專利名稱：復(fù)合材料鋪放軌跡微變徑自調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料鋪放軌跡微變徑自調(diào)整方法，屬于復(fù)合材料鋪放軌 跡設(shè)計(jì)技術(shù)。
背景技術(shù)：
纖維帶鋪放技術(shù)是復(fù)合材料成型的主要工藝之一，從開(kāi)始應(yīng)用于航空航天領(lǐng) 域，到現(xiàn)在化工、汽車等行業(yè)。對(duì)于形狀規(guī)則的芯模，鋪放軌跡可以按照芯模的
具體形狀具體設(shè)計(jì)，鋪放軌跡規(guī)則，鋪放質(zhì)量好；但是對(duì)于形狀復(fù)雜不規(guī)則的芯 模，無(wú)法用方程表達(dá)，設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)方程可依，只能釆用三維軟件對(duì)芯模網(wǎng)格化來(lái)逼 近芯模輪廓，進(jìn)而設(shè)計(jì)鋪放軌跡。參見(jiàn)參考文獻(xiàn)"自由曲面構(gòu)件的纖維鋪放路徑
規(guī)劃"(邵冠軍，游有鵬,熊慧南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，南京，210016 南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)第37卷增刊2005年ll月144-148 )。這種設(shè)計(jì)方法 對(duì)于小曲率芯模，其鋪層易出現(xiàn)重疊或離逢的現(xiàn)象，這對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量造成不利影 響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種誤差小、精度高的復(fù)合材料鋪放軌跡微變徑自調(diào) 整方法。
復(fù)合材料鋪放軌跡微變徑自調(diào)整方法設(shè)計(jì)步驟如下根據(jù)芯模網(wǎng)格理論進(jìn)行 鋪放軌跡設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)軌跡是對(duì)理想軌跡的一種逼近，逼近的精度取決于網(wǎng)格的密 度；設(shè)理論軌跡AD, 對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)軌跡為設(shè)計(jì)軌跡AB和設(shè)計(jì)軌跡BD,對(duì)應(yīng)的 經(jīng)過(guò)調(diào)整后的實(shí)際軌跡為實(shí)際軌跡AC和實(shí)際軌跡CD';設(shè)計(jì)軌跡AB,在A
點(diǎn)執(zhí)行單步鋪放到B點(diǎn)，該步步長(zhǎng)為& = "，~ = 6,利用機(jī)床軌跡控制代碼仿真對(duì) 設(shè)計(jì)軌跡進(jìn)行誤差分析得到B點(diǎn)在某一方向^上偏離理想軌跡^;實(shí)際軌跡AC，該步步長(zhǎng)調(diào)整為^ ="'力} = 6',即通過(guò)使設(shè)計(jì)軌跡在^方向上將機(jī)床坐標(biāo)調(diào)整一 個(gè)^距離消除誤差；設(shè)計(jì)軌跡BD,在B點(diǎn)執(zhí)行單步鋪放到D點(diǎn)，該步步長(zhǎng)為 Ar = "A>^",由于上一步軌跡調(diào)整的影響，軌跡BD將整體偏移一個(gè)力距離，與
理想軌跡存在一定的偏差；實(shí)際軌跡CD'，該步步長(zhǎng)調(diào)整為^:e'，A^^》，即通 過(guò)使設(shè)計(jì)軌跡在^反方向上將機(jī)床坐標(biāo)調(diào)整一個(gè)^距離消除誤差；根據(jù)鋪放軌跡
的不同，上述^方向?yàn)閳A周方向，或軌跡垂直方向，或芯模軸向方向。
同時(shí)根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)和芯模輪廓判斷軌跡調(diào)整可運(yùn)行空間、根據(jù)鋪放角判斷軌
跡調(diào)整量大小，選擇運(yùn)行空間允許、軌跡調(diào)整量小的方法進(jìn)行調(diào)整。
鋪放軌跡代碼經(jīng)過(guò)微變徑處理后，可將鋪放軌跡上存在的軌跡誤差大大降
低，這有利于消除鋪放帶的重疊和離縫現(xiàn)象，可大大提高產(chǎn)品的整體鋪放質(zhì)量。
情況一在周向計(jì)算、消除誤差的搡作方法，見(jiàn)圖l、圖2、圖3 圖l:設(shè)計(jì)鋪放軌跡。 圖2:單步調(diào)整軌跡。 圖3:修正鋪放軌跡。
