复合材料，是由两种或两种以上互不相溶的性质不同的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料，该材料强度和刚度高、质量轻。汽车、民用、航空航天等领域的快速发展离不开复合材料的引入，而先进的铺放设备是实现复合材料应用的关键。目前复合材料制品主要通过半自动人工铺放、自动纤维缠绕、自动铺带技术和自动纤维铺放四种铺放制造技术制成。

自动纤维铺放技术与纤维缠绕技术、自动铺带技术相比，有很大的优越性： 1）铺丝头运动的灵活性和多组纤维预浸束的独立可控性 2）纤维铺放技术具有纤维缠绕和自动铺带的优点，其通过计算机控制，可以使压辊较均匀对纤维进行试压；该技术可实现多自由度铺放，对制品适应性强，即使对形状复杂的型面仍可保持很高的效率。 3）其落纱准确施压均匀，保证了型面质量且表面光洁，自动化程度高，可实现“低成本、高性能”。

国外的纤维铺放技术已日趋完善，现在国外的很多研究都是围绕机型多样化，降低成本和提升性能展开的。由于涉及商业机密，很难得到纤维铺放机的重要技术信息。仅能从公开的部分非保密专利和公开文献中了解一些。辛辛那提公司关于铺放头的专利和 赫拉克勒斯公司的纤维铺放系统专利很具有代表性，它们基本建立了自动纤维铺放机的机构原型。后来的很多专利都可看做为对它们的局部改进或者调整。

近年，国内进行自动纤维铺放技术研究的单位主要为几所高校和研究所。南航与万格复合材料技术公司合作，进行了国内首台自动纤维铺放样机的研制，武汉理工大学以及西安复合材料研究所等单位聚集一批高精尖技术人才，成功研制出能够实现四路丝束铺放的自动纤维铺放样机。

目前，我国仅有南京航空航天大学和西安交通大学拥有关于自动铺放技术的专利。研究工作主要集中在自动纤维铺放轨迹规划与仿真、装备构型、数控系统技术等基础研究上。关于结构设计及改进的文献很少，也没有纱架与铺丝头一体化的设计方案出现。通过对比国内外文献可知，我国自行研制的自动纤维铺放机的性能较国外差距较大。短期内想在国外已有技术水平上进行提升还不太实际。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 装置的组成

自动纤维铺丝机主要由铺丝头、丝束架、法兰连 接组件、床身、工作台面等构成，其中最主要的机构是铺丝头，铺丝设备的绝大部分工作都由铺丝头完成，所以铺丝头应该包括压紧机构、加热模块、剪切机构、重送机构、夹紧机构。丝束架包括圆盘、张力控制机构、收膜机构和丝束导向机构，而床身可采用类似于龙门铣床的设计，这样结构比较紧凑且安全可靠。

2.2 装置的设计

2.2.1工作原理及整体设计方案

自动纤维铺放技术是使用多个紧密排列的预浸带进行铺放，多路丝束从纱架引出后在导向机构的引导下，被分配到铺丝头纤维 导向槽中，经过夹紧机构、重送机构和剪切机构，最终在加热后由压紧机构铺放在芯模上。其中夹紧机构、重送机构和剪切机构共同实现丝束的剪切和重送，以达到根据芯模表面形状增减丝束的目的。

2.2.2剪切机构设计

剪切机构接收到控制系统的指令后，对纤维实施剪切动作。考虑到所剪切的纤维为碳纤维预浸带，且剪切的过程中有一定的粘性，要求剪切机构动作快、可靠性好，故选择气缸作为执行元件，运动方案如图1

图1 1―移动轴 2―刀具 3―压块 4―纤维 5―弹片 6―砧 7―气缸

气缸7驱动移动轴带动刀具向下运动，刀具2在导向机构的作用下与砧板配合完成剪切运动，然后通过弹簧的作用，刀具恢复原位等待下一次动作指令