CN105094057B - 一种基于环形编织的快速成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于环形编织的快速成形方法，其首先采用计算机辅助设计技术，建立精确的芯轴三维模型；然后通过stl格式的三角网格划分来精确地逼近复杂芯轴三维模型；针对stl格式文件以及设计要求进行初始化数据设置，建立三组初始数据库。利用这些初始数据库，在基于C#语言软件中仿真出编织成型物并通过输出data和inp格式文件进行可视化和有限元力学分析检验；检验满足设计要求后，再将仿真得到的所有有关机械设备需要输入的最优参数转化为CNC控制代码并进行编织加工。本发明的基于环形编织的快速成形方法能够准确的预测环形编织成型物结构，从而提高生产效率和产品质量。

Description

一种基于环形编织的快速成形方法
【技术领域】
本发明涉及一种织物的编织方法，具体涉及一种基于环形编织的快速成形方法，属于织物织造技术领域。
【背景技术】
环形编织是一种古老的技术。由于环形编织的一体成型的高性能织物的力学特性，该种复合材料已经被广泛地应用于航空、航天、汽车、造船等领域，已应用的部件有：飞机螺旋桨叶片、火箭喉衬、风力发电机翼片、碳纤维车架和汽车部件等。
随着环形编织复合材料的应用需求向广度和深度发展，环形编织加工技术在工厂中也得到普及，尤其是制造出空心的，复杂的，质量高的且重量轻的编织成型物是现在大家普遍向往的。但是在目前的情况中，环形编织加工复合材料在工厂中始终是一个劳动密集型且高成本的加工过程，其中还会出现很多微小琐碎的错误，正是因为这些意外的错误才大大降低了加工效率和产品质量。所以如果能够准确的预测环形编织成型物结构并保障其质量，从而快速编织成型将会极大的改善目前的发展困境。
因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种创新的基于环形编织的快速成形方法，以克服现有技术中的所述缺陷。
【发明内容】
为解决上述技术问题，本发明的目的在于一种能够提高生产效率和产品质量的基于环形编织的快速成形方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种基于环形编织的快速成形方法，其采用环形编织机进行生产，该环形编织机包括六自由度机械手臂、芯轴、纱线、导向环、携纱器、大圆盘、控制器和电机；其包括如下工艺步骤：
1），使用Pro/E软件建立等比例的芯轴三维模型，并且与原实物芯轴匹配；再将芯轴三维模型另存为允许负值输出的ASCII码形式的stl格式文件；
2），将得到的stl格式文件载入到基于C#语言的软件中，针对该文件进行初始化参数设置，建立编织物材料数据库、编织机参数数据库、设计要求编织成型物结构参数数据库三组数据库，并且以xml文件形式保存；
3），初始化设置完成后需要进行纱线轨迹求解，具体步骤为：将得到的三组数据库使用反解法模块求解出加工过程中的所有有关机械设备输入的最优参数，并将这些参数以xml文件形式建立数据库；同时将这些参数的数据库使用到C#软件正解法模块中，将加工输入参数转化为最终编织成型物的结构参数，并且输出data格式文件和inp格式文件；将data文件导入后处理可视化tecplot软件中，查看是否与预期有出入，并且还可以改变tecplot软件中的宏定义，输出每一帧的图片使得能够在动画视频软件VirtualDub中制作更加直观的视频文件；将inp文件用于有限元软件abaqus中编织成型物几何模型的预处理；通过有限元力学分析检验仿真编织成型物的力学性能，直到检验结果满足设计要求为止；
4），将上述检验合格的加工过程中的所有有关机械设备输入的最优参数在基于C#语言的软件中转化为CNC控制代码，并将该代码植入到机械手臂自带的控制器中进行机械加工。
本发明的基于环形编织的快速成形方法进一步为：所述步骤1）中，stl格式文件中弦高选项设置为最小值，角度控制选项设置为最大值。
