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纖維纏繞機(jī)是纖維纏繞技術(shù)的主要設(shè)備，纖維纏繞制品的設(shè)計(jì)意圖和性能要通過纏繞機(jī)來實(shí)現(xiàn)or按控制形式纏繞機(jī)可分為機(jī)械式纏繞機(jī)、數(shù)字控制纏繞機(jī)、微機(jī)控制纏繞機(jī)及計(jì)算機(jī)數(shù)控纏繞機(jī)，這實(shí)際上也是纏繞機(jī)發(fā)展的四個(gè)階段。目前常用的主要是機(jī)械式和計(jì)算機(jī)數(shù)控纏繞機(jī)。
纖維纏繞機(jī)是纖維纏繞工藝的主要設(shè)備（圖2-1），通常由機(jī)身、傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等幾部分組成。輔助設(shè)備包括浸膠裝置、張力測控系統(tǒng)、紗架、芯模加熱器、預(yù)浸紗加熱器及固化設(shè)備等。
纏繞機(jī)土作時(shí)，絲嘴要與芯模表面產(chǎn)生相對位移才能使纖維纏繞在芯模表面，如果僅夾持芯模的主軸轉(zhuǎn)動，纖維只能在芯模表面纏繞一個(gè)環(huán)形軌跡。這時(shí)纏繞機(jī)只有一個(gè)自由度或單軸，只有在主軸轉(zhuǎn)動的同時(shí)小車沿軸向移動，才能實(shí)現(xiàn)基本的纏繞線型，此時(shí)纏繞機(jī)具有兩個(gè)自由度，稱之為兩軸纏繞機(jī)。纖維每一個(gè)可移動的方向就是一個(gè)自由度或一個(gè)軸，自由度越多可實(shí)現(xiàn)的纏繞方式就越復(fù)雜。
機(jī)械式纏繞機(jī)一般只能實(shí)現(xiàn)兩自由度運(yùn)動，增加自由度將使設(shè)備復(fù)雜化，微機(jī)控制纏繞機(jī)出現(xiàn)后，使實(shí)現(xiàn)多自由度運(yùn)動變得更簡單。目前有資料報(bào)道己研制出十幾個(gè)自由度的微機(jī)控制纏繞機(jī)，但從使用角度看只具有理論意義。國際市場商品化的纏繞機(jī)達(dá)到了六軸（圖2-2）。通常有如下劃分：
1.主軸（X），使芯模作回轉(zhuǎn)運(yùn)動
2.小車水平軸(y)，使絲嘴沿芯模軸向作往復(fù)運(yùn)動
3.小車伸臂軸(Z)，使絲嘴沿芯模的徑向運(yùn)動
4.絲咀翻轉(zhuǎn)軸(U），使絲嘴繞伸臂軸轉(zhuǎn)動
5.降軸(V)，使絲嘴作垂直于伸臂軸和主軸方向的運(yùn)動
6.扭轉(zhuǎn)軸(W)，使絲嘴繞升降軸轉(zhuǎn)動。
節(jié)纏繞機(jī)的類型
一、機(jī)械式纏繞機(jī)
對子部分形狀比較簡單的制品來講，機(jī)械式纏繞機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動可靠、維修方便、容易制造及投資較少等優(yōu)點(diǎn)，目前乃至將來仍然會有大量應(yīng)用。
根據(jù)芯模和纖維供給機(jī)構(gòu)（繞絲嘴）的運(yùn)動形式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，機(jī)械式纏繞機(jī)的類型可分為：
（一）小車環(huán)鏈?zhǔn)嚼p繞機(jī)
小車環(huán)鏈?zhǔn)嚼p繞機(jī)（圖2-3)的芯模水平放置，以環(huán)鏈、絲桿帶動小車運(yùn)動，纏繞時(shí)芯模繞自身軸勻速轉(zhuǎn)動，小車在平行子芯模軸線方向往復(fù)運(yùn)動，形成螺旋纏繞，調(diào)整相對運(yùn)動的速度可以改變螺旋角，一般為12°～70°。環(huán)向纏繞只在筒身段上進(jìn)行，小車移動速率變慢，芯模轉(zhuǎn)速變快，纏繞角控制范圍通常在85°～90°之間。適合于縱向只有單一角度的管、罐形制品的生產(chǎn)。
（二）繞臂式纏繞機(jī)
繞臂式纏繞機(jī)（圖2-4)又稱立式纏繞機(jī)。繞臂以小角度傾斜，位于繞臂端部的絲嘴則隨繞臂的旋轉(zhuǎn)，在一固定平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動。芯模繞自身軸線慢速轉(zhuǎn)動，繞臂（絲嘴）每轉(zhuǎn)一周，芯模轉(zhuǎn)動一微小角度，反映在芯模表面上是一個(gè)紗片寬度。紗片與兩端極孔相切，依次連續(xù)纏繞到芯模上。改變繞臂傾斜角度可以調(diào)整纏繞角，通過絲桿驅(qū)動絲嘴上下往復(fù)運(yùn)動來完成環(huán)向纏繞。
