高端自动铺带机/自动铺丝(ATL/AFP)已成为现代大型飞机制造的关键设备。最近几年在其得到持续快速发展与更广泛工业应用的过程中,涌现出新的技术概念,一批新型ATL/AFP机床得以面世。
本文将聚焦高端ATL/AFP机床的最新发展趋势。
一 自动铺带机/自动铺丝机ATL/AFP的发展
具有高强度低密度特性的复合材料(Composites,下文简称复材)取代传统铝合金材在现代大型飞机结构件设计制造中得到了广泛应用,并已渐成为现代大型飞机的主结构用材。如波音787“梦想” 大型客机和空客A350 XWB宽体客机复材用材重量比都已超过了50%。这种趋势仍在持续发展,据预测到2015-2020 年将达70%-80%。一些具有创新性的全复材或准全复材机身构件的无人机、直升机和商务机已研制成功,釆用复材作为主结构件的飞机时代已经来临。
Mikrosam研制了自动铺丝(AFP)系统,该系统保证了用高精度和低机器成本实现高生产效率以及制造平面到高曲率的复合材料结构的灵活性。
1性能:
实验室内部安装
自动铺丝机可用于演示,培训,测试,样机研究 产品/技术 开发
有关施工中的各种机器配置(龙门,支柱,机器人)
咨询电话:135 2207 9385
多铺放头和多工装
垂直或水平的Z轴方向
纤维数量(1, 4, 8, 16, 24)
原料(热固性树脂,热塑性树脂,干纤维)
纤维束宽度 (3.175毫米/0.125英寸, 6.35毫米/0.25英寸, 12.7毫米/0.5英寸或用户自定义大小)
不同的机器尺寸(加工面积决定)
带有独立的预浸丝进给速率控制,在凹面和凸面进行双方向铺丝
即时切割,夹紧及每一根纤维的重新开始铺放
可控的加热及非常均匀分布的压紧力,能够让所有铺层得到合适的均匀化。
便于检修,快速的清洁方法最大限度地提高了机器的有效运行时间
旋转的芯模坐标(可选)
专用软件解决方案:
离线编程与分析– MikroPlace
在线运动与工艺控制 – MikroAutomate
机器操作与维护培训
特殊的自动铺丝机(AFP)解决方案 - 多机器人的工作单元:
2 自动铺丝机(AFP)带多机器人的工作单元是Mikrosam的产品中一个新的特殊产品,它提供了最大化的生产灵活性:
在一定的环境下,多个机器人在一个给定的产品或多个产品的不同部分同时工作,总产率成倍增加。
智能编程同步 – 装上原材料后,所有的机器人到位,模具限位评估完成后,某个产品才开始用选好的机器人进行加工。
当由于操作者原因或其他因素造成一个或多个机器人不工作时,其他机器人会自动重组执行预先分配的工作。
3 应用:飞机导管,机身,锥形排气口,风机叶片,压力容器
4 在现代大型飞机批量生产中,用於复材整体构件制造的自动铺带机ATL/自动铺丝机AFP则成为关键设备。
20世纪90年代末本世纪初(2001年)前,基本上仅有美国Cincinnati机床公司和Ingersoll公司能向航空飞机制造业提供大型ATL/AFP机床,
美国ADC(Automated Dynamics Corp.)公司能够提供AFP机床。最近10多年来,航空飞机制造业对自动化复材构件制造技术的迫切需求推动了ATL/AFP机床得到长足发展和更广泛工业应用。但是和金切数控机床相比,能向航空飞机制造业提供ATL/AFP机床的制造商仍然极为有限。
最近3~5年,一些复材构件铺放设备制造商推出了一些具有创新性的ATL/AFP机床,提出了一些新技术概念,推动着ATL/AFP机床持续发展与进步。ATL/AFP机床这种发展新趋势在技术层面上看,主要表现为:高速/高生产率铺放机床;多铺放头集成复合铺放机床;热塑性纤维铺放机床;商用机器人平台铺放机床;ATL-AFP混合铺放机床;多机铺放生产环境。
5 目前,对ATL/AFP机床技术发展最主要的目标是提高铺放生产率和降低设备费用,且主要呈现在两个不同发展方向以适应两种不同复材构件铺放应用领域需求:
(1)用於航空飞机制造业的大型复杂复材整体构件铺放的高端ATL/AFP机床,进一步向大型化、高速化、自动化和集成复合化方向发展,以提供高生产率、高自动化、高性能和宽铺放应用范围的ATL/AFP机床。本文将对此做详细介绍与讨论。
(2)面向具体应用的中小型复材整体构件铺放机床朝着模块化、自动化、恰好规模和柔性化方向发展,以提供高生产率、高自动化、低费用和有限铺放应用范围的ATL/AFP机床。有关这种低费用适应型ATL/AFP机床本文不作讨论。
6 高端ATL/AFP机床趋向大型化与高效化
现代大型飞机主结构件设计制造已越来越多釆用复材整体构件已是明显发展趋势,并已从大型机翼长梁、蒙皮壁板等相对简单复材构件发展到大型飞机整体筒壳机身段及中小型飞机整体筒壳机身等复材构件,且构件尺寸越来越大,整体结构越来越复杂。
为适应航空飞机制造业这种实际发展需求,诸如Cincinnati、Ingersoll和Forest-line公司等一些大型数控机床制造商借助其在大型数控机床结构设计技术的优势,最近几年都纷纷推出其配有高铺放进给率铺放头的新一代大型高端(High level)ATL/AFP机床,其结构尺寸越来越趋向大型化。
美国MAG Cincinnati机床公司的CHARGER系列ATL机床和Viper1200/3000/4000/6000系列AFP机床发展历程可作为这种趋向大型化发展的典型实例。MAG Cincinnati公司和MTorres公司两款高端大型ATL机床;Hawker Beechcraft(豪客比奇)公司应用Cincinnati公司Viper AFP机床铺放制造豪客4000超中型级别公务机复材机身整体构件情况,机身最大直径已超过2m。据报道,目前豪客4000公务机的订单已超过了100架。MAG Cincinnati公司最新Viper 6000 AFP机床铺放复材整体筒形构件直径可达6.3m,驱动心模重量达86.3t。