本发明的基于环形编织的快速成形方法进一步为：所述步骤2）中，所述编织物材料数据库包含以下数据：对于纱线截面形状，纱线表面摩擦因数，纱线线密度，纱线弯曲刚度，拉伸强度，拉伸模量，弯曲强度；对于树脂而言有树脂材料，树脂粘度，弯曲刚度，拉伸强度，拉伸模量，弯曲强度，冲击强度。
本发明的基于环形编织的快速成形方法进一步为：所述步骤2）中，所述编织机参数数据库包含以下数据：导向环半径，大圆盘半径，携纱器数量，携纱器角速度输出范围，机械手臂输出卷取速度大小范围，导向环和大圆盘的可调距离范围。
本发明的基于环形编织的快速成形方法进一步为：所述步骤2）中，所述设计要求编织成型物结构参数数据库包括编织成型物编织角、覆盖因子、厚度和纱线轨迹走向。
本发明的基于环形编织的快速成形方法还可为：所述六自由度机械手臂连接并能拉动芯轴；所述两组携纱器分别绕着大圆盘中心做顺时针和逆时针运动；所述纱线固定在芯轴左端，纱线另一端分别缠绕在这两组携纱器上，并随携纱器转动而形成顺时针纱线和逆时针纱线；所述电机通过齿轮带动各携纱器；所述控制器连接并控制六自由度机械手臂运动。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的基于环形编织的快速成形方法通过CAD软件中的数据无缝衔接从而仿真出编织成型物并且进行可视化检验及有限元力学分析检验，达到设计者要求后，再将仿真得到的所有有关机械设备需要输入的最优参数转化为CNC控制代码并进行编织加工，从而提高生产效率和产品质量。
【附图说明】
图1是本发明使用的环形编织机的原理图。
图2是本发明的基于环形编织的快速成形方法的流程图。
【具体实施方式】
请参阅说明书附图1至附图2所示，本发明为一种基于环形编织的快速成形方法，其采用环形编织机进行生产，该环形编织机包括六自由度机械手臂1、芯轴2、纱线、导向环4、携纱器5、大圆盘6、控制器7和电机8；其中，所述六自由度机械手臂1连接并能拉动芯轴2，使芯轴2以一定轨迹往左运动，并形成可变的卷取速度；所述两组携纱器5分别绕着大圆盘6中心做顺时针和逆时针运动；所述纱线固定在芯轴2左端，纱线另一端分别缠绕在这两组携纱器5上，并随携纱器转动而形成顺时针纱线31和逆时针纱线32；所述电机8通过齿轮9带动各携纱器5，并形成可变的角速度；所述控制器7连接并控制六自由度机械手臂1运动。
本发明的基于环形编织的快速成形方法包括如下工艺步骤：
1），使用Pro/E软件建立等比例的芯轴三维模型，并且与原实物芯轴匹配；再将芯轴三维模型另存为允许负值输出的ASCII码形式的stl格式文件；该种格式文件被普遍应用在快速成形方法中，其弦高选项设置为最小值，角度控制选项设置为最大值，步长选项设置尽可能的小从而达到高精度的要求。
2），将得到的stl格式文件载入到基于C#语言的软件中，针对该文件进行初始化参数设置，建立编织物材料数据库、编织机参数数据库、设计要求编织成型物结构参数数据库三组数据库，并且以xml文件形式保存。
其中，所述编织物材料数据库包含以下数据：对于纱线截面形状，纱线表面摩擦因数，纱线线密度，纱线弯曲刚度，拉伸强度，拉伸模量，弯曲强度；对于树脂而言有树脂材料，树脂粘度，弯曲刚度，拉伸强度，拉伸模量，弯曲强度，冲击强度。
所述编织机参数数据库包含以下数据：导向环半径，大圆盘半径，携纱器数量，携纱器角速度输出范围，机械手臂输出卷取速度大小范围，导向环和大圆盘的可调距离范围。
所述设计要求编织成型物结构参数数据库包括编织成型物编织角、覆盖因子、厚度和纱线轨迹走向。
3），初始化设置完成后需要进行纱线轨迹求解，具体步骤为：将得到的三组数据库使用反解法模块求解出加工过程中的所有有关机械设备输入的最优参数，并将这些参数以xml文件形式建立数据库；同时将这些参数的数据库使用到C#软件正解法模块中，将加工输入参数转化为最终编织成型物的结构参数，并且输出data格式文件和inp格式文件；data文件用于后处理可视化软件中，可以根据可视化显示来检验仿真结果有效性。并且在可视化软件中还可以输出每一帧的图片，使用视频软件制作可视化动画，更加直观的检验仿真结果有效性。inp文件用于有限元软件中编织成型物几何模型的预处理。
