CN105666893A - 一种预浸料裁片铺贴定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于树脂基复合材料构件制造领域，涉及一种预浸料裁片铺贴定位方法。本发明预浸料裁片铺贴定位方法通过结合复合材料专用数字化设计制造软件铺层铺敷性分析原理，合理布置铺层基准位置和选取基准形状，并将基准传递至预浸料裁片上，以及激光投影数据中。有效将软件铺层铺敷性分析模式，传递至实际预浸料裁片铺贴过程中，使材料利用率在原裁片基础上提升了约13％，裁片铺贴定位效率和精度明显提升，降低了复合材料构件铺层设计制造难度，提高了产品质量稳定性。

Description

一种预浸料裁片铺贴定位方法

技术领域

本发明属于树脂基复合材料构件制造领域，涉及一种预浸料裁片铺贴定位方法。

背景技术

干法成型的树脂基复合材料以其诸多优点，已被广泛地应用于航空航天主、次承力结构上。其构件不同于一般单一材料的零件，一般主要由各牌号预浸料按规定的顺序、方向，以及大小一层一层铺贴堆叠而成。构件中每一层预浸料铺层位置、铺层方向及铺贴角度都必须满足要求。

采用复合材料的数字化设计制造软件(例如FIBERSIM、CATIA中CPD模块等)对复合材料构件预浸料铺层进行铺敷性分析，通过合理分块和剪口，可以准确将各曲率型面的预浸料铺层展开为平面的子铺层(包含铺层外形和方向信息)，并用数控下料机精确下料形成预浸料裁片，然后将预浸料裁片铺贴位置通过激光投影设备投影至成型工装表面。通常情况依靠外形定位，将预浸料裁片铺层到工装上。

从实际生产过程中，发现原依靠裁片外形定位的铺贴方法存在着以下两点缺点(型面复杂产品更显著)：一、为能让预浸料裁片准确铺贴到工装上，在使用软件对复合材料构件铺层进行铺敷性分析时，不得不将铺层原点(铺层起始点)设置在铺层某一边界角落附近，这样使得远离铺层原点的铺层一端比铺层原点设置在铺层中间区域时铺敷性分析效果差，可能会导致分块和剪口数量增加，大大增加复合材料构件铺层设计和制造难度，影响产品质量和重量。二、如果为降低复合材料构件铺层设计和制造难度，在使用软件对复合材料构件铺层进行铺敷性分析时，将铺层原点设置在铺层中间区域及远离铺层边界处，这时如仍依靠外形定位预浸料裁片，会导致使用软件铺层分析时向铺层边界四周分散的公差，向单侧边界累积，致使裁片铺贴过程中往往偏小，裁片铺贴难度增大。于是，为使铺层顺利进行，通常下料形成的预浸料裁片会比使用软件分析展开的子铺层偏大，并且实际铺层方向与图纸要求偏差也较大，铺层方式无法固化，不利于产品质量稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于复合材料专用数字化设计制造软件和激光投影技术下，有利于降低复合材料构件铺层设计制造难度，提升材料利用率和产品质量稳定性的预浸料裁片铺贴定位方法。

本发明的技术方案是：

一种预浸料裁片铺贴定位方法，其特征为包含以下步骤：

步骤一，在复合材料的数字化设计制造软件的人机交互界面中选取铺层边界1和铺层方向4，并将铺层原点2设置在铺层合适区域；

步骤二，仍在人机交互界面中以铺层原点2为顶点在三维数模铺层曲面上做一个三角形标记3；

步骤三，使用所述软件，对三维数模铺层进行铺敷性分析，当分析结果不符合要求时，在三维数模铺层上增加剪口或分块，重新进行所述的铺敷性分析；当分析结果符合要求时，将三维数模铺层展开，并形成带有三角形标记5的二维预浸料裁片图样，所述铺敷性分析结束；

步骤四，将带有三角形标记5的二维预浸料裁片图样和带有三角形标记3的三维数模铺层信息分别转化为数控下料数据和激光投影数据，并分别导入数控下料机和激光投影设备8中；

步骤五，用数控下料机根据所述数控下料数据进行预浸料下料裁切；

步骤六，用激光投影设备8将所述激光投影数据通过激光束7，连续快速扫描投影至工装6铺层型面上，形成带有三角形标记9的三维铺层光影；

步骤七，将裁切好的平面预浸料裁片沿铺层型面滑移，使三角形标记5与激光投影三角形9标记重叠，并通过铺层边界1中邻近铺层原点2的一边辅助修正，以准确定位所述的平面预浸料裁片与工装6铺层型面的相对位置。

