大型龙门式自动铺丝机空间误差建模及参数辨识

为减小复合材料自动铺丝机定位误差,改善复合材料铺放成型质量,提出了大型龙门式自动铺丝机空间误差建模及参数辨识方法。首先分析了龙门自动铺丝机空间拓扑结构及几何误差组成要素,基于多体系统理论分别建立了自动铺丝机理论与实际运动学模型,进而获得了自动铺丝机末端空间误差模型;然后采用三阶切比雪夫多项式为基函数描述与位置有关的几何误差(PDGE),确定含待定误差参数的空间误差分量,建立自动铺丝机空间误差参数识别优化目标函数,采用Levenberg-Marquardt算法(LM算法)求解该无约束非线性最小二乘优化问题,获得了162项误差模型参数;最后通过测量铺丝机工作空间体对角线和ARJ21翼梢小翼壁板铺放路径,验证了误差建模及参数辨识方法的有效性。

龙门式复合材料自动铺丝机研发设计

先进复合材料具有高比强度、抗疲劳、耐腐蚀、设计制造一体化的特点,其在飞机上的用量和应用部位已经成为衡量飞机结构先进性的重要标志之一,而用于制造复合材料整体构件的自动铺丝设备成为现代飞机制造的关键设备。按照铺放16纤维丝束的要求,开发了具有自主知识产权的龙门式自动铺丝设备。

自动铺丝机专利技术综述

目前自动纤维丝铺放技术是实现复合材料高性能制造的重要手段之一,同时也是近年来发展最快、最有效的先进制造技术。本文以自动铺丝机的专利申请作为分析对象,分析了自动铺丝机的专利申请分布情况、核心专利以及重点申请人。

自动铺带机/铺丝机(ATL/AFP)-现代大型飞机制造的关键设备(上)

复合材料作为现代航空飞行器主结构用材时代已来临,采用复材整体结构件作为现代大型飞机主结构部件设计已是明显的发展趋势,而用于制造复材整体构件的自动铺带机(ATL)与自动铺丝机(AFP)则成为现代大型飞机制造的关键设备。本文将对ATL/AFP机床基本构成、铺放工艺原理、工业应用现状和发展趋向进行较全面详细介绍与讨论。

先进复合材料自动铺丝设备研究现状与发展趋势

先进的复合材料由于其高比强度、比模量、大幅减重和良好的耐腐蚀性,已被广泛用于航空航天工业及其他领域。自动铺丝机是实现自动铺丝的必要设备,是影响铺放质量和生产效率的重要环节。因此,研发和改进自动铺丝机,成为制造复合材料复杂构件的最关键的课题之一。本文针对近年来国内外的自动铺丝设备,重点围绕铺丝机机床主体结构、纱架形式、铺丝头压力系统、加热系统与张力系统等方面,对当前自动铺丝机的研究与应用现状进行论述与分析,总结了国内外自动铺丝设备的研究成果,分析了国内外铺丝设备的优势与不足,最后探讨并总结了自动铺丝设备未来的发展趋势,为铺丝机的设计与优化提供了一个参考方向。

复合材料自动铺丝技术研究进展

先进复合材料自动铺丝技术在航空航天领域获得了广泛的应用。本文从自动铺丝机发展历程、自动铺丝工艺技术研究进展、自动铺丝CAD/CAM系统发展以及自动铺丝技术在航空航天领域大型构件上的具体应用出发,综述了国内外自动铺丝技术的研究进展,最后提出了复合材料自动铺丝技术未来研究发展的方向。本文的研究对于复合材料自动铺丝技术的工程实践以及实现复合材料结构“低成本、高性能”制造具备一定的研究意义。

基于拐点光顺的七轴龙门式铺丝机插补算法

针对七轴龙门式自动铺丝机运动过程中,因采用连续短线段的轨迹描述方式而产生的拐点速度不连续的问题,提出基于柔性加减速控制的拐点光顺插补算法。在该插补算法中,首先改进三次Bernstein-Bézier曲线,使其能用3个控制顶点进行定义,然后使用该曲线连接相邻短线段,以保证铺放路径切向连续、曲率连续。利用轨迹误差和曲线性质确定控制顶点的位置,最后在柔性加减速控制方法的基础上对“直线段+过渡曲线段”的铺放路径进行插补运算,并采用标注协调点的方法保证机床在各插补运算阶段的速度和加速度连续。通过仿真分析,表明该插补算法能够保证机床在整个铺放路径上快速平稳运动。

大型龙门铺丝机综合误差建模及补偿

为了提高大型龙门自动铺丝(AFP)机的精度,提出重力变形与几何误差综合建模与补偿方法.采用有限元法对龙门铺丝机进行静力学分析,通过工作空间网格化方法建立重力变形模型;基于齐次变换矩阵与切比雪夫多项式建立几何误差模型,结合剔除重力变形的测量数据与Powell算法实现对几何误差参数的辨识;综合重力变形模型和几何误差模型,提出基于综合误差补偿的G代码修正策略.在龙门铺丝机上开展综合误差补偿对比实验,结果表明,补偿前龙门铺丝机误差较大,不能完全满足铺放精度需求,而经过补偿后位置误差和姿态误差均大幅度降低,其中姿态误差减小80%以上,而位置误差减小90%以上,满足铺放精度需求,证明了所提出的综合误差建模和补偿方法的有效性.

国外复合材料纤维自动铺放编程软件的功能特点及分析

随着复合材料在现代航空飞行器制造上的广泛应用,用于复杂曲面复合材料构件铺放制造的复合材料自动铺丝机(AFP)已成为现代大型飞机制造的关键设备,而AFP控制系统通常需要通过复杂的指令实现纤维铺放运动的控制,这些指令通常需要采用专用的编程软件来生成,以实现复杂的工艺铺放过程。目前国际上成熟应用的商用编程软件系统虽然复杂多样但也具有明显的共通性,通过对其分析介绍可以为我国今后自主研发相关自动铺放编程软件系统提供有益借鉴。

基于可变形带的碳纤维增强树脂基复合材料3D打印

具有复杂镂空/凸起等高曲率轮廓的大尺寸碳纤维增强复合材料零件的自动化加工较为困难,为此提出了一种横向铺带的3D打印工艺。该工艺采用约40 mm长的短切碳纤维带横向拼接形成碳纤维横带。由于横带的长度方向缺乏纤维增强,因此在其两端进行不同程度的拉伸时,碳纤维横带可变形成弧形,从而打印成曲线路径,适应高度复杂零件的轮廓。碳纤维横带的宽度可通过改变短切碳纤维带的长度进行调节,其厚度可通过改变短切碳纤维带的搭接比例或改变横带拉伸变形比例进行调节,从而进一步提高打印灵活性。通过强度测试,采用该打印工艺制成的材料沿碳纤维增强方向的拉伸强度可达到220 MPa(碳纤维体积分数为25%)。最后,通过打印圆环零件验证了该工艺打印高曲率零件的有效性。