CN105082523B - 一种计算机控制弯管及容器缠绕成型的后置处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种计算机控制弯管及容器缠绕成型的后置处理方法，属于复合材料纤维缠绕技术领域。采用了该发明的计算机控制弯管及容器缠绕成型的后置处理方法，在复杂形状产品缠绕时，由于落纱点回转半径、缠绕角等变化引起的出纱速度变化、导致张力波动。其中回转半径变化所占比重最大，根据速度半径间的关系v＝ω*R的微分关系：dv＝dω*R+ω*dR。调控主轴转速dv＝0，使出纱速度趋于稳定达到稳定张力的目的。

Description

一种计算机控制弯管及容器缠绕成型的后置处理方法

技术领域

本发明涉及复合材料纤维缠绕技术领域，特别涉及利用数控缠绕机的复合材料纤维缠绕技术领域，具体是指一种计算机控制弯管及容器缠绕成型的后置处理方法。

背景技术

复合材料纤维缠绕成型是一种高性能、高效低成本成型技术，不仅可以用于形状简单的管道、储罐和容器缠绕成型，也可以用于复杂形状的弯管、三通等缠绕成型。采用计算机控制缠绕不仅可以提高控制精度，而且可以适应复杂形状的制品缠绕。计算机控制缠绕由数控程序完成，通常根据已经确定的产品形状和强度等要求，求解缠绕角要求及缠绕线型；根据缠绕机结构，后置处理得到相应数控轴坐标，实施缠绕。现有缠绕控制主要采用主轴恒转速，适用于管道、储罐；对复杂形状产品，落纱点半径变化，主轴恒转速引起张力波动。目前改善张力的方法主要是提高张力控制器精度，但大幅度提高装备成本，且张力波动不可避免；另一方面复杂形状缠绕时缠绕速度波动范围大，不能发挥最大效率。

复合材料成型的最关键的工艺因素是成型温度和压力。纤维缠绕成型中，成型压力来源于缠绕张力，稳定而适中的张力是保障工艺质量的关键。对整个缠绕系统的分析可知，张力波动的源动力有：1)放纱卷变径的变化，其特征是缓慢变化，容易补偿；2)浸胶槽中树脂的粘滞阻力，缓变波动不大；3)来自于纱路传输中各个阻力单元的加速度，其特征是瞬变，补偿难度大，是张力波动影响质量的主要原因。即使采用高精度张力控制器和前馈控制等方法，但系统的惯性不可能完全消除，响应速度不可能无限快，张力波动不可避免。

分析现有缠绕张力控制模式，本质上是反馈和被动控制模式，只能改善张力、减小波动而不能根除。而消除或消弱张力波动的源动力，则可以大幅度改善工艺。

综上分析，保持出纱速度稳定是实现张力稳定的重要途径。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种计算机控制弯管及容器缠绕成型的后置处理方法，将本发明的方法应用于复杂形状产品缠绕时，由于落纱点回转半径、缠绕角等变化引起的出纱速度变化、导致张力波动。其中回转半径变化所占比重最大，根据速度半径间的关系v＝ω*R的微分关系：dv＝dω*R+ω*dR。调控主轴转速dv＝0，使出纱速度趋于稳定达到稳定张力的目的。

为了实现上述的目的，本发明的计算机控制弯管及容器缠绕成型的后置处理方法包括以下步骤：

(1)根据产品形状和确定的缠绕模式计算缠绕线型；

(2)根据缠绕线型并结合缠绕机构型，设定主轴转速ω_D，计算各个落纱点及对应各轴坐标数据；

(3)计算相邻落纱点间的纱长数值S_i；

(4)按ω_i＝k*ω_D/S_i，k为参数，作为第i和(i+1)点间的主轴速度，并与各轴坐标构成新的数控代码，实现等速出纱缠绕；

该计算机控制弯管及容器缠绕成型的后置处理方法中，对于缠绕轴与回转体回转轴重合时，主轴速度按ω_i＝k*ω_D/R_i计算，R_i为回转体半径。

采用了该发明的计算机控制弯管及容器缠绕成型的后置处理方法，在复杂形状产品缠绕时，由于落纱点回转半径、缠绕角等变化引起的出纱速度变化、导致张力波动。其中回转半径变化所占比重最大，根据速度半径间的关系v＝ω*R的微分关系：dv＝dω*R+ω*dR。调控主轴转速dv＝0，使出纱速度趋于稳定达到稳定张力的目的。

