一種計算機控制彎管及容器纏繞成型的后置處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及復(fù)合材料纖維纏繞技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及利用數(shù)控纏繞機的復(fù)合材料纖 維纏繞技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種計算機控制彎管及容器纏繞成型的后置處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 復(fù)合材料纖維纏繞成型是一種高性能、高效低成本成型技術(shù)，不僅可以用于形狀 簡單的管道、儲罐和容器纏繞成型，也可以用于復(fù)雜形狀的彎管、三通等纏繞成型。采用計 算機控制纏繞不僅可以提高控制精度，而且可以適應(yīng)復(fù)雜形狀的制品纏繞。計算機控制纏 繞由數(shù)控程序完成，通常根據(jù)已經(jīng)確定的產(chǎn)品形狀和強度等要求，求解纏繞角要求及纏繞 線型；根據(jù)纏繞機結(jié)構(gòu)，后置處理得到相應(yīng)數(shù)控軸坐標(biāo)，實施纏繞?，F(xiàn)有纏繞控制主要采用 主軸恒轉(zhuǎn)速，適用于管道、儲罐；對復(fù)雜形狀產(chǎn)品，落紗點半徑變化，主軸恒轉(zhuǎn)速引起張力波 動。目前改善張力的方法主要是提高張力控制器精度，但大幅度提高裝備成本，且張力波動 不可避免；另一方面復(fù)雜形狀纏繞時纏繞速度波動范圍大，不能發(fā)揮最大效率。
[0003] 復(fù)合材料成型的最關(guān)鍵的工藝因素是成型溫度和壓力。纖維纏繞成型中，成型壓 力來源于纏繞張力，穩(wěn)定而適中的張力是保障工藝質(zhì)量的關(guān)鍵。對整個纏繞系統(tǒng)的分析可 知，張力波動的源動力有：1)放紗卷變徑的變化，其特征是緩慢變化，容易補償；2)浸膠槽 中樹脂的粘滯阻力，緩變波動不大；3)來自于紗路傳輸中各個阻力單元的加速度，其特征 是瞬變，補償難度大，是張力波動影響質(zhì)量的主要原因。即使采用高精度張力控制器和前饋 控制等方法，但系統(tǒng)的慣性不可能完全消除，響應(yīng)速度不可能無限快，張力波動不可避免。
[0004] 分析現(xiàn)有纏繞張力控制模式，本質(zhì)上是反饋和被動控制模式，只能改善張力、減小 波動而不能根除。而消除或消弱張力波動的源動力，則可以大幅度改善工藝。
[0005] 綜上分析，保持出紗速度穩(wěn)定是實現(xiàn)張力穩(wěn)定的重要途徑。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供一種計算機控制彎管及容器 纏繞成型的后置處理方法，將本發(fā)明的方法應(yīng)用于復(fù)雜形狀產(chǎn)品纏繞時，由于落紗點回轉(zhuǎn) 半徑、纏繞角等變化引起的出紗速度變化、導(dǎo)致張力波動。其中回轉(zhuǎn)半徑變化所占比重最 大，根據(jù)速度半徑間的關(guān)系V = ω 的微分關(guān)系：dv = d ω *R+ω *dR。調(diào)控主軸轉(zhuǎn)速dv = 〇,使出紗速度趨于穩(wěn)定達到穩(wěn)定張力的目的。
[0007] 為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的計算機控制彎管及容器纏繞成型的后置處理方法 包括以下步驟：
[0008] (1)根據(jù)產(chǎn)品形狀和確定的纏繞模式計算纏繞線型；
[0009] (2)根據(jù)纏繞線型并結(jié)合纏繞機構(gòu)型，設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速coD，計算各個落紗點及對應(yīng) 各軸坐標(biāo)數(shù)據(jù)；
[0010] (3)計算相鄰落紗點間的紗長數(shù)值S1;
[0011] (4)按U1= k*co [/S1, k為參數(shù)，作為第i和（i+Ι)點間的主軸速度，并與各軸坐 標(biāo)構(gòu)成新的數(shù)控代碼，實現(xiàn)等速出紗纏繞；
[0012] 該計算機控制彎管及容器纏繞成型的后置處理方法中，對于纏繞軸與回轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn) 軸重合時，主軸速度按W i= k*c〇 VRi計算，R ;為回轉(zhuǎn)體半徑。
[0013] 采用了該發(fā)明的計算機控制彎管及容器纏繞成型的后置處理方法，在復(fù)雜形狀 產(chǎn)品纏繞時，由于落紗點回轉(zhuǎn)半徑、纏繞角等變化引起的出紗速度變化、導(dǎo)致張力波動。 其中回轉(zhuǎn)半徑變化所占比重最大，根據(jù)速度半徑間的關(guān)系V = co*R的微分關(guān)系：dv = dco*R+co*dR。調(diào)控主軸轉(zhuǎn)速dv = 0,使出紗速度趨于穩(wěn)定達到穩(wěn)定張力的目的。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明的計算機控制彎管及容器纏繞成型的后置處理方法的應(yīng)用示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實施例詳細(xì)說明。
[0016] 請參閱圖1所示，為本發(fā)明的計算機控制彎管及容器纏繞成型的后置處理方法的 應(yīng)用示意圖。
[0017] 在一種實施方式中，該計算機控制彎管及容器纏繞成型的后置處理方法包括以下 步驟：
[0018] (1)根據(jù)產(chǎn)品形狀和確定的纏繞模式計算纏繞線型；
[0019] (2)根據(jù)纏繞線型并結(jié)合纏繞機構(gòu)型，設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速coD，計算各個落紗點及對應(yīng) 各軸坐標(biāo)數(shù)據(jù)；
[0020] (3)計算相鄰落紗點間的紗長數(shù)值S1;
[0021] (4)按ωι= k*co [/S1, k為參數(shù)，作為第i和（i+Ι)點間的主軸速度，并與各軸坐 標(biāo)構(gòu)成新的數(shù)控代碼，實現(xiàn)等速出紗纏繞；
[0022] 在優(yōu)選的實施方式中，該計算機控制彎管及容器纏繞成型的后置處理方法，對于 纏繞軸與回轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)軸重合時，主軸速度按W i=I^co VR1計算，R1S回轉(zhuǎn)體半徑。
[0023] 在本發(fā)明的實際應(yīng)用中，纏繞容器在極孔處半徑最小，往小端纏繞時紗線速度降 低導(dǎo)致張力松弛，而往大端纏繞時張力增加。按CO i=Wco VR1計算，在纏繞封頭期間，編 程得到下列NC代碼：
[0024]
[0025] 彎管纏繞時，各點回轉(zhuǎn)半徑均發(fā)生變化，纏繞角也發(fā)生變換，按照CO1= k*c〇 VS1 計算，得到下列NC代碼：
[0026]
[0027] 目前國內(nèi)五維以上纏繞機只有哈爾濱工業(yè)大學(xué)、武漢理工大學(xué)和南京航空航天大 學(xué)研制開發(fā)，用于軍工高端制造且軟件主要采用進口 CADWIND，成本高不能滿足民用工業(yè)要 求。本發(fā)明針對彎管的特點，研制專用五坐標(biāo)纏繞機，具有專用和簡單實用的特點，控制系 統(tǒng)采用多維開放式數(shù)控系統(tǒng)，整機先進。
[