情況二在軌跡垂直方向上計(jì)算、消除誤差的搡作方法，見(jiàn)圖4、圖5、圖6 圖4:設(shè)計(jì)鋪放軌跡。 圖5:單步調(diào)整軌跡。 圖6:修正鋪放軌跡。
情況三在軸向計(jì)算、消除誤差的操作方法，見(jiàn)圖7、圖8、圖9 圖7:設(shè)計(jì)鋪放軌跡。 圖8:'單步調(diào)整軌跡。 圖9:修正鋪放軌跡。
圖中標(biāo)號(hào)名稱1、理想鋪放軌跡，2、設(shè)計(jì)鋪放軌跡，3、芯模，4、情況一 的單步修正軌跡，5、情況一的修正軌跡，6、情況二的單步修正軌跡，7、情況 二的修正軌跡，8、情況三的單步修正軌跡，9、情況三的修正軌跡。


具體實(shí)施例方式
微變徑自調(diào)整方法是跟蹤并記錄設(shè)計(jì)鋪放軌跡的誤差，根據(jù)偏差大小對(duì)鋪放 軌跡控制程序進(jìn)行微調(diào)整，從而提高鋪放精度和鋪層質(zhì)量的方法。
跟據(jù)芯模網(wǎng)格理論進(jìn)行鋪放軌跡規(guī)劃，設(shè)計(jì)的軌跡是對(duì)理想軌跡的一種逼 近，逼近的精度取決于網(wǎng)格的密度， 一般來(lái)講網(wǎng)格越密逼近精度越高，但是考慮 到程序的運(yùn)行效率和高密度網(wǎng)格的獲取難度，設(shè)計(jì)鋪放軌跡時(shí)所用網(wǎng)格的密度隨 芯模大小而定。節(jié)點(diǎn)的間距決定著鋪放軌跡的精度，見(jiàn)圖(l)設(shè)計(jì)的鋪放軌跡偏 離理想鋪放軌跡，這種軌跡誤差可以通過(guò)微變徑自調(diào)整方法來(lái)解決。
鋪放軌跡出現(xiàn)誤差，如圖l、圖4、圖7所示，其軌跡周向、軌跡垂線方向、
軸向誤差分別為/7、 ^、 &。對(duì)于該軌跡的誤差，可以跟據(jù)機(jī)床軌跡控制代碼仿
真出鋪放軌跡，然后對(duì)鋪放軌跡進(jìn)行誤差分析，即判斷代碼控制軌跡和理想軌跡 的偏差，然后通過(guò)微變徑自調(diào)整方法消除該偏差。
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖l、圖2和圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式由理 想鋪放軌跡曲線l、設(shè)計(jì)軌跡曲線2、芯模3、單步修正軌跡曲線4、修正軌跡曲 線5組成；根據(jù)工況設(shè)計(jì)芯模3表面理想鋪放軌跡曲線1，對(duì)芯模網(wǎng)格化后設(shè)計(jì) 鋪放軌跡2，若設(shè)計(jì)軌跡2與理想軌跡1存在偏差h,見(jiàn)圖1，需對(duì)設(shè)計(jì)軌跡2 進(jìn)行微變徑消除誤差處理；在機(jī)床運(yùn)行到B點(diǎn)時(shí)，將機(jī)床Y坐標(biāo)向設(shè)計(jì)軌跡偏差 反方向調(diào)整h,保證AB段軌跡的準(zhǔn)確性，見(jiàn)圖2;調(diào)整后的修正軌跡BD存在穩(wěn) 定偏差h,因此需要對(duì)軌跡4進(jìn)行二次調(diào)整，在下一步的終點(diǎn)將機(jī)床Y坐標(biāo)沿原 偏差方向調(diào)整h，軌跡恢復(fù)原設(shè)計(jì)軌跡5，見(jiàn)圖3;兩次調(diào)整后，由于張力的作 用，鋪放帶會(huì)沿最穩(wěn)定最短的軌跡鋪放，即回到理想軌跡l,從而消除了設(shè)計(jì)軌 跡的誤差h。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖4、圖5和圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式由理 想鋪放軌跡曲線l、設(shè)計(jì)軌跡曲線2、芯模3、單步修正軌跡曲線6、修正軌跡曲 線7組成；根據(jù)工況設(shè)計(jì)芯模3表面理想鋪放軌跡曲線1，對(duì)芯模網(wǎng)格化后設(shè)計(jì) 鋪放軌跡2,若設(shè)計(jì)軌跡2與理想軌跡1存在偏差hl,見(jiàn)圖4，需對(duì)設(shè)計(jì)軌跡2 進(jìn)行微變徑消除誤差處理；在機(jī)床運(yùn)行到B點(diǎn)時(shí)，將機(jī)床鋪放頭向設(shè)計(jì)軌跡偏差 反方向調(diào)整hl,保證AB段軌跡的準(zhǔn)確性，見(jiàn)圖5;調(diào)整后的修正軌跡BD存在穩(wěn) 定偏差hl，因此需要對(duì)軌跡6進(jìn)行二次調(diào)整，在下一步的終點(diǎn)將機(jī)床鋪放頭沿原偏差方向調(diào)整hl，軌跡恢復(fù)原設(shè)計(jì)軌跡7，見(jiàn)圖6;兩次調(diào)整后，由于張力的 作用，鋪放帶會(huì)沿最穩(wěn)定最短的軌跡鋪放，即回到理想軌跡l,從而消除了設(shè)計(jì) 軌跡的誤差hl。