捷克开发新型碳纤维复合材料机械手末端工具 (EOAT)

2022-05-08


　用于汽车串联冲压自动化生产线的刚性EOAT设计提高了负载能力和生产率，克服了每分钟行程的限制，提高了工厂的互换性。

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CompoTech PLUS (苏斯赛, 捷克) 和Bilsing Automation (阿滕多恩, 德国) 之间的最新开发项目在六轴机器人上生产了一种新型碳纤维复合材料臂端工具 (EOAT)，用于使用吸盘工具的汽车串联冲压线。由于其几何形状，这种类型的 EOAT 通常被称为吊舱梁（gondola beam），两个对称的方形梁连接到平坦的中央主体。固定吸盘的机器臂通过工具套固定在吊舱梁上。

该合作项目由一家领先的汽车车身面板生产商发起，该生产商正在寻找一种定制设计的替代吊舱梁，以取代现有的混合铝碳纤维复合材料梁。项目团队的主要目标是通过开发更硬、更长的 EOAT 来简化工具管理，该 EOAT 可以在整个工厂提供标准吸盘工具套的所需互换性。

据报道，新颖的“全碳纤维”长 2.6 米、扁平的吊舱梁设计使工厂内使用的不同类型的 EOAT 之间的一键式适配器 (OTA) 工具巢实现了非常有益的标准化。因此，工具箱的组装时间和 OTA 相关的维护、零件和存储成本都减半。

该项目的主要生产优势包括更高的负载能力和更高的生产力，克服了原始混合金属复合吊舱每分钟 9 冲程的限制。据 CompoTech 称，更硬的全复合材料吊舱创造了这样的可能性，即现在冲压线的运行速度可以提高 75% 以上，每分钟冲程 16 次。

CompoTech 表示，它在创造创新的碳纤维复合材料机床和自动化解决方案以替代钢和铝方面拥有成熟的设计和生产专业知识。使用专有的自动纤维铺设 (AFL) 技术，CompoTech 能够提供具有更好自然频率阻尼的更硬、更轻的替代生产组件，从而提高生产力，同时降低总体制造成本。

Bilsing Automation 以汽车冲压、车身车间 EOAT 工具和模块化工业工具系统的开发而闻名。据报道，该公司在使用由 CompoTech 合作开发和制造的碳纤维复合材料的自动化工具方面处于领先地位。

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CompoTech 使用两种类型的碳纤维开发了一种新的层压板设计，以满足工厂串联冲压线标准化 EOAT 所需的设计参数。设计规范基于实际工厂冲压线生成的数据。新吊舱每个部分的碳纤维/环氧树脂层压板使用聚丙烯腈 (PAN) 织物和轴向节距纤维的组合，使用其 AFL 技术精确放置在需要的位置。

吊舱升级版的总宽度为 2.6 米，需要处理高达 100 公斤（约 220 磅）的有效载荷，并且可以在 2G（约 20 平方米/秒）加速度下以最小的变形在垂直和水平方向运行 （垂直于光束轴）方向。CompoTech 说，这种薄型结构最大限度地减少了压力机开口，减少了安装在线性轴下方时的加工时间。在这里，直线运动是安装在现有冲压线上的六轴串联送料机械臂的定制第七轴，用于更快、更高效的面板传输和延伸范围。

碳纤维技术

碳纤维吊舱梁由三个部分组成：两个空心方形碳纤维梁（80 x 80 毫米）部分，锥形中央碳纤维主体部分模制成两半（顶部和底部）。然后将单独的三个部分粘合在一起，并在关键负载区域用额外的纤维缠绕以增加加固。CompoTech 声称，完整的复合吊舱梁仅重 14 公斤（约 31 磅）。组装完成后，安装了快速工具更换配件和标准吸盘工具套，完全可操作的 EOAT 重 35 公斤（约 77 磅）。

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轴向间距纤维放置在 PAN 纤维织物上。

每个部分都使用单向 (UD) 高模量轴向“间距”碳纤维和高强度 PAN 纤维，在顶部、底部和侧面具有不同的层压层组合。复合垫在结构梁的关键点处粘合并进行加工，为 EOAT 工具套的组装提供精确的表面。完全组装的碳纤维吊舱的动态负载测试证实了层压系统的高刚度，最大变形仅为 4.9 毫米。

CompoTech 首席设计工程师 Gabriel Martinot 指出：“挑战在于设计吊舱，其中央部分具有与 80 x 80 毫米轮廓梁相似的弯曲刚度，并避免出现应力集中区域。”他解释了公司如何处理该项目以满足所有设计参数。“UD 沥青纤维用于补偿刚度的几何损失。我们为中央主体制造了超高模量碳纤维预成型件来实现这一目标。我们的 AFP [自动纤维铺放] 工艺使我们能够将 XN-80 UD 间距纤维自动且精确地堆叠在 PAN 织物上，从而将零度轴向“间距”碳纤维与标准 ±45 度 PAN 织物相结合。这正好在需要的地方为中央梁提供了最高的刚度。”

Gabriel 继续解释新设计的其他制造阶段：“中央主体半部和两个方形梁部分首先粘合在一起，然后放回 AFL 机器中，该机器缠绕额外的 90 度碳纤维以进一步加强梁最受力的地方。即使在最重的负载下，这也能确保可靠的长期性能，并显著降低吊舱子组件之间裂纹扩展的风险。”

在机器制造和自动化方面获得的项目和经验，现在正在用于国防、运输、农业、自行车和休闲海洋等其他行业。

（阅读链接：NS0985 捷克CompoTech推出碳纤维环氧树脂横梁产品系列）



来源：CompositesWorld   编译：赛奥碳纤维

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