(fù)材構(gòu)件鋪放制造。 

最後還應(yīng)指出是，實(shí)際上模塊化多鋪放頭技術(shù)在低費(fèi)用適用型ATL/AFP機(jī)床上也得到了極為廣泛應(yīng)用。  123456

新概念A(yù)FP設(shè)備 

1.新型AFP設(shè)備 

用於復(fù)雜曲面，特別是復(fù)材整體筒殼構(gòu)件鋪放制造的傳統(tǒng)自動鋪絲機(jī)（FAP）機(jī)床總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中都繼承了傳統(tǒng)復(fù)材構(gòu)件自動纏繞機(jī)（AFW）鋪放工藝基本技術(shù)思想，在FAP機(jī)床前都設(shè)計(jì)有一個(gè)旋轉(zhuǎn)心軸裝置驅(qū)動芯模轉(zhuǎn)動進(jìn)行零件曲面鋪放，也就是說傳統(tǒng)FAP機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中都要考慮復(fù)材構(gòu)件回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)裝置設(shè)計(jì)/制造的技術(shù)問題。 

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但是，這種機(jī)床總體結(jié)構(gòu)存在有明顯的不足之處：旋轉(zhuǎn)心軸驅(qū)動裝置費(fèi)用高，Ingersoll公司認(rèn)為鋪放復(fù)雜曲面復(fù)材構(gòu)件，釆用有轉(zhuǎn)動陽模鋪放的AFP機(jī)床其費(fèi)用要比釆用陰模鋪放的AFP機(jī)床貴7~10倍；需要專用的凸芯模裝置，對復(fù)雜復(fù)材構(gòu)件芯模設(shè)計(jì)制造技術(shù)難度較大，且費(fèi)用高；為確保在旋轉(zhuǎn)芯模上進(jìn)行纖維束鋪放的良好貼合，F(xiàn)AP機(jī)床需具有較大的熱壓能力；增加設(shè)備車間占地面積和維護(hù)費(fèi)用。 

為此，一些復(fù)材構(gòu)件鋪放設(shè)備制造商推出了一種新概念的AFP機(jī)床，通過在現(xiàn)場安放簡單的凹（陰）模具，取消了傳統(tǒng)AFP機(jī)床旋轉(zhuǎn)心軸驅(qū)動凸芯（陽）模轉(zhuǎn)動裝置，從而可降低設(shè)備成本實(shí)現(xiàn)低費(fèi)用AFP鋪放技術(shù)。這種沒有旋轉(zhuǎn)心軸驅(qū)動陽模轉(zhuǎn)動的機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可明顯減少傳統(tǒng)AFP機(jī)床尺寸，增強(qiáng)窄腔復(fù)材構(gòu)件鋪放加工能力，并能同時(shí)顯著減少設(shè)備車間占地面積。  copyright 123456

Ingersoll公司推出的第2/3代AFP機(jī)床Mongoose就是基於這種新概念設(shè)計(jì)的。圖8左為美國Goodrich航空構(gòu)件公司配置的雙龍門雙鋪放頭的Ingersoll公司AFP機(jī)床Mongoose（第二代），使用12.7mm寬32束的鋪放頭，鋪放速度達(dá)40m/min，切割速度30m/min。Goodrich公司準(zhǔn)備應(yīng)用這種AFP機(jī)床來生產(chǎn)GEnx和用於波音787客機(jī)的Trent 1000發(fā)動機(jī)短艙復(fù)材內(nèi)涵道支撐結(jié)構(gòu)件自動化鋪放生產(chǎn)，以前該構(gòu)件釆用人工鋪放。 
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圖8右為Ingersoll公司最新推出的第三代AFP機(jī)床Mongoose及其新設(shè)計(jì)的鋪放頭。該鋪放頭由於釆用模塊化設(shè)計(jì)容易根據(jù)用戶需要而構(gòu)成立式或臥式AFP機(jī)床，同時(shí)可適用於凸模、凹?；蚱桨迥?yīng)用場合。當(dāng)使用6.74mm 寬16束復(fù)材纖維，鋪放速度達(dá)60m/min，切割速度50m/min，鋪放復(fù)材表面積速率達(dá)720m2/hr，鋪放生產(chǎn)率27kg/hr。

 