（三）滾轉(zhuǎn)式纏繞機(jī)
芯模可以一端或兩端固定，在垂直或水平平面內(nèi)滾轉(zhuǎn)，固定的伸臂來供給纖維，由附加裝置來實(shí)現(xiàn)環(huán)向纏繞（圖2-5).由于滾轉(zhuǎn)的動作限制制品的尺寸，適用于中小型容器的干法和濕法平面纏繞。
（四）跑道式纏繞機(jī)
跑道式纏繞機(jī)（圖2-6)圍繞芯模有環(huán)形軌道，裝有紗架和繞絲嘴的小車沿軌道運(yùn)動。小車?yán)@芯模運(yùn)轉(zhuǎn)一周，芯模自轉(zhuǎn)一微小角度，從而呈現(xiàn)出平面纏繞線型。芯模軸傾斜或水平放置，環(huán)形軌道平面必須與芯模軌成一纏繞角，以便使吐出的紗帶能避開芯模兩端機(jī)孔的接頭。適用于平面纏繞成型的大型產(chǎn)品。
（五）電纜機(jī)式縱向纏繞機(jī)
是一種專用于干法纏繞工藝的纏繞機(jī)，適用于纏繞無封頭的圓筒形容器或管道等制品（圖2-7）。利用加熱元件或熱空氣噴管通過熱空氣加熱、輻射加熱或接觸加熱方式軟化預(yù)浸紗帶后實(shí)施纏繞。裝有縱向紗團(tuán)的轉(zhuǎn)環(huán)與芯模進(jìn)行同步回轉(zhuǎn)，并沿芯模軸線作往復(fù)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)縱向纏繞。而環(huán)向?qū)永p繞則由紗片從轉(zhuǎn)向的紗團(tuán)拉出纏繞到芯模上構(gòu)成縱向?qū)雍螳E再將環(huán)向紗團(tuán)的紗片纏繞在縱向?qū)由希瑯?gòu)成環(huán)向?qū)印?/P>
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（六）球形容器纏繞機(jī)
球形容器纏繞機(jī)圖2-8。球形芯模懸臂連接在擺臂上，芯模既能隨擺臂擺動，又能在擺臂上繞自軸轉(zhuǎn)動。繞絲嘴與浸膠裝置都固定在轉(zhuǎn)臺上，轉(zhuǎn)臺內(nèi)裝置紗架，膠量由計(jì)量泵進(jìn)行控制。
（七）離心成型纏繞機(jī)
在高速轉(zhuǎn)動的筒狀模具的內(nèi)側(cè)借助離心力的作用將玻璃纖維粗紗布放到模具內(nèi)側(cè)的方法稱為內(nèi)側(cè)纏繞成型。此法可制成具有特殊性能的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制品。
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二、計(jì)算機(jī)控制纏繞機(jī)
現(xiàn)代纖維纏繞工藝技術(shù)的發(fā)展要求纏繞設(shè)備具有較高的精度、較大的靈活性和通用性，以適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)形式纏繞制品的成型要求。為實(shí)現(xiàn)一些特殊異形形狀制品（如三通、彎頭等）的精確纏繞，繞絲頭的運(yùn)動坐標(biāo)（自由度）己由一個(gè)發(fā)展到多個(gè)，再加上芯模主軸的旋轉(zhuǎn)（或擺動），就能使纖維不產(chǎn)生滑移地按初始線型設(shè)計(jì)進(jìn)行精密排布。機(jī)械式纏繞機(jī)要改變產(chǎn)品規(guī)格和線型、即調(diào)整繞絲嘴與芯模運(yùn)動關(guān)系相對困難，且無法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形體和復(fù)雜線型的纏繞。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制纏繞機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。
計(jì)算機(jī)控制纏繞機(jī)與機(jī)械式纏繞機(jī)的根本差別在于執(zhí)行機(jī)構(gòu)動力源均采用獨(dú)立的伺服電動機(jī)，各個(gè)機(jī)構(gòu)（運(yùn)動軸）間的運(yùn)動關(guān)系不是由機(jī)械傳動鏈確定，而是由計(jì)算機(jī)控制的伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。因此可以實(shí)現(xiàn)多軸纏繞，計(jì)算機(jī)控制纏繞機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)多采用精密傳動器件，落紗準(zhǔn)確、張力控制穩(wěn)定。
