复合材料具有高比强度、高比模量，耐疲劳，减振性好，工艺性好等优点，这些优点对飞行器的性能具有很大的价值，在航天航空工业中已经得到了广泛的应用。同时在其他行业，复合材料的用量也在日益增多。复合材料构件比其他材料构件所体现出的低成本、高强度的优势使得复合材料在各领域的应用前景十分广阔。复合材料构件在各个领域的大量应用得益于自动成型技术在复合材料设计和制造过程的广泛应用。自动化成型技术已逐渐渗透到复合材料设计和制造的各个领域(缠绕成型、自动铺放成型（铺带、铺丝）、拉挤、编织、缝合和RTM等等)，其在推动复合材料设计和制造技术发展、降低构件制造成本中的巨大作用已达成广泛共识。复合材料成型自动化不仅大大提高了复合材料构件的生产效率，降低了生产成本，而且通过对成型工艺参数和技术指标的精确控制，极大提高复合材料构件质量的可靠性和稳定性，并为复合材料构件制造系统的整体优化奠定了基础。

纤维铺放技术的快速发展可以促进复合材料制造技术的发展，同时还可以带动其他行业的发展，如复合材料在航天航空领域的广泛应用，带动了航天航空事业的快速发展。复合材料在飞行器上的应用，不仅使飞行器重量减轻，而且使其性能得到很大的提高，同时纤维铺放技术在汽车工艺方面也有大量应用。复合材料构件在各个领域的大量应用得益于自动成型技术在复合材料设计和制造过程的广泛应用。通过发达国家关于自动纤维铺放机的文献及其厂商提供的参数可知，国外的纤维铺放技术已日趋完善，其生产制造的纤维铺放设备性能稳定而优良。完全可以满足一般的工业生产需求。昂贵的价格和机型的单调性成为了限制其进一步推广普及的障碍。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。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。目前我们需要进行不懈的探索和研究，缩小与国外技术水平之间的差距。

相比于传统的缠绕成型技术，自动铺放技术的优势就很明显。主要有以下几个方面：1、加工的零件尺寸没有限制。2、连续快速铺放，铺放效率高。3、曲面适应性强，特别适合大曲率复杂构件的铺放。4、产生废料极少，材料的利用率可达95%以上。而自动铺放技术的核心是铺丝头设备，因此，本次设计主要针对纤维铺放机铺丝头的设计，对自动铺丝头进行系统的功能分析，根据各模块的功能要求设计出可行的结构方案，并从中选择出最优方案。铺丝头的设计包括丝束布局设计、模块布局设计、剪切机构设计、重送机构设计、夹紧机构设计、压紧机构设计、导向机构设计以及便捷性设计。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 装置的组成

铺放头要实现的功能有剪断纤维、重送纤维、压紧纤维、对纤维导向、在芯模上对纤维施压及对纤维加热固化等功能，因此铺放头有剪切、重送、压紧、导向、施压和加热等机构组成。

2.2 装置的设计

2.2.1 工作原理及整体设计方案

纤维铺丝头的工作原理：多束纤维预浸带在导向轮的引导下，被分配到铺丝头纤维导向槽中，经过纤维导向槽的合理排布使其能够紧密排列在芯模上，同通过张力控制器和压辊轮的作用使其紧紧地铺放在芯模上。在纤维的铺放过程中各路纤维独立控制（包括纤维剪断、压紧和重送），从而合理增减纤维束数以满足纤维构件结构的设计要求。需要减少纤维束时，剪切气缸动作，驱动一系列零件运动从而使切刀切断纤维；由于纤维预浸带存在张力，切刀剪切前压紧气缸动作将纤维预浸带压紧，从而阻止了纤维预浸带剪断后缩回；需要增加纤维束时，重送气缸动作将纤维压在旋转着的重送轮上，同时压紧气缸动作将纤维松开，重送机构准确地将纤维重送到压辊轮处的指定位置，从而实现纤维的重新铺放。另外，纤维预浸带在芯模上进行铺放的过程当中，铺丝头的加热装置需要对其进行加热固化。整体装置工作示意图如图所示：