杆状碳纤维缠绕机构技术研究

本项目研究的是非工业级的碳纤维缠绕机,缠绕的对象主要是杆状零件,解决传统碳纤维缠绕机在复杂形状零件加工的局限性。根据纤维缠绕原理设计研究出有别于传统机构的新型碳纤维缠绕机构,并设计搭建运动控制系统,完成零件的缠绕工作。

本项目的主要内容:
1. 针对传统碳纤维缠绕机的不足,设计新型的碳纤维缠绕机构,突出其与传统碳纤维缠绕机构的优势。其中,对运动平台的进行分析选择,对丝嘴偏转模块、丝嘴旋转模块和芯模固定模块进行详细设计,对支撑架的强度分析和张力控制系统进行重点研究,对设计的机构进行运动仿真,检测是否存在干涉,并完成加工装配。
2. 在完成结构设计的基础上,研究纤维缠绕的线型分类、线型规律和缠绕模型,以设计的结构为物理模型分析推导纤维缠绕的线型方程。并对纤维缠绕的稳定性条件进行探索,主要是芯模表面纤维布满条件和缠绕过程中纤维不打滑不架空条件的探索。
3. 基于纤维缠绕原理和碳纤维缠绕机结构,设计搭建了碳纤维缠绕机构的运动控制平台。采用“工控小主板+Arduino运动控制器+伺服驱动单元”的硬件控制平台,并在G代码基础上进行了软件总体设计,解析出缠绕过程的路径规划,利用Bresenham算法实现运动轨迹的控制,实现碳纤维缠绕成型控制的整体规划。
4. 对加工装配完成的碳纤维缠绕机构样机的性能进行测试。利用新型碳纤维缠绕机样机分别试制无骨架和有骨架碳纤维零件,对无骨架零件进行了表面平整性、抗拉能力、抗压能力以及三点弯曲性等方面的测试,对有骨架零件进行了弯曲性能测试。通过实验验证,表面本文的碳纤维缠绕机构及其控制系统有着较好的稳定性,能够满足一般杆状碳纤维零件缠绕成型的制作要求。

项目产出论文及专利:

王兴松,龚成明,空心轮结构杆状碳纤维缠绕机构装置,申请号:201610144259.2