CPD软件在复材数字化制造中的应用

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1、传统复材制件的手工作业生产流程是从产品的设计图纸制作出铺层样板，操作人员依据样板把预浸料裁剪出相应的角度和尺寸的料片。再按照工艺规程，以一定的顺序将各样板逐层定位在工装上，用对应的料片进行铺叠，流程如图1所示。而数字化生产的理念在于，将所有的流程变成可控、数字量传递、可追溯的，不为个人的能力而改变。这意味着相关人员可以明确地知道一个零件的前期处理应该进行哪些步骤。并预测它是否会出现问题或者可能出现什么样的问题，以便进行可靠的分析和模拟[1]。数模和电子工艺文件文档成熟以后，零件制造的基础条件(料片及定位)不会依赖于操作工人的个人水平。任何一个数据都可以

2、知道它们出自哪一个步骤，这对后期问题的定位和解决非常有帮助。另外，所有这些形成的资料都是可重复用的，也满足网络化的基本条件，在未来的发展中极有潜力[2]。其流程[3]如图2所示。Dassault公司的CPD和Vistagy的FiberSim是目前复合材料设计和制造最流行的两种应用软件。国内有相当大的市场占有率。这两种软件各有优缺点，由于国内大部分零件都是在CATIA环境下设计的，CPD可以与零件设计数模无缝连接，便于制造过程使用。 CPD软件的基本工作思路是制造端接收到设计数模后经过解构，分解出各铺层的轮廓和角度，在软件环境下生成料片的下料文件和激光投

3、影文件。通过下料机接口和投影仪接口传输到各自的设备，由图2的工作流程图可以看出，同时由于直接生成的料片是由下料机数控裁剪的，铺叠时又是自动生成的铺层轮廓，可消除人为的误差。同时由于在铺叠时消除了人工的对位和裁剪，明显提高了生产速度，据生产现场的测算和统计，提高铺叠速率70%以上，减少铺层误差50%。 设计 1零件信息熟悉 在使用CPD进行铺层设计之前，首先需要充分了解零件信息[4-5]，分为图纸和数模两种情况。对二维的纸质图纸来说，主要是熟悉铺层信息(铺叠边界，顺序，角度，材料)，通过相关的软件采用逆向建模等方法来生成近似的数字量文件，该过程中存在一定

4、的误差。如果接收的是数模，则可直接生成相关的文件。下面主要介绍数模的情况。 数模中需要注意的几何特征包括工装型面、铺叠基准面、零件绘图基准面、铺层轮廓集合、零件坐标系、全局坐标系。对于面积较大的零件，其工装型面与铺叠基准面有可能不一样(考虑热膨胀与回弹)，零件绘图基准面可以帮助快速地建立ZONE区域，铺层轮廓集合可以了解每层的形状，零件坐标系用于建立零件模型(其中X轴为纤维0度方向，Z轴为默认铺叠方向)，全局坐标系用于输出激光投影仪控制文件。 2铺层设计 铺层设计，即按照工艺要求，以规定的顺序，将铺层逐层建立在铺叠面上，使之在结构上与零件数模匹配。CP

5、D提供3种设计的方式:Ply，Zone和Grid。其中最常用的是Ply和Zone，这两种方式各有利弊。对于结构清晰、容易划分区域的零件，Zone的设计方式可以很快地完成工作，一旦设计好区域及在区域内的铺层参数，大量的工作都可以由计算机自动完成，不足之处在于，如果后期有设计改动，哪怕只是其中一层的一点点形状改变，也会要求重建整个区域。Ply的方式则更具体直观，并且适用于几乎所有类型的零件，设计师几乎是在虚拟平台上独立完成整个真实的铺叠过程，可以对各个位置的情况都比较了解，可以适应大量的变化，仅仅需要修改变化的层就可以解决问题，但该方法的缺点是设计过程繁琐

6、复杂，需要较长的时间。Grid方式利用网格的形式来建立铺层，目前应用还很少。 制造数模的建立 制造数模，意味着通过该数模我们可以得到加工一个零件所需要的一切信息和数据，这些数据都是可以直接生成并导入数控设备运行的。在这个阶段中，主要的工作是按工艺要求切割料片、按分析结果调整切割线或者增加剪口。造成料片切割的主要原因有两个：第一，铺层的宽度或长度大于原材料的宽度或长度。第二，将料片裁割成为合适的形状以节约用料。切割线有两种方式创建，其一是自己按需求在曲面上直接绘制。这种情况适用于搭拼接要求复杂或者使用非直线切割的工艺，设计师可以自己选择合适的形状去创建曲

7、线，以避开某些直线难以绕过的非切割区域，创建时需要时刻注意切出的料片(通常是较为复杂的形状)能否在下料机中切出来。另一种则是使用MWLG(MaterialWidthLinesGenerator)来生成，这个功能根据参数设定中的材料宽度只能自动生成直线，应用于搭拼接要求比较简单的情况。 1SurfaceSwappin曲面置换 曲面置换只针对设计曲面与制造曲面不一样的情况，需要将线条转换时设计的。它的本质其实就是选项为Normal的投影操作，明白了这一点后，就很容易理解为什么有时SurfaceSwapping并不会按照设计的思路去做事情。如果参与置换的两个

8、曲面都是比较平缓的，那么执行就不会有太多的问题如何操作检测A级表面实体建模的质量管理http: