七自由度碳纖維鋪放設(shè)備的研究.pdf

1、近年來,碳纖維復(fù)合材料由于其優(yōu)良的特性,在航空航天、船舶、電動(dòng)汽車等多個(gè)領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用,但由于碳纖維復(fù)合材料零件的制作成本非常高、生產(chǎn)效率低,嚴(yán)重制約了碳纖維復(fù)合材料的發(fā)展。在綜合以往復(fù)合材料成型技術(shù)的基礎(chǔ)上，新興的碳纖維鋪放技術(shù)實(shí)現(xiàn)了碳纖維復(fù)合材料的“高性能”、“低成本”、“高效率”制造的目標(biāo)。本文主要在碳纖維自動(dòng)鋪放技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)了一種新型的七自由度碳纖維鋪放設(shè)備,然后對七自由度碳纖維鋪放設(shè)備進(jìn)行

2、了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、運(yùn)動(dòng)仿真分析、有限元分析,并對七自由度碳纖維鋪放設(shè)備的控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。
　　首先利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論方法對七自由度碳纖維鋪放設(shè)備進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì),該設(shè)備包括3P-3R型機(jī)械手臂、鋪放頭以及回轉(zhuǎn)芯模部件等零部件。3P-3R型機(jī)械手臂由三個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)組成,控制和調(diào)節(jié)鋪放頭在空間的位置和姿態(tài);鋪放頭將碳纖維絲束鋪放在芯模表面,它由導(dǎo)向、夾緊、重送、剪切、加熱、集合、施壓等模塊組成,芯模部件設(shè)計(jì)為可以作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件

3、,配合機(jī)械臂,使鋪放頭理論上可以鋪放任意形狀的芯模部件。
　　其次,對所設(shè)計(jì)的碳纖維鋪放設(shè)備進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,利用D-H方法建立鋪放設(shè)備的連桿坐標(biāo)系以及連桿參數(shù)表,列出運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,并且求出運(yùn)動(dòng)學(xué)方程正解和逆解,為碳纖維鋪放設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制奠定了基礎(chǔ)。
　　然后,利用ADAMS對鋪放設(shè)備進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析,對鋪放頭的位移、速度、加速度曲線進(jìn)行了求解,同時(shí),利用ANSYS對鋪放設(shè)備的關(guān)鍵部件進(jìn)行了有限元分析,為碳纖維鋪放設(shè)備的設(shè)計(jì)提

4、供了參考。
　　最后,對所設(shè)計(jì)的七自由度碳纖維鋪放設(shè)備控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì),該系統(tǒng)采用觸摸屏+控制器的控制方案。針對七軸運(yùn)動(dòng)控制,設(shè)計(jì)出基于 Trio運(yùn)動(dòng)控制卡Euro209的控制方案;針對絲束控制,設(shè)計(jì)了絲束控制方案、PLC程序流程圖、氣動(dòng)回路;針對張力控制,基于計(jì)算機(jī)式張力控制器,設(shè)計(jì)了張力控制器的方案。其方案的設(shè)計(jì)為后續(xù)鋪放設(shè)備控制系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
　　本文通過對七自由度碳纖維鋪放設(shè)備的分析與研究,為碳纖維自動(dòng)鋪