CN101419446A - 复合材料铺放轨迹微变径自调整方法 - Google Patents

复合材料铺放轨迹微变径自调整方法 Download PDF

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Abstract

一种复合材料铺放轨迹微变径自调整方法，涉及复合材料铺放成型技术领域。其特征在于：通过判断、计算设计轨迹与理想轨迹之间的误差，在某一方向上进行两步铺放轨迹微调整，即首先将存在误差的轨迹节点微调到理想轨迹上，然后根据调整量，相应的对后续节点做反向微调。该方法可有效消除设计铺放轨迹误差，且误差处理计算量不大。

Description

复合材料铺放轨迹微变径自调整方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料铺放轨迹微变径自调整方法，属于复合材料铺放轨迹设计技术。
背景技术
纤维带铺放技术是复合材料成型的主要工艺之一，从开始应用于航空航天领域，到现在化工、汽车等行业。对于形状规则的芯模，铺放轨迹可以按照芯模的具体形状具体设计，铺放轨迹规则，铺放质量好；但是对于形状复杂不规则的芯模，无法用方程表达，设计时无方程可依，只能采用三维软件对芯模网格化来逼近芯模轮廓，进而设计铺放轨迹。参见参考文献“自由曲面构件的纤维铺放路径规划”(邵冠军，游有鹏，熊慧南京航空航天大学机电学院，南京，210016南京航空航天大学学报第37卷增刊2005年11月144-148)。这种设计方法对于小曲率芯模，其铺层易出现重叠或离逢的现象，这对产品的质量造成不利影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种误差小、精度高的复合材料铺放轨迹微变径自调整方法。
复合材料铺放轨迹微变径自调整方法设计步骤如下：根据芯模网格理论进行铺放轨迹设计，设计轨迹是对理想轨迹的一种逼近，逼近的精度取决于网格的密度；设理论轨迹AD，对应的设计轨迹为：设计轨迹AB和设计轨迹BD，对应的经过调整后的实际轨迹为：实际轨迹AC和实际轨迹CD＇；设计轨迹AB，在A点执行单步铺放到B点，该步步长为Δx＝a，Δy＝b，利用机床轨迹控制代码仿真对设计轨迹进行误差分析得到B点在某一方向
Figure A200810236199D0003102033QIETU
w上偏离理想轨迹h；实际轨迹AC，该步步长调整为Δx＝a’，Δy＝b’，即通过使设计轨迹在
Figure A200810236199D00041
方向上将机床坐标调整一个h距离消除误差；设计轨迹BD，在B点执行单步铺放到D点，该步步长为Δx＝c，Δy＝d，由于上一步轨迹调整的影响，轨迹BD将整体偏移一个h距离，与理想轨迹存在一定的偏差；实际轨迹CD’，该步步长调整为Δx＝c’，Δy＝d’，即通过使设计轨迹在
Figure A200810236199D00042
反方向上将机床坐标调整一个h距离消除误差；根据铺放轨迹的不同，上述方向为：圆周方向，或轨迹垂直方向，或芯模轴向方向。
同时根据机床结构和芯模轮廓判断轨迹调整可运行空间、根据铺放角判断轨迹调整量大小，选择运行空间允许、轨迹调整量小的方法进行调整。
铺放轨迹代码经过微变径处理后，可将铺放轨迹上存在的轨迹误差大大降低，这有利于消除铺放带的重叠和离缝现象，可大大提高产品的整体铺放质量。
附图说明
情况一：在周向计算、消除误差的操作方法，见图1、图2、图3
图1：设计铺放轨迹。
图2：单步调整轨迹。
图3：修正铺放轨迹。
情况二：在轨迹垂直方向上计算、消除误差的操作方法，见图4、图5、图6
图4：设计铺放轨迹。
图5：单步调整轨迹。
图6：修正铺放轨迹。
情况三：在轴向计算、消除误差的操作方法，见图7、图8、图9
图7：设计铺放轨迹。
图8：单步调整轨迹。
图9：修正铺放轨迹。
图中标号名称：1、理想铺放轨迹，2、设计铺放轨迹，3、芯模，4、情况一的单步修正轨迹，5、情况一的修正轨迹，6、情况二的单步修正轨迹，7、情况二的修正轨迹，8、情况三的单步修正轨迹，9、情况三的修正轨迹。
具体实施方式
微变径自调整方法是跟踪并记录设计铺放轨迹的误差，根据偏差大小对铺放轨迹控制程序进行微调整，从而提高铺放精度和铺层质量的方法。
跟据芯模网格理论进行铺放轨迹规划，设计的轨迹是对理想轨迹的一种逼近，逼近的精度取决于网格的密度，一般来讲网格越密逼近精度越高，但是考虑到程序的运行效率和高密度网格的获取难度，设计铺放轨迹时所用网格的密度随芯模大小而定。节点的间距决定着铺放轨迹的精度，见图(1)设计的铺放轨迹偏离理想铺放轨迹，这种轨迹误差可以通过微变径自调整方法来解决。
铺放轨迹出现误差，如图1、图4、图7所示，其轨迹周向、轨迹垂线方向、轴向误差分别为h、h1、h2。对于该轨迹的误差，可以跟据机床轨迹控制代码仿真出铺放轨迹，然后对铺放轨迹进行误差分析，即判断代码控制轨迹和理想轨迹的偏差，然后通过微变径自调整方法消除该偏差。
具体实施方式一：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式由理想铺放轨迹曲线1、设计轨迹曲线2、芯模3、单步修正轨迹曲线4、修正轨迹曲线5组成；根据工况设计芯模3表面理想铺放轨迹曲线1，对芯模网格化后设计铺放轨迹2，若设计轨迹2与理想轨迹1存在偏差h，见图1，需对设计轨迹2进行微变径消除误差处理；在机床运行到B点时，将机床Y坐标向设计轨迹偏差反方向调整h，保证AB段轨迹的准确性，见图2；调整后的修正轨迹BD存在稳定偏差h，因此需要对轨迹4进行二次调整，在下一步的终点将机床Y坐标沿原偏差方向调整h，轨迹恢复原设计轨迹5，见图3；两次调整后，由于张力的作用，铺放带会沿最稳定最短的轨迹铺放，即回到理想轨迹1，从而消除了设计轨迹的误差h。
具体实施方式二：结合图4、图5和图6说明本实施方式，本实施方式由理想铺放轨迹曲线1、设计轨迹曲线2、芯模3、单步修正轨迹曲线6、修正轨迹曲线7组成；根据工况设计芯模3表面理想铺放轨迹曲线1，对芯模网格化后设计铺放轨迹2，若设计轨迹2与理想轨迹1存在偏差h1，见图4，需对设计轨迹2进行微变径消除误差处理；在机床运行到B点时，将机床铺放头向设计轨迹偏差反方向调整h1，保证AB段轨迹的准确性，见图5；调整后的修正轨迹BD存在稳定偏差h1，因此需要对轨迹6进行二次调整，在下一步的终点将机床铺放头沿原偏差方向调整h1，轨迹恢复原设计轨迹7，见图6；两次调整后，由于张力的作用，铺放带会沿最稳定最短的轨迹铺放，即回到理想轨迹1，从而消除了设计轨迹的误差h1。
具体实施方式三：结合图7、图8和图9说明本实施方式，本实施方式由理想铺放轨迹曲线1、设计轨迹曲线2、芯模3、单步修正轨迹曲线8、修正轨迹曲线9组成；根据工况设计芯模3表面理想铺放轨迹曲线1，对芯模网格化后设计铺放轨迹2，若设计轨迹2与理想轨迹1存在偏差h2，见图7，需对设计轨迹2进行微变径消除误差处理；在机床运行到B点时，将机床X坐标向设计轨迹偏差反方向调整h2，保证AB段轨迹的准确性，见图2；调整后的修正轨迹BD存在稳定偏差h2，因此需要对轨迹8进行二次调整，在下一步的终点将机床X坐标沿原偏差方向调整h2，轨迹恢复原设计轨迹9，见图3；两次调整后，由于张力的作用，铺放带会沿最稳定最短的轨迹铺放，即回到理想轨迹1，从而消除了设计轨迹的误差h2。

