变刚度复合材料构件的纤维曲线铺放路径规划与成型研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiqt001
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自动纤维铺放技术作为一种比较前沿先进的复合材料制造技术,已经得到了国内外相关研究机构的广泛关注,并且取得了一些可观的研究成果。我国的纤维铺放技术还处在起步阶段,所以研究和发展此项技术对于提高我国的高性能复合材料产品的制造水平具有重大的意义。因此,对自动纤维铺放技术中的路径规划和铺放成型进行了系统性的研究。  采用变刚度纤维曲线铺放的方法对圆柱芯模和自由曲面芯模进行了路径规划。应用MATLAB软件,开发了一套适用于圆柱芯模的变刚度曲线路劲规划程序。此程序可以实现任意圆柱芯模的任意角度和方向的路径规划,并保存规划后的路径信息。应用Solidworks API二次开发平台,编程完成自由曲面芯模的路径规划,提出了基于IGES格式分析路径信息的方法。此方法由于不受曲面形状的限制,减少了一部分运算。采用NURBS曲线对纤维曲线路径进行了离散,拟合,节点细化和再拟合,最终获得符合铺放精度的路径点。  对六自由度铺放机器人进行建模和运动学分析,且为了扩大铺放机器人的工作范围,使得铺放机器人在铺放过程中的本体姿态得到优化,增加了一台两自由度变位机协调铺放机器人完成工作,为后续的铺放仿真实验奠定基础。  在Solidworks软件环境中,搭建纤维铺放系统,并根据路径点信息建立圆柱芯模表面的位姿信息;采用几何法对铺放机器人与变位机的协调工作两种状态进行计算,实现变刚度纤维曲线的路径规划仿真。仿真完成后对两种工作状态下的铺放机器人各主要关节的角位移、角速率进行分析,通过分析验证铺放头匀速运动,变位机变速协调工作下,铺放机器人运动平稳连续,路径仿真结果正确合理。应用Robotstudio软件,搭建纤维铺放系统,对自由曲面芯模的路径规划进行仿真。仿真结果表明IGES格式分析法正确,自由曲面芯模上变刚度纤维曲线路径规划可行。  最后,对铺放头本体结构进行了设计和实际的加工,利用实验室现有条件调试铺放头控制系统并上电检测,铺放头可以连续运转工作,能够实现平稳连续的铺放任务。
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