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