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖7、圖8和圖9說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式由理 想鋪放軌跡曲線l、設(shè)計(jì)軌跡曲線2、芯模3、單步修正軌跡曲線8、修正軌跡曲 線9組成；根據(jù)工況設(shè)計(jì)芯模3表面理想鋪放軌跡曲線1,對(duì)芯模網(wǎng)格化后設(shè)計(jì) 鋪放軌跡2,若設(shè)計(jì)軌跡2與理想軌跡1存在偏差h2，見(jiàn)圖7，需對(duì)設(shè)計(jì)軌跡2 進(jìn)行微變徑消除誤差處理；在機(jī)床運(yùn)行到B點(diǎn)時(shí)，將機(jī)床X坐標(biāo)向設(shè)計(jì)軌跡偏差 反方向調(diào)整h2,保證AB段軌跡的準(zhǔn)確性，見(jiàn)圖2;調(diào)整后的修正軌跡BD存在穩(wěn) 定偏差h2,因此需要對(duì)軌跡8進(jìn)行二次調(diào)整，在下一步的終點(diǎn)將機(jī)床X坐標(biāo)沿 原偏差方向調(diào)整h2,軌跡恢復(fù)原設(shè)計(jì)軌跡9，見(jiàn)圖3;兩次調(diào)整后，由于張力的 作用，鋪放帶會(huì)沿最穩(wěn)定最短的軌跡鋪放，即回到理想軌跡l，從而消除了設(shè)計(jì) 軌跡的誤差h2。
權(quán)利要求
1、一種復(fù)合材料鋪放軌跡微變徑自調(diào)整方法，其特征在于包括以下步驟根據(jù)芯模網(wǎng)格理論進(jìn)行鋪放軌跡設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)軌跡是對(duì)理想軌跡的一種逼近，逼近的精度取決于網(wǎng)格的密度；設(shè)理論軌跡AD，對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)軌跡為設(shè)計(jì)軌跡AB和設(shè)計(jì)軌跡BD，對(duì)應(yīng)的經(jīng)過(guò)調(diào)整后的實(shí)際軌跡為實(shí)際軌跡AC和實(shí)際軌跡CD′；設(shè)計(jì)軌跡AB，在A點(diǎn)執(zhí)行單步鋪放到B點(diǎn)，該步步長(zhǎng)為Δx＝a，Δy＝b，利用機(jī)床軌跡控制代碼仿真對(duì)設(shè)計(jì)軌跡進(jìn)行誤差分析得到B點(diǎn)在某一方向w上偏離理想軌跡h；實(shí)際軌跡AC，該步步長(zhǎng)調(diào)整為Δx＝a’，Δy＝b’，即通過(guò)使設(shè)計(jì)軌跡在方向上將機(jī)床坐標(biāo)調(diào)整一個(gè)h距離消除誤差；設(shè)計(jì)軌跡BD，在B點(diǎn)執(zhí)行單步鋪放到D點(diǎn)，該步步長(zhǎng)為Δx＝c，Δy＝d，由于上一步軌跡調(diào)整的影響，軌跡BD將整體偏移一個(gè)h距離，與理想軌跡存在一定的偏差；實(shí)際軌跡CD’，該步步長(zhǎng)調(diào)整為Δx＝c’，Δy＝d’，即通過(guò)使設(shè)計(jì)軌跡在反方向上將機(jī)床坐標(biāo)調(diào)整一個(gè)h距離消除誤差；根據(jù)鋪放軌跡的不同，上述w方向?yàn)閳A周方向，或軌跡垂直方向，或芯模軸向方向。
全文摘要
一種復(fù)合材料鋪放軌跡微變徑自調(diào)整方法，涉及復(fù)合材料鋪放成型技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于通過(guò)判斷、計(jì)算設(shè)計(jì)軌跡與理想軌跡之間的誤差，在某一方向上進(jìn)行兩步鋪放軌跡微調(diào)整，即首先將存在誤差的軌跡節(jié)點(diǎn)微調(diào)到理想軌跡上，然后根據(jù)調(diào)整量，相應(yīng)的對(duì)后續(xù)節(jié)點(diǎn)做反向微調(diào)。該方法可有效消除設(shè)計(jì)鋪放軌跡誤差，且誤差處理計(jì)算量不大。
文檔編號(hào)G05B19/19GK101419446SQ200810236199
公開(kāi)日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2008年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月26日
發(fā)明者張建寶, 文立偉, 勇 李, 王顯峰, 軍 肖, 齊俊偉 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)