Claims (1)

1、一种复合材料铺放轨迹微变径自调整方法，其特征在于包括以下步骤：
根据芯模网格理论进行铺放轨迹设计，设计轨迹是对理想轨迹的一种逼近，逼近的精度取决于网格的密度；设理论轨迹AD，对应的设计轨迹为：设计轨迹AB和设计轨迹BD，对应的经过调整后的实际轨迹为：实际轨迹AC和实际轨迹CD′；
设计轨迹AB，在A点执行单步铺放到B点，该步步长为Δx＝a，Δy＝b，利用机床轨迹控制代码仿真对设计轨迹进行误差分析得到B点在某一方向
Figure A200810236199C0002185847QIETU
w上偏离理想轨迹h；
实际轨迹AC，该步步长调整为Δx＝a’，Δy＝b’，即通过使设计轨迹在
Figure A200810236199C0002185851QIETU
方向上将机床坐标调整一个h距离消除误差；
设计轨迹BD，在B点执行单步铺放到D点，该步步长为Δx＝c，Δy＝d，由于上一步轨迹调整的影响，轨迹BD将整体偏移一个h距离，与理想轨迹存在一定的偏差；
实际轨迹CD’，该步步长调整为Δx＝c’，Δy＝d’，即通过使设计轨迹在
Figure A200810236199C0002185855QIETU
反方向上将机床坐标调整一个h距离消除误差；
根据铺放轨迹的不同，上述w方向为：圆周方向，或轨迹垂直方向，或芯模轴向方向。
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