計(jì)算機(jī)控制纏繞機(jī)除纏繞機(jī)主體外，尚有控制和伺服傳動兩個(gè)系統(tǒng)。控制系統(tǒng)由控制介質(zhì)及控制裝置組成。控制介質(zhì)用于記載整個(gè)加工工藝過程，以便為控制裝置所接受。控制機(jī)構(gòu)也就是整個(gè)設(shè)備的計(jì)算部分。伺服傳動系統(tǒng)主要是經(jīng)伺服機(jī)構(gòu)（包括伺服放大及功率放大）后驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，往往還有傳動機(jī)構(gòu)，并有檢測裝置。
計(jì)算機(jī)控制纏繞機(jī)和機(jī)械式纏繞機(jī)相比，具有無可比擬的優(yōu)點(diǎn)：它可以使纏繞工作變得更加科學(xué)化。如對工藝參數(shù)的優(yōu)化組合，不需要再進(jìn)行常規(guī)的實(shí)驗(yàn)，借助計(jì)算機(jī)就可直接完成。這就保證了整個(gè)纏繞工藝過程中，每一個(gè)對產(chǎn)品質(zhì)量有影響的因素，都視為工藝參數(shù)。工藝參數(shù)可以在計(jì)算機(jī)上用示數(shù)法進(jìn)行優(yōu)化組合。被優(yōu)化組合的工藝參數(shù)被作為指令輸入到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中付諸實(shí)施，這不僅減輕了過去的繁瑣試驗(yàn)、數(shù)據(jù)歸納、分析計(jì)算，也擴(kuò)大了纏繞制品的應(yīng)用領(lǐng)域。目前，’己有機(jī)械手操縱纏繞機(jī)，大大減輕了人的勞動程度，并向高層次的機(jī)械化、自動化、機(jī)器人操作等方面發(fā)展。 [-page-]
一、機(jī)械系統(tǒng)
無論是機(jī)械式纏繞機(jī)還是計(jì)算機(jī)控制纏繞機(jī)，機(jī)械系統(tǒng)是相同的。包括機(jī)架、動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、運(yùn)動系統(tǒng)和芯模夾持系統(tǒng)等。
（一）機(jī)架
機(jī)架是纏繞抓的主體和各個(gè)系統(tǒng)安裝的基礎(chǔ)，按主軸位置可以分為立式和臥式。臥式結(jié)構(gòu)是常見的結(jié)構(gòu)形式，門架式和支座式是臥式結(jié)構(gòu)的兩種主要形式。
門架式系統(tǒng)是中、小型纏繞機(jī)常用的結(jié)構(gòu)形式，又可分為單工位和多工位，其中多工位有并聯(lián)和串聯(lián)兩種形式。門架式纏繞機(jī)（圖2-11)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
a)機(jī)架整體好，剛性大、運(yùn)輸安裝方便，可以有效的利用空間；
b)芯模可以從下面推入，裝卸方便、地面容易保潔、
C）導(dǎo)軌倒懸掛，不容易污染。
支座式系統(tǒng)主要適于大型纏繞機(jī)，由于芯模尺寸大、重量重，采用支座式結(jié)構(gòu)、配以天車便捷地完成裝卸芯模。由于主軸與小車系統(tǒng)分列，安裝調(diào)試難度較大。
（二）動力系統(tǒng)
纏繞機(jī)動力系統(tǒng)主要有兩種方案，一種方案是主軸與其他系統(tǒng)均采用伺服電動機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)0°纏繞 成本較高，尤其是主軸系統(tǒng)功率較大時(shí)更為突出：另一種方案是主軸采用普通調(diào)速電機(jī)、其他系統(tǒng)均采用交流伺服電動機(jī)，以主軸運(yùn)動參數(shù)為基準(zhǔn)實(shí)施控制。
（三）傳動系統(tǒng)
纏繞機(jī)的傳動系統(tǒng)主要有齒輪一鏈條傳動、齒輪一齒條傳動、滾珠一絲杠傳動和齒輪傳動等。纏繞機(jī)傳動系統(tǒng)的精度主要由傳動精度控制，因此選擇合適的傳動系統(tǒng)相當(dāng)重要。
（四）運(yùn)動系統(tǒng)：
由于纏繞機(jī)運(yùn)動系統(tǒng)速度較高，運(yùn)用目前普遍采用滾動導(dǎo)軌和直線軸承，以提高精度，對于精度要求不高的系統(tǒng)，如普通管道纏繞機(jī)，考慮成本，也可以常用普通導(dǎo)軌道導(dǎo)輪系統(tǒng)。
（五）主芯模夾持系統(tǒng)