本发明的有益效果是：本发明预浸料裁片铺贴定位方法通过结合复合材料专用数字化设计制造软件铺层铺敷性分析原理，合理布置铺层基准位置和选取基准形状，并将基准传递至预浸料裁片上，以及激光投影数据中。有效将软件铺层铺敷性分析模式，传递至实际预浸料裁片铺贴过程中，使材料利用率在原裁片基础上提升了约13％，裁片铺贴定位效率和精度明显提升，降低了复合材料构件铺层设计制造难度，提高了产品质量稳定性。

附图说明

图1是典型复合材料蜂窝结构件蜂窝上表面铺层信息示意图

图2是典型复合材料蜂窝结构件蜂窝上表面铺层原点处局部放大视图

图3是带有本发明三角形定位标记的预浸料裁片示意图

图4是复合材料构件铺层激光投影示意图

图5是激光投影出的带有本发明三角形定位标记的铺层光影示意图

其中，1-铺层边界、2-铺层原点、3-数模上的三角形标记、4-铺层方向、5-预浸料裁片上的三角形标记、6-工装、7-激光束、8-激光投影设备、9-激光铺层投影上的三角形标记

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。

参见附图，一种预浸料裁片铺贴定位方法，其特征为包含以下步骤：

步骤一，在复合材料的数字化设计制造软件的人机交互界面中选取铺层边界1和铺层方向4，并将铺层原点2设置在铺层合适区域，优选为中间区域；

步骤二，仍在人机交互界面中以铺层原点2为顶点在三维数模铺层曲面上做一个三角形标记3，优选的三角形边长10-35mm，优选能够根据实际产品制造要求，在产品铺层型面单曲率方向上，与三角形标记3间隔200-300mm处增加一个三角形标记，以提高定位精度；

步骤三，使用所述软件，对三维数模铺层进行铺敷性分析，当分析结果不符合要求时，在三维数模铺层上增加剪口或分块，重新进行所述的铺敷性分析；当分析结果符合要求时，将三维数模铺层展开，并形成带有三角形标记5的二维预浸料裁片图样(见图5)，所述铺敷性分析结束；

步骤四，将带有三角形标记5的二维预浸料裁片图样和带有三角形标记3的三维数模铺层信息分别转化为数控下料数据和激光投影数据，并分别导入数控下料机和激光投影设备8中；

步骤五，用数控下料机根据所述数控下料数据进行预浸料下料裁切；

步骤六，用激光投影设备8将所述激光投影数据通过激光束7，连续快速扫描投影至工装6铺层型面上，形成带有三角形标记9的三维铺层光影；

步骤七，将裁切好的平面预浸料裁片(见图5)沿铺层型面滑移，使三角形标记5与激光投影三角形9标记重叠，并通过铺层边界1中邻近铺层原点2的一边辅助修正，以准确定位所述的平面预浸料裁片(见图5)与工装6铺层型面的相对位置。

Claims (3)

1.一种预浸料裁片铺贴定位方法，其特征为包含以下步骤：

步骤一，在使用软件对复合材料构件铺层进行铺敷性分析前，在人机交互界面中选取铺层边界1，选取铺层方向4，并将铺层原点2设置在铺层合适区域；

步骤二，还是在人机交互界面以铺层原点2为顶点在铺层面上做一个三角形标记3；

步骤三，使用软件对铺层进行合理分块和剪口，使用软件对复合材料构件铺层进行铺敷性分析，分析后，将建模铺层展开，并形成带有三角形标记的平面预浸料裁片图像，所述铺敷性分析结束；

步骤四，用数控下料机根据所述图像进行下料裁切，并将带有三角形标记的铺层信息导入复合材料激光投影设备8；

步骤五，复合材料激光投影设备8将带有三角形标记的铺层信息，通过激光束7，连续快速扫描投影至工装6铺层型面上；

步骤六，将裁切好的平面预浸料裁片沿铺层型面滑移，使三角形标记与激光投影三角形标记重叠，并通过铺层边界1中邻近铺层原点2的一边辅助修正，以准确定位所述的平面预浸料裁片与工装6铺层型面的相对位置。

2.如权利要求1所述的定位方法，其特征为：步骤一中的铺层合适区域为中间区域。

3.如权利要求1或2所述的定位方法，其特征为：步骤二中的三角形边长为10-35mm，且根据实际产品制造要求在产品铺层型面单曲率方向上间隔200-300mm处增加一个三角形标记。