2.高生產(chǎn)率AFP設(shè)備 

提高ATL/AFP機(jī)床鋪放生產(chǎn)率是目前ATL/AFP機(jī)床最新發(fā)展的最基本趨勢，其釆用的技術(shù)途徑主要是通過提升自動化、高速化和鋪放工藝集成復(fù)合化水平來取得高鋪放生產(chǎn)率。此外，一些大型ATL/AFP機(jī)床制造商將大型金切數(shù)控機(jī)床雙龍門雙主軸頭并行加工思想同樣應(yīng)用在ATL/AFP機(jī)床上，向用戶提供高鋪放生產(chǎn)率的雙龍門雙鋪放頭ATL/AFP機(jī)床。 

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在宇航和國防工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，ATL/AFP機(jī)床取得25~50 kg/hr鋪放生產(chǎn)率應(yīng)算是為高鋪放生產(chǎn)率了。但對完全商品化（通常指非宇航和國防工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的普通民用工業(yè)）應(yīng)用領(lǐng)域而言，這種鋪放生產(chǎn)率仍然不能滿足用戶的實(shí)際需求。為此，在普通民用工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，人們釆用了另一種技術(shù)途徑：通過使用先進(jìn)的更大質(zhì)量的纖維束料來取得AFP機(jī)床高鋪放生產(chǎn)率。宇航和國防工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的AFP機(jī)床，典型多使用12K根獨(dú)立長纖維組成一根“纖維束”結(jié)構(gòu)的復(fù)材料。而用於風(fēng)力發(fā)電設(shè)備風(fēng)力渦輪葉片制造的AFP機(jī)床，已出現(xiàn)趨向使用24K纖維束復(fù)材，以提高AFP機(jī)床鋪放生產(chǎn)率。釆用更大質(zhì)量纖維束則是民用工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域ATL/AFP機(jī)床發(fā)展的一種新趨勢。 

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美國Entec公司開發(fā)的用於大型民用風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)復(fù)材葉片制造的AFP機(jī)床（圖9），則使用150K“纖維束”、 束寬18mm。鋪絲頭設(shè)計(jì)為能容納32根纖維束，即鋪放復(fù)材束帶寬達(dá)576mm，且每根纖維束均可單獨(dú)實(shí)現(xiàn)控制，鋪放精度可達(dá)±1mm，鋪放生產(chǎn)率341kg/hr。在某些鋪放應(yīng)用場合中，如果32根纖維束始終都被使用，此時(shí)實(shí)際上是已將AFP機(jī)床轉(zhuǎn)變?yōu)锳TL機(jī)床使用，則甚至可取得680kg/hr高鋪放生產(chǎn)率。這種高鋪放生產(chǎn)率AFP機(jī)床供料卷軸一次可提供長達(dá)2200m纖維束。

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Entec公司這種高鋪放生產(chǎn)率AFP機(jī)床，由於纖維束帶質(zhì)量較大，不使用傳統(tǒng)的超聲波型剪切刀，改用工業(yè)激光切割技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對單獨(dú)纖維束或整個(gè)纖維束帶切割，但要求預(yù)浸料纖維束背料具有吸收激光能量的能力。應(yīng)指出的是，Entec公司這種高鋪放生產(chǎn)率AFP機(jī)床實(shí)際上已是一種高專利性的鋪放設(shè)備。 

把握時(shí)機(jī) 研發(fā)大型ATL/AFP機(jī)床 

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目前，我國正在啟動實(shí)施大飛機(jī)重大項(xiàng)目，并規(guī)劃要釆用一定數(shù)量的復(fù)合材料整體構(gòu)件（規(guī)劃其重量比可達(dá)約25%）。為此，對ATL/AFP機(jī)床提出了迫切需要。而我國在大型ATL/AFP機(jī)床研制、生產(chǎn)和實(shí)際工業(yè)應(yīng)用等基本上還處於起步階段，與國際先進(jìn)水平相比，仍存有較大差距。同時(shí)，國家已將大型ATL/AFP機(jī)床列入數(shù)控重大專項(xiàng)研制設(shè)備之類。因此，國內(nèi)有實(shí)力的大型數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)應(yīng)關(guān)注大型ATL/AFP機(jī)床技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用，抓住難得歷史性發(fā)展時(shí)機(jī)，投入必要的人力和物力盡快奮力研發(fā)自動鋪帶頭/自動鋪絲頭關(guān)鍵功能部件以及國產(chǎn)大型ATL/AFP機(jī)床，以滿足國內(nèi)航空飛機(jī)制造業(yè)的實(shí)際迫切需要，并盡快趕上國際先進(jìn)水平 內(nèi)容來自123456
作者：北京航空制造工程研究所 林勝    來源：雅式工業(yè)專網(wǎng)