芯模夾持主要有卡盤一頂針式、卡盤一卡盤式、法蘭一軸承支架式。卡盤一頂針式適于中等尺寸的芯模，單端驅(qū)動安裝方便，為提高自動化程度可以采用氣動頂針。卡盤一卡盤式主要適于細(xì)長桿纏繞繞，一方面可以采用雙端驅(qū)動、降低由于扭矩使芯模產(chǎn)生的扭角，另一方面可以安裝氣功／液壓拉伸芯軸，纏繞時(shí)芯軸受拉，降低由于芯模重力引起的撓度。軸承支架式主要適于大型芯模，驅(qū)動力矩大。
二、運(yùn)動控制系統(tǒng)
機(jī)械式纏繞機(jī)的運(yùn)動控制系統(tǒng)簡單，運(yùn)動關(guān)系是由機(jī)械系統(tǒng)確定的。數(shù)控纏繞機(jī)中運(yùn)動控制系統(tǒng)是纏繞機(jī)的核心，靠其完成各軸間的運(yùn)動關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)各種線形的纏繞。主要有兩種方案：
a)采用通用數(shù)控系統(tǒng)，如：SIEMENS810（3軸聯(lián)動）、SIEMENSE840D（4軸聯(lián)動等）；采用通用數(shù)控系統(tǒng)的纏繞機(jī)，集成程度較高，維護(hù)方便，但成本高、運(yùn)動軸數(shù)少、纏繞編程靈活性和機(jī)器拓展性差。
b)采用分布式專用數(shù)控系統(tǒng)，即依據(jù)纏繞機(jī)的特點(diǎn)與具體需求，將多軸運(yùn)動控制卡等集成為一個(gè)纏繞專用數(shù)控系統(tǒng)，如南京航空航天大學(xué)和萬格復(fù)合材料技術(shù)公司共同開發(fā)的FWP2000系統(tǒng)(7軸聯(lián)動）等，具有成本低、運(yùn)動軸數(shù)多、纏繞編程靈活等優(yōu)點(diǎn)，但應(yīng)用尚不夠廣泛。
三、浸膠裝置
纖維纏繞工藝中常見的浸膠形式有三種：浸膠法、擦膠法和計(jì)量浸膠法。
簡單的浸膠槽通常沒有運(yùn)動的部件，它們由浸膠輥、膠槽和壓膠輥組成。多根纖維紗通過浸膠輥浸上樹脂，然后通過第二浸膠輥和壓膠輥及分紗孔，后纏繞到芯模上。在高速纏繞時(shí)，纖維束的浸潤可以通過一個(gè)轉(zhuǎn)動的輥使纖維束鋪開以改善其浸透性，在這基礎(chǔ)上加裝限膠孔有助于控制纏繞制件的樹脂含量。
浸膠法適合于玻璃纖維和芳綸纖維纏繞，因?yàn)椴ＡЮw維和芳綸纖維損傷容限較大。在擦膠法浸漬裝置中，一個(gè)轉(zhuǎn)動的圓筒和樹脂槽內(nèi)的樹脂接觸帶起樹脂，經(jīng)過刮刀后在圓筒表面形成樹脂薄層，纖維在圓筒上部經(jīng)樹脂薄層浸膠，纖維在低應(yīng)力水平下浸漬，因此纖維不易損傷。擦膠法的缺點(diǎn)主要是纖維如有損傷，斷裂的纖維會粘在轉(zhuǎn)動圓筒的表面，越積越多，從而影響樹脂的含量以及增加纖維損傷，須隨時(shí)注意并加以清洗。
第三種樹脂浸漬形式為計(jì)量浸膠法，即限膠法浸漬。將纖維和樹脂引人一個(gè)一端大開口的通道，通道的另一端是一定寬度的機(jī)加孔，在通道內(nèi)樹脂充分浸漬纖維，經(jīng)過機(jī)加孔時(shí)多個(gè)余的樹脂被擠出。這一方法優(yōu)點(diǎn)是樹脂含量可嚴(yán)格控制。缺點(diǎn)是纖維的接頭不能通過，對于不同的樹脂體系和含膠量都必須更換限膠孔。
四、纖維鋪展裝置
對于不同的樹脂／纖維體系選用纖維鋪展裝置時(shí)應(yīng)考慮到盡量減小對纖維的損傷和浸膠紗帶在芯模上的合理展開與鋪疊。利用大而光滑的弧形繞絲嘴和導(dǎo)向環(huán)能減纖維損傷，使用陶瓷和表面鍍鉻能減少纖維和導(dǎo)向環(huán)相互之磨損。纏繞中纖維的覆蓋狀況取決于纖維束寬度的，在纖維束寬度方面的變化能導(dǎo)致纏繞縫隙或不希望的纖維重疊。事實(shí)上，纖維寬度是利用不同的繞絲嘴來控制的，圖為幾種常用的繞絲嘴形式。
五、加熱裝置
（一）烘箱
電加熱或氣加熱烘箱是傳統(tǒng)的固化設(shè)備，投資少，可做成不同的尺寸形狀。采用烘箱固化，所需固化壓力由收縮帶或空氣袋提供。在許多情況下，例如對于纏繞管和另外一些圓形制件，固化過程中制件應(yīng)保持轉(zhuǎn)動以減少下垂和樹脂滴落。因?yàn)椴粌H要加熱制件，而且包括周圍的空氣以及輔助設(shè)備如芯模和支撐體。烘箱的能耗花費(fèi)較多，大的烘房也要占用較大的空間。
（二）加熱燈
加熱燈也可提供一個(gè)高為170℃左右的固化溫度。在使用加熱燈作為熱源時(shí)，應(yīng)注意盡量使制件各部分受熱均勻。加熱燈固化的缺點(diǎn)是樹脂外先形成一層表皮，而這層表皮阻止在固化過程中的進(jìn)一步熱傳遞。紅外燈是復(fù)合材料固化常用的加熱燈，常在使樹脂從A階段轉(zhuǎn)變?yōu)锽階段過程中使用。
（三）蒸汽加熱