将data文件导入后处理可视化tecplot软件中，查看是否与预期有出入，并且还可以改变tecplot软件中的宏定义，输出每一帧的图片使得能够在动画视频软件VirtualDub中制作更加直观的视频文件；将inp文件用于有限元软件abaqus中编织成型物几何模型的预处理；通过有限元力学分析检验仿真编织成型物的力学性能，直到检验结果满足设计要求为止；否则查找出原因，这一步将大大提高了编织成型物的质量。
4），将上述检验合格的加工过程中的所有有关机械设备输入的最优参数在基于C#语言的软件中转化为CNC控制代码，并将该代码植入到机械手臂1自带的控制器7中进行机械加工。因此，CNC控制代码将决定了最终编织成型物的结构及力学性能。
以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于环形编织的快速成形方法，采用环形编织机进行生产，该环形编织机包括六自由度机械手臂、芯轴、纱线、导向环、携纱器、大圆盘、控制器和电机；其特征在于：其包括如下工艺步骤：
1），使用Pro/E软件建立等比例的芯轴三维模型，并且与原实物芯轴匹配；再将芯轴三维模型另存为允许负值输出的ASCII码形式的stl格式文件；
2），将得到的stl格式文件载入到基于C#语言的软件中，针对该文件进行初始化参数设置，建立编织物材料数据库、编织机参数数据库、设计要求编织成型物结构参数数据库三组数据库，并且以xml文件形式保存；
3），初始化设置完成后需要进行纱线轨迹求解，具体步骤为：将得到的三组数据库使用反解法模块求解出加工过程中的所有有关机械设备输入的最优参数，并将这些参数以xml文件形式建立数据库；同时将这些参数的数据库使用到C#软件正解法模块中，将加工输入参数转化为最终编织成型物的结构参数，并且输出data格式文件和inp格式文件；将data文件导入后处理可视化tecplot软件中，查看是否与预期有出入，并且还可以改变tecplot软件中的宏定义，输出每一帧的图片使得能够在动画视频软件VirtualDub中制作更加直观的视频文件；将inp文件用于有限元软件abaqus中编织成型物几何模型的预处理；通过有限元力学分析检验仿真编织成型物的力学性能，直到检验结果满足设计要求为止；
4），将上述检验合格的加工过程中的所有有关机械设备输入的最优参数在基于C#语言的软件中转化为CNC控制代码，并将该代码植入到机械手臂自带的控制器中进行机械加工。
2.如权利要求1所述的基于环形编织的快速成形方法，其特征在于：所述步骤1）中，stl格式文件中弦高选项设置为最小值，角度控制选项设置为最大值。
3.如权利要求1所述的基于环形编织的快速成形方法，其特征在于：所述步骤2）中，所述编织物材料数据库包含以下数据：对于纱线截面形状，纱线表面摩擦因数，纱线线密度，纱线弯曲刚度，拉伸强度，拉伸模量，弯曲强度；对于树脂而言有树脂材料，树脂粘度，弯曲刚度，拉伸强度，拉伸模量，弯曲强度，冲击强度。
4.如权利要求1所述的基于环形编织的快速成形方法，其特征在于：所述步骤2）中，所述编织机参数数据库包含以下数据：导向环半径，大圆盘半径，携纱器数量，携纱器角速度输出范围，机械手臂输出卷取速度大小范围，导向环和大圆盘的可调距离范围。
5.如权利要求1所述的基于环形编织的快速成形方法，其特征在于：所述步骤2）中，所述设计要求编织成型物结构参数数据库包括编织成型物编织角、覆盖因子、厚度和纱线轨迹走向。
6.如权利要求1所述的基于环形编织的快速成形方法，其特征在于：所述六自由度机械手臂连接并能拉动芯轴；所述两组携纱器分别绕着大圆盘中心做顺时针和逆时针运动；所述纱线固定在芯轴左端，纱线另一端分别缠绕在这两组携纱器上，并随携纱器转动而形成顺时针纱线和逆时针纱线；所述电机通过齿轮带动各携纱器；所述控制器连接并控制六自由度机械手臂运动。
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