五轴联动数控纤维缠绕机及其张力系统的设计.pdf

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1、现Ma代nufa制ctu造ring、&工Pr艺oces装sE备qu~mentl2016第期。Modern五轴联动数控纤维缠绕机及其张力系统的设计冯消冰，吴任东，袁朝龙，焦玮(清华大学机械工程系，：I匕京100084)摘要：五轴联动数控纤维缠绕机的研制成功，对缠绕工艺而言是一次技术性的飞跃。在一些复合材料缠绕成型工艺的研究中，一项重要的内容就是对施加在纤维上的张力进行精准地控制，以防止缠绕制品因张力的不合适而引起制品变形过大，从而降低制品强度和抗疲劳性能，影响制品的质量。本文的目的是研发一种新型的五轴数

2、控纤维缠绕机，通过对五轴联动数控纤维缠绕机的整体结构的设计，以及对缠绕机张力控制系统的工作原理的分析和研究，设计了五轴联动数控纤维缠绕机的张力系统。该系统采用曲线拟合的数学描述方法实现对张力传感器的标定，再通过复合滤波消除干扰。该缠绕机在实际的使用过程中，精确且稳定，制品满足使用要求。关键词：五轴纤维缠绕机张力系统导纱装置中图分类号：TP2文献标识码：A文章编号：1002—6886(2016)05—0001—06Designofthefive—-axisNCfiberwindingmachineand

3、itstensionsystemFENGXiaobing，WURendong，YUANChaolong，JIAOWeiAbstract：Thesuccessfuldevelopmentofthefive—axisNCfiberwindingmachineisabreakthroughofwindingmachines．Intheprocessofthewindingandshapingofcompositematerialproducts，itisimportanttopreciselycontrol

4、thetensiononthefiber，SOasnottodeformtheproductsandaffecttheirquality．Inthisstudy，wedesignedanew—typefive—axisNCfi—berwindingmachine．Throughanalysisoftheworkingprinciplesofthetensioncontrolsystem，wedesignedatensionsystemthatusedcurvefittingfortensionsens

5、orcalibration，andcompositefilteringforinterferenceelimination．Thewindingma—chineisaccurateandstableinpractice，anditsproductsmeettheproductionrequirements．Keywords：five—axis，fiber，windingmachine，tensionsystem，creel段]。为了满足市场对不规则旋转体和非旋转体0引言等纤维产品的需求，国内外均集中精

6、力研发新型纤随着复合材料缠绕技术的发展，在航空航天领维缠绕机。虽然新研发缠绕机能够缠绕出符合域，很多金属材料制成的关键结构件正在逐步地被要求的产品，但生产缠绕机的成本也随之大幅增复合材料缠绕制品所代替。但也由于一些制品缠绕加J。在机械式缠绕设备的基础上，设计出一种新工艺比较复杂，缠绕制品的质量难以保证，传统的复型五轴联动纤维缠绕机，可方便地缠绕出复合材料合材料缠绕工艺逐渐遭遇瓶颈。因此，开发五轴联壳体类产品。该类缠绕机的性能有了很大的提升，动缠绕设备具有非常重要的意义⋯。功能完善，运行也非常可靠。纤维

7、缠绕成型工艺通常是指使连续纤维通过树为了保证产品的质量，缠绕机的张力系统应具脂胶槽浸胶，或直接采用预浸胶的纤维，按照一定的有稳定性和精确性，针对于复合材料发动机的缠绕缠绕角度和规则缠绕到旋转的芯模上，然后再进行张力精密控制的要求，本文提出了工控机控制，执行加热固化或常温下固化而形成一定形状制品的一种元件为力矩电机的张力控制系统方案，对五轴联动生产工艺。数控纤维缠绕机的张力控制系统进行了较为深入的纤维缠绕技术仍是生产纤维制品的主要技术手研究。．=i弋磁IxMo。d们ernM泌achine珂±0．25。，

8、重复定位1五轴联动缠绕机整机设计精度为4-0．25。。高效、优质、低成本一直是制造业所追求的目第6坐标轴标，复合材料缠绕制品也是如此。航天类产品特点(随动坐标轴)为通常是多种型号与少批量的生产，其产品质量要求纱架水平运动与极其严格，且生产周期越短越好。因此在航天领域小车水平运动配中，五轴数控纤维缠绕机能较大满足企业的发展要合运动的方向。图1六个坐标轴示意图求。该五轴数控纤维缠绕机具有以下特点：第一，可详细如图1所示。设计性强，充分发挥复合材料各向异性的特