許多纏繞管材的廠家使用蒸汽作為樹脂固化的熱源。當(dāng)管道纏繞完畢后，熱蒸汽經(jīng)金屬芯模端部接頭通過管狀芯模，纏繞件快速固化。完全固化后，利用冷卻水快速冷卻。這樣做既能方便操作，提高效率，也能提供足夠的收縮以使脫模更為容易。
（四）熱壓罐
制備航空航天用高質(zhì)量制件，樹脂基體往往采用高性能環(huán)氧樹脂，雙馬來酞亞胺或聚酸亞胺，有必要采用真空袋／熱壓罐固化纖維纏繞件。熱壓罐固化能提供400°C的固化溫度和3. 5MPa的固化壓力。熱壓罐固化的主要缺點(diǎn)是長的固化周期以及尺寸等方面的限制。
（五）其他固化方法
電子束、激光、射頻、超聲、微波和誘導(dǎo)固化方法都在纖維纏繞工藝中試用且有不同程度的成功。超聲可使樹脂體系快速固化但這種固化不均勻。射頻固化己得到了許多研究并被認(rèn)為是一個(gè)有希望的加熱固化方式。針對射頻固化所開展的初步研究工作證明它是一種有應(yīng)用前景的加熱固化方式。激光加熱己基本被否定。微波固化爐初始投資高，但固化效率高，能源利用率也高，具有顯著的節(jié)能效果，但是對于導(dǎo)電的碳
纖維不能使用。
六、張力控制裝置
在纖維纏繞中纖維張力控制是獲得具有優(yōu)良性能復(fù)合材料的關(guān)鍵，纏繞張力的控制精度很大程度上決定了纏繞制品的質(zhì)量。張力控制系統(tǒng)有機(jī)械式（圖2-15）和電子式（圖2-16)兩種。均由張力傳感器、張力控制器和張力測控系統(tǒng)組成。張力裝置應(yīng)具有下列功能：纏繞張力可變、可控；纏繞張力便于調(diào)整；張力器具有繞緊功能，避免纖維松弛；隨著紗管尺寸的變化張力可自動補(bǔ)償。大多數(shù)高級增強(qiáng)材料多用紗管形式包裝，因此張力器常常安裝在紗管上，這樣便于遠(yuǎn)距離控制張力。同時(shí)，又便于在繞絲咀運(yùn)動中控制供紗系統(tǒng)的張力。新一代張力器裝有傳感裝置。通過監(jiān)控器監(jiān)控紗束上的實(shí)際張力。實(shí)時(shí)調(diào)整纏繞張力，使其保持均衡。
七、紗架
紗架是貯存纖維、安裝后置張力器的部件，重量較大。主要有三種類型：a)紗團(tuán)較少時(shí)，紗架直接安在小車上，張力波動小；b)紗團(tuán)較多時(shí)（6團(tuán)以上），紗架重量很大，直接裝在小車上穩(wěn)定性不好，因此紗架固定，但由于小車運(yùn)動，會使張力波動；C)為減少由于紗架固定引起的張力波動，采用隨動紗架，即紗架由另一套系統(tǒng)驅(qū)動，與小車同步。
一、機(jī)械系統(tǒng)
無論是機(jī)械式纏繞機(jī)還是計(jì)算機(jī)控制纏繞機(jī)，機(jī)械系統(tǒng)是相同的。包括機(jī)架、動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、運(yùn)動系統(tǒng)和芯模夾持系統(tǒng)等。
（一）機(jī)架
機(jī)架是纏繞抓的主體和各個(gè)系統(tǒng)安裝的基礎(chǔ)，按主軸位置可以分為立式和臥式。臥式結(jié)構(gòu)是常見的結(jié)構(gòu)形式，門架式和支座式是臥式結(jié)構(gòu)的兩種主要形式。
門架式系統(tǒng)是中、小型纏繞機(jī)常用的結(jié)構(gòu)形式，又可分為單工位和多工位，其中多工位有并聯(lián)和串聯(lián)兩種形式。門架式纏繞機(jī)（圖2-11)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
a)機(jī)架整體好，剛性大、運(yùn)輸安裝方便，可以有效的利用空間；
b)芯模可以從下面推入，裝卸方便、地面容易保潔、
C）導(dǎo)軌倒懸掛，不容易污染。
圖2-11門架式單工位及多工位纏繞機(jī)
支座式系統(tǒng)主要適于大型纏繞機(jī)，由于芯模尺寸大、重量重，采用支座式結(jié)構(gòu)、配以天車便捷地完成裝卸芯模。由于主軸與小車系統(tǒng)分列，安裝調(diào)試難度較大。
（二）動力系統(tǒng)
纏繞機(jī)動力系統(tǒng)主要有兩種方案，一種方案是主軸與其他系統(tǒng)均采用伺服電動機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)0°纏繞 成本較高，尤其是主軸系統(tǒng)功率較大時(shí)更為突出：另一種方案是主軸采用普通調(diào)速電機(jī)、其他系統(tǒng)均采用交流伺服電動機(jī)，以主軸運(yùn)動參數(shù)為基準(zhǔn)實(shí)施控制。
