数字化复合加工数控技术在复合材料构件制造中的应用

　　随着复合材料在航空制造领域军民用飞机产品上的大量应用，国内外各主要飞机制造商都对自身复合材料构件研制过程中如何改进工艺方法、提升制造效率、提高制造质量以及降低综合制造成本等方面提出了更高的要求，特别是在自动化制造技术迅猛发展和广泛应用的背景下，复合材料构件的加工制造设备和制造手段更加趋向于自动化及数字化，向多种技术、多种工艺、多种加工方法融合的数字化复合加工方向发展。

　　复合加工是综合应用机械、光学、化学、电力、磁力、流体和声波等多种能量进行综合加工。复合加工在加工效率、加工精度、加工质量等多方面都具有常规单一加工技术无法比拟的优点。其对复合加工技术的含义论述为，复合加工包含两种含义：一种是以能量或运动方式为基础的不同加工方法的复合;另一种是以工序集中原则为基础的机械加工工艺为主的复合。而当前在复合材料构件制造领域的复合加工技术的应用和发展特点，正充分体现了以上关于复合加工技术的特点和含义的论述，而且更多地体现出了数字化技术、机械加工技术、超声加工技术等的深度结合和融合，使复合材料构件制造技术产生了巨大的改变和深刻的变革。本文结合实际工作中接触的几种最新的复合材料构件数字化复合加工技术的应用情况，概括述论几类典型的先进复合材料构件复合加工工艺技术及装备。

1、数字化自动铺放工艺技术及装备

　　铺放工艺技术的发展经历了样板下料+手工样板铺放、自动套裁下料+手工铺放、自动套裁下料+手工激光投影辅助铺放并最终实现了集下料、精确定位铺放于一体的单工序自动铺放工艺的典型的复合加工工艺方法，而自动铺带技术是我国能够引进的，并已在我国航空制造领域开始逐步应用最先进的铺放技术。

　　自动铺带技术是欧美国家广泛发展和应用的自动化成形技术之一，是一种高度复合的集成化工艺制造技术，它集预浸带剪裁、加热、定位、铺叠、压实、切割、缺陷检测、参数及功能控制等于一体，将铺放工人从繁重的手工铺放工作中解脱出来，只需像操作普通数控加工设备一样，铺放出精准的复合材料构件。它涉及自动铺放装备技术、材料技术、预浸料切割技术、铺放CAD/CAM技术、自动铺放工艺技术、铺放质量监控、模具设计制造技术等多方面技术。从以下单项描述可见其复合程度(以工序最集中的单工序自动铺放设备为例)：

　　(1)自动铺放装备技术：机械系统及数控系统，多轴的自动铺放头、可压力控制调节的灵活的压实组件。

　　(2)预浸带预切割技术：数控超声切割刀片轨迹控制技术。

　　(3)铺放CAD/CAM技术：与CATIAV5紧密集成，进行铺层设计、铺放编程、废料回收优化、铺放动作控制及优化、多种控制代码生成等。

　　(4)自动铺放工艺技术：与具体产品相关的铺放间隙控制、压力控制以及其他工艺要求。

　　(5)铺放工装设计技术：适于自动铺放的工装设计方法，如边界要求、抗压要求、精确度要求、定位基准要求及是否需要预加热和真空吸附等。

　　(6)自动铺放材料体系：自动铺放一般要求单向预浸带，对材料的可铺放性、粘结性等要求较高。

　　另外，根据工艺要求的不同，有些自动铺放设备还会附加单独的超声轮廓切割装置，用于对最后铺放完成的产品进行净切边，自动铺放设备工作状态见图1。自动铺放技术目前由于单台设备成本昂贵、对铺放材料特性要求特殊以及对铺放产品的形状要求较高等局限，还无法取代激光投影等铺放方式，但其在大型复合材料构件如机翼外蒙皮、垂尾外蒙皮、方向舵外蒙皮等大型产品的制造上还是具有巨大的优势和潜力，必将在我国的航空航天领域发挥巨大作用。