附图说明

图1为本发明的计算机控制弯管及容器缠绕成型的后置处理方法的应用示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图1所示，为本发明的计算机控制弯管及容器缠绕成型的后置处理方法的应用示意图。

在一种实施方式中，该计算机控制弯管及容器缠绕成型的后置处理方法包括以下步骤：

(1)根据产品形状和确定的缠绕模式计算缠绕线型；

(2)根据缠绕线型并结合缠绕机构型，设定主轴转速ω_D，计算各个落纱点及对应各轴坐标数据；

(3)计算相邻落纱点间的纱长数值S_i；

(4)按ω_i＝k*ω_D/S_i，k为参数，作为第i和(i+1)点间的主轴速度，并与各轴坐标构成新的数控代码，实现等速出纱缠绕；

在优选的实施方式中，该计算机控制弯管及容器缠绕成型的后置处理方法，对于缠绕轴与回转体回转轴重合时，主轴速度按ω_i＝k*ω_D/R_i计算，R_i为回转体半径。

在本发明的实际应用中，缠绕容器在极孔处半径最小，往小端缠绕时纱线速度降低导致张力松弛，而往大端缠绕时张力增加。按ω_i＝k*ω_D/R_i计算，在缠绕封头期间，编程得到下列NC代码：

弯管缠绕时，各点回转半径均发生变化，缠绕角也发生变换，按照ω_i＝k*ω_D/S_i计算，得到下列NC代码：

目前国内五维以上缠绕机只有哈尔滨工业大学、武汉理工大学和南京航空航天大学研制开发，用于军工高端制造且软件主要采用进口CADWIND，成本高不能满足民用工业要求。本发明针对弯管的特点，研制专用五坐标缠绕机，具有专用和简单实用的特点，控制系统采用多维开放式数控系统，整机先进。

本发明包括以下特点：

1)技术创新

A、工业化缠绕机主要是四轴缠绕机、多采用专用数控系统(如进口840D)、成本高、缠绕轴数少(五轴及以上数控系统出口受控)；本发明针对弯管特点，开发五轴缠绕机，采用开放式数控系统技术，不仅成本低、且柔性好，可以根据用户需求进一步开发其他附加功能(如自动换纱辅助控制)。

B、本发明针对弯管特点，建立了专门的数学模型和新算法，开发具有自主版权的CAD/CAM软件，而不是像现有弯管缠绕机采用人工或示教方式，不仅效率高而且精确可靠。

2)工艺创新

现有弯管缠绕主要采用布带缠绕，管件强度不具有可设计性；本发明缠绕工艺可以同时使用连续纤维和布带，通过设计连续纤维和布带的比例实现强度最优化。

3)结构创新

现有五轴缠绕机基本为龙门结构，适于小型制品制造。本发明通过优化机器布局、精确的结构分析，采用卧式结构，通用缠绕机相比，工作行程范围大、刚度好。适于制造大型弯管和复杂形状制品。与其他专用弯管机相比，就可以使用玻璃布带也可以使用单向纤维，且更换方便。下表为利用本发明所达到的关键技术与指标。

表1关键技术与指标

采用了该发明的计算机控制弯管及容器缠绕成型的后置处理方法，在复杂形状产品缠绕时，由于落纱点回转半径、缠绕角等变化引起的出纱速度变化、导致张力波动。其中回转半径变化所占比重最大，根据速度半径间的关系v＝ω*R的微分关系：dv＝dω*R+ω*dR。调控主轴转速dv＝0，使出纱速度趋于稳定达到稳定张力的目的。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (2)

1.一种计算机控制弯管及容器缠绕成型的后置处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据产品形状和确定的缠绕模式计算缠绕线型；

(2)根据缠绕线型并结合缠绕机构型，设定主轴转速ω_D，计算各个落纱点及对应各轴坐标数据；

(3)计算相邻落纱点间的纱长数值S_i；

(4)按ω_i＝k*ω_D/S_i，k为参数，作为第i和(i+1)点间的主轴速度，并与各轴坐标构成新的数控代码，实现等速出纱缠绕。

2.根据权利要求1所述的计算机控制弯管及容器缠绕成型的后置处理方法，其特征在于，对于缠绕轴与回转体回转轴重合时，主轴速度按ω_i＝k*ω_D/R_i计算，R_i为回转体半径。