（三）傳動系統(tǒng)
纏繞機(jī)的傳動系統(tǒng)主要有齒輪一鏈條傳動、齒輪一齒條傳動、滾珠一絲杠傳動和齒輪傳動等。纏繞機(jī)傳動系統(tǒng)的精度主要由傳動精度控制，因此選擇合適的傳動系統(tǒng)相當(dāng)重要。
（四）運(yùn)動系統(tǒng)：
由于纏繞機(jī)運(yùn)動系統(tǒng)速度較高，運(yùn)用目前普遍采用滾動導(dǎo)軌和直線軸承，以提高精度，對于精度要求不高的系統(tǒng)，如普通管道纏繞機(jī)，考慮成本，也可以常用普通導(dǎo)軌道導(dǎo)輪系統(tǒng)。
（五）主芯模夾持系統(tǒng)
芯模夾持主要有卡盤一頂針式、卡盤一卡盤式、法蘭一軸承支架式。卡盤一頂針式適于中等尺寸的芯模，單端驅(qū)動安裝方便，為提高自動化程度可以采用氣動頂針。卡盤一卡盤式主要適于細(xì)長桿纏繞繞，一方面可以采用雙端驅(qū)動、降低由于扭矩使芯模產(chǎn)生的扭角，另一方面可以安裝氣功／液壓拉伸芯軸，纏繞時(shí)芯軸受拉，降低由于芯模重力引起的撓度。軸承支架式主要適于大型芯模，驅(qū)動力矩大。
二、運(yùn)動控制系統(tǒng)
機(jī)械式纏繞機(jī)的運(yùn)動控制系統(tǒng)簡單，運(yùn)動關(guān)系是由機(jī)械系統(tǒng)確定的。數(shù)控纏繞機(jī)中運(yùn)動控制系統(tǒng)是纏繞機(jī)的核心，靠其完成各軸間的運(yùn)動關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)各種線形的纏繞。主要有兩種方案：
a)采用通用數(shù)控系統(tǒng)，如：SIEMENS810（3軸聯(lián)動）、SIEMENSE840D（4軸聯(lián)動等）；采用通用數(shù)控系統(tǒng)的纏繞機(jī)，集成程度較高，維護(hù)方便，但成本高、運(yùn)動軸數(shù)少、纏繞編程靈活性和機(jī)器拓展性差。
b)采用分布式專用數(shù)控系統(tǒng)，即依據(jù)纏繞機(jī)的特點(diǎn)與具體需求，將多軸運(yùn)動控制卡等集成為一個(gè)纏繞專用數(shù)控系統(tǒng)，如南京航空航天大學(xué)和萬格復(fù)合材料技術(shù)公司共同開發(fā)的FWP2000系統(tǒng)(7軸聯(lián)動）等，具有成本低、運(yùn)動軸數(shù)多、纏繞編程靈活等優(yōu)點(diǎn)，但應(yīng)用尚不夠廣泛。
三、浸膠裝置
纖維纏繞工藝中常見的浸膠形式有三種：浸膠法、擦膠法和計(jì)量浸膠法。
圖2-13三種不同的浸膠形式
簡單的浸膠槽通常沒有運(yùn)動的部件，它們由浸膠輥、膠槽和壓膠輥組成。多根纖維紗通過浸膠輥浸上樹脂，然后通過第二浸膠輥和壓膠輥及分紗孔，后纏繞到芯模上。在高速纏繞時(shí)，纖維束的浸潤可以通過一個(gè)轉(zhuǎn)動的輥使纖維束鋪開以改善其浸透性，在這基礎(chǔ)上加裝限膠孔有助于控制纏繞制件的樹脂含量。
浸膠法適合于玻璃纖維和芳綸纖維纏繞，因?yàn)椴ＡЮw維和芳綸纖維損傷容限較大。在擦膠法浸漬裝置中，一個(gè)轉(zhuǎn)動的圓筒和樹脂槽內(nèi)的樹脂接觸帶起樹脂，經(jīng)過刮刀后在圓筒表面形成樹脂薄層，纖維在圓筒上部經(jīng)樹脂薄層浸膠，纖維在低應(yīng)力水平下浸漬，因此纖維不易損傷。擦膠法的缺點(diǎn)主要是纖維如有損傷，斷裂的纖維會粘在轉(zhuǎn)動圓筒的表面，越積越多，從而影響樹脂的含量以及增加纖維損傷，須隨時(shí)注意并加以清洗。
第三種樹脂浸漬形式為計(jì)量浸膠法，即限膠法浸漬。將纖維和樹脂引人一個(gè)一端大開口的通道，通道的另一端是一定寬度的機(jī)加孔，在通道內(nèi)樹脂充分浸漬纖維，經(jīng)過機(jī)加孔時(shí)多個(gè)余的樹脂被擠出。這一方法優(yōu)點(diǎn)是樹脂含量可嚴(yán)格控制。缺點(diǎn)是纖維的接頭不能通過，對于不同的樹脂體系和含膠量都必須更換限膠孔。
四、纖維鋪展裝置
對于不同的樹脂／纖維體系選用纖維鋪展裝置時(shí)應(yīng)考慮到盡量減小對纖維的損傷和浸膠紗帶在芯模上的合理展開與鋪疊。利用大而光滑的弧形繞絲嘴和導(dǎo)向環(huán)能減纖維損傷，使用陶瓷和表面鍍鉻能減少纖維和導(dǎo)向環(huán)相互之磨損。纏繞中纖維的覆蓋狀況取決于纖維束寬度的，在纖維束寬度方面的變化能導(dǎo)致纏繞縫隙或不希望的纖維重疊。事實(shí)上，纖維寬度是利用不同的繞絲嘴來控制的，圖為幾種常用的繞絲嘴形式。
五、加熱裝置
（一）烘箱
