数控纤维铺丝机的铺放头及手腕关节的研究

摘要

复合材料，从20世纪50年代起，伴随着航空航天、汽车、船舶和建筑等各项军用和民用行业的技术进步，获得了高速的发展。树脂基复合材料是其中最先开发和产业化推广的，因此其应用最广、产业化程度最高。数控纤维铺放技术即是树脂基复合材料的一种先进成型技术。
　　数控纤维铺放技术是在缠绕技术基础上发展起来的复合材料自动化成型制造技术之一，它类似于多自由度缠绕技术。纤维缠绕在满足落纱稳定、纤维连续缠绕和正缠绕张力3个条件下，能够加工凸曲面回转体零件，但对于缠绕凹曲面等复杂异型件时，纤维缠绕技术就受到限制。
　　纤维铺放设备通过计算机控制系统的控制，按照设定的轨迹完成在芯模表面上的铺放任务。它可以实现连续变角度铺放，并可成形凹曲面，且纤维带宽可变。它更适用于制造含有凹曲面的回转体，具有深槽、加强筋的壳体构件等外形相对复杂的纤维增强制品。
　　目前国内在这一领域的研究工作刚刚起步，国外封锁相关的技术资料，可借鉴和参考的资料不多，只能根据对铺放设备基本功能的分析理解，从最基础方面进行研究工作。
　　本论文根据“飞机发动机进气道”这类典型零件的纤维铺放工艺要求，通过轨迹规化确定铺放头所需的运动坐标数和运动范围。对实验室现有六轴缠绕机进行改造设计，保留原有主轴坐标和三个直线坐标，分析手腕关节在铺放过程中运动要求和范围，确定研制的手腕关节的坐标数和摆动范围。对手腕各关节分析计算并选择伺服电机及减速器，并考虑手腕与原有设备连接的问题，在此基础上进行结构设计。通过分析纤维铺放过程中工作原理，“铺放头”内部应实现的各种功能动作，结合多路纤维铺放的特点，并对原有的铺放实验装置进行实验研究，提出铺放头设计方案：根据预浸纤维特点，重送机构采取滚动挤压为主并辅以风力吹送的方式，采取联动剪切机构剪切纤维，采用杠杆式夹紧和单压辊施压方式夹持纤维，并对运动机构进行了受力分析和运动仿真。根据“铺放头”动作要求，组成“铺放头”控制系统，开发PLC控制程序，并在铺放实验装置上调试实验。本论文为完善铺放理论，进一步开发纤维铺放设备，奠定了基础。

目录

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数控纤维铺丝机的铺放头及手腕关节的研究

RESEARCH ON HEAD AND WRIST OFNC FIBER PLACEMENT MACHINE

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 课题研究的主要内容

第2章 手腕机构设计与分析

2.1 数控纤维铺丝机

2.2 手腕机构运动范围

2.3 手腕机构传动方案

2.4 伺服电机的选择

2.5 零件分析计算

2.6 本章小结

第3章 纤维铺放头的设计与分析

3.1 纤维铺放头工作原理及基本组成

3.2 纤维铺放头的方案设计

3.3 纤维铺放头的结构设计与分析

3.4 本章小结

第4章 铺放头控制系统的研究

4.1 控制系统功能要求

4.2 控制系统的组成

4.3 PLC 程序流程图

4.4 控制系统的实验测试

4.5 本章小结

结论

参考文献

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