電加熱或氣加熱烘箱是傳統(tǒng)的固化設(shè)備，投資少，可做成不同的尺寸形狀。采用烘箱固化，所需固化壓力由收縮帶或空氣袋提供。在許多情況下，例如對于纏繞管和另外一些圓形制件，固化過程中制件應(yīng)保持轉(zhuǎn)動以減少下垂和樹脂滴落。因?yàn)椴粌H要加熱制件，而且包括周圍的空氣以及輔助設(shè)備如芯模和支撐體。烘箱的能耗花費(fèi)較多，大的烘房也要占用較大的空間。
（二）加熱燈
加熱燈也可提供一個(gè)高為170℃左右的固化溫度。在使用加熱燈作為熱源時(shí)，應(yīng)注意盡量使制件各部分受熱均勻。加熱燈固化的缺點(diǎn)是樹脂外先形成一層表皮，而這層表皮阻止在固化過程中的進(jìn)一步熱傳遞。紅外燈是復(fù)合材料固化常用的加熱燈，常在使樹脂從A階段轉(zhuǎn)變?yōu)锽階段過程中使用。
（三）蒸汽加熱
許多纏繞管材的廠家使用蒸汽作為樹脂固化的熱源。當(dāng)管道纏繞完畢后，熱蒸汽經(jīng)金屬芯模端部接頭通過管狀芯模，纏繞件快速固化。完全固化后，利用冷卻水快速冷卻。這樣做既能方便操作，提高效率，也能提供足夠的收縮以使脫模更為容易。
（四）熱壓罐
制備航空航天用高質(zhì)量制件，樹脂基體往往采用高性能環(huán)氧樹脂，雙馬來酞亞胺或聚酸亞胺，有必要采用真空袋／熱壓罐固化纖維纏繞件。熱壓罐固化能提供400°C的固化溫度和3. 5MPa的固化壓力。熱壓罐固化的主要缺點(diǎn)是長的固化周期以及尺寸等方面的限制。
（五）其他固化方法
電子束、激光、射頻、超聲、微波和誘導(dǎo)固化方法都在纖維纏繞工藝中試用且有不同程度的成功。超聲可使樹脂體系快速固化但這種固化不均勻。射頻固化己得到了許多研究并被認(rèn)為是一個(gè)有希望的加熱固化方式。針對射頻固化所開展的初步研究工作證明它是一種有應(yīng)用前景的加熱固化方式。激光加熱己基本被否定。微波固化爐初始投資高，但固化效率高，能源利用率也高，具有顯著的節(jié)能效果，但是對于導(dǎo)電的碳
纖維不能使用。
六、張力控制裝置
在纖維纏繞中纖維張力控制是獲得具有優(yōu)良性能復(fù)合材料的關(guān)鍵，纏繞張力的控制精度很大程度上決定了纏繞制品的質(zhì)量。張力控制系統(tǒng)有機(jī)械式（圖2-15）和電子式（圖2-16)兩種。均由張力傳感器、張力控制器和張力測控系統(tǒng)組成。張力裝置應(yīng)具有下列功能：纏繞張力可變、可控；纏繞張力便于調(diào)整；張力器具有繞緊功能，避免纖維松弛；隨著紗管尺寸的變化張力可自動補(bǔ)償。大多數(shù)高級增強(qiáng)材料多用紗管形式包裝，因此張力器常常安裝在紗管上，這樣便于遠(yuǎn)距離控制張力。同時(shí)，又便于在繞絲咀運(yùn)動中控制供紗系統(tǒng)的張力。新一代張力器裝有傳感裝置。通過監(jiān)控器監(jiān)控紗束上的實(shí)際張力。實(shí)時(shí)調(diào)整纏繞張力，使其保持均衡。
1一傳感器2一平衡桿1一傳感器2一平衡桿3一反饋4一扭簧5一過載簧
3一剎車帶4一拉簧6一制動輪7一剎車帶8一剎車簧9一杠桿
5一制動輪6一紗團(tuán)輪10一轉(zhuǎn)柄11一傳力繩12一緩沖輪13一紗團(tuán)
圖2-15機(jī)械式張力控制器原理示意圖
1一雙向伺服電機(jī)；2一伺服控制器；3一微處理器；4一張力網(wǎng)絡(luò)管理器；
5一數(shù)據(jù)記錄；6一張力傳感器；7一接導(dǎo)向環(huán)
圖2-16張力控制系統(tǒng)
七、紗架
紗架是貯存纖維、安裝后置張力器的部件，重量較大。主要有三種類型：a)紗團(tuán)較少時(shí)，紗架直接安在小車上，張力波動小；b)紗團(tuán)較多時(shí)（6團(tuán)以上），紗架重量很大，直接裝在小車上穩(wěn)定性不好，因此紗架固定，但由于小車運(yùn)動，會使張力波動；C)為減少由于紗架固定引起的張力波動，采用隨動紗架，即紗架由另一套系統(tǒng)驅(qū)動，與小車同步。
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定期良好的維護(hù)是保持設(shè)備良好狀態(tài)、充分發(fā)揮設(shè)備性能的基本條件。新纏繞機(jī)在使用之前，需根據(jù)其性能、特點(diǎn)等制訂出操作規(guī)程。操作規(guī)程是保證纏繞機(jī)安全運(yùn)行并合理使用的根本措施，必須嚴(yán)格執(zhí)行。
一、機(jī)械式纏繞機(jī)
機(jī)械式纏繞機(jī)的操作注意事項(xiàng)如下：
1)在每次操作前都要檢查各手柄、手輪的位置是否正確；
2)電機(jī)換向應(yīng)先按“停”，然后才能按另一個(gè)方向的按鈕；
3)機(jī)器在工作狀態(tài)中不可扳動各手柄手輪，以免打壞齒輪牙輪；
4)環(huán)向纏繞的開合螺母除加工外，不得合上，防止傳動鏈條互相干涉，造成事故；
5)如果掛輪配合孔與鍵槽的尺寸精度不高，安裝掛輪時(shí)禁止硬敲，以免設(shè)備破壞。
機(jī)械式纏繞機(jī)的維護(hù)注意事項(xiàng)如下：
1)機(jī)器的潤滑
①．在纏繞機(jī)工作前，在各傳動軸、鏈條、鏈輪、齒輪上加機(jī)油潤
滑，減少零件的磨損；
②．齒輪箱的潤滑油應(yīng)為20#機(jī)油，油面高度不低于5cm;
③．潤滑油按照說明書定期更換
2)機(jī)器的清潔
纏繞機(jī)需保持清潔，但注意不要用丙酮等擦洗機(jī)器的控制面，以免破壞纏繞機(jī)的油漆。
二、計(jì)算機(jī)控制纏繞機(jī)
計(jì)算機(jī)控制纏繞機(jī)的操作維護(hù)要求相對較高，必須注意以下幾方面：
1、操作要求
①使用纏繞機(jī)的操作人員必須執(zhí)有上崗證；操作人員應(yīng)熟悉操作系統(tǒng)。
②工作前要清理設(shè)備周圍環(huán)境的衛(wèi)生，操作人員一律穿戴好工作服、工作帽后方可進(jìn)行操作，嚴(yán)禁無關(guān)人員在工作區(qū)逗留。
③纏繞機(jī)只有在完好的工作狀態(tài)下才能操作，使用前須認(rèn)真檢查設(shè)備，空車運(yùn)行確認(rèn)設(shè)備正常、工裝模具安裝正確后方可進(jìn)行纏繞作業(yè)。
④裝模具時(shí)注意尾座液壓表讀數(shù)，控制模具的預(yù)應(yīng)力。
⑤電源開啟順序：穩(wěn)壓電源一空調(diào)電源一控制板電源一空氣壓縮機(jī)。
⑥啟動紗箱控制系統(tǒng)，檢查運(yùn)行是否正常，然后按下SERVO ON按扭，使纏繞機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)，然后調(diào)用、編輯纏繞程序，開始纏繞。
⑦調(diào)試?yán)p繞程序前必須先根據(jù)制品的直徑、長度確定纏繞機(jī)Y軸和Z軸的運(yùn)行范圍，在調(diào)試程序時(shí)須嚴(yán)格控制纏繞速度。
⑧當(dāng)應(yīng)用預(yù)浸帶工作模式時(shí)注意不要觸摸加熱部件，以免灼傷！必須等冷卻后再進(jìn)行維護(hù)工作，以免灼傷！注意由于驅(qū)動電機(jī)外部風(fēng)扇故障而造成電機(jī)過熱引發(fā)灼傷。
⑨在生產(chǎn)過程中不要觸摸繞線軸和擺臂，以免對人員造成傷害及部件造成損壞。
⑩如果在纏繞生產(chǎn)過程中出現(xiàn)故障，及時(shí)按下急停開關(guān)E STOP或纏繞停止按扭STOP，請相關(guān)人員進(jìn)行修理。一因維修或停電原因，控制系統(tǒng)停電和重新上電之間的間隔時(shí)間少應(yīng)為5分鐘。
①嚴(yán)禁用手觸摸控制電路變頻器電路板元器件管腳和有關(guān)的導(dǎo)電部分。
②纏繞完畢后先按下SERVO OFF扭，關(guān)閉氣泵，退出運(yùn)行狀態(tài)時(shí)應(yīng)先按下纏繞停止STOP按扭，切除系統(tǒng)電源，保證數(shù)控系統(tǒng)“先開后關(guān)”的工作順序。
③工作完畢后，一必須將設(shè)備及周圍的垃圾及時(shí)清理千凈，保持環(huán)境衛(wèi)生。
2,維護(hù)
①主控設(shè)備，每周進(jìn)行主控開關(guān)連接／不連接（纏繞機(jī)到主電源）功能測試：
②每周進(jìn)行急停開關(guān)/停開關(guān)功能測試，當(dāng)按下急停開關(guān)時(shí)機(jī)器停止，它安裝在控制臺和動力柱上，順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)則打開急停按扭。
③每年電源線目測、功能測試，對纏繞機(jī)的控制系統(tǒng)配備的三相四線制的電源和隔離地線（進(jìn)行黃色/綠色絕緣線）測試
④操作、維護(hù)、修理等等工作時(shí)，必須遵守操作手冊中的詳細(xì)說明。
復(fù)習(xí)題
1．纏繞機(jī)有幾種類型
2．試介紹纏繞工藝中幾個(gè)自由度的概念。
3．簡要說明機(jī)械式纏繞機(jī)和計(jì)算機(jī)控制纏繞機(jī)的特點(diǎn)
4．纏繞制品的固化方式有哪幾種？
5.纏繞設(shè)備的組成及各主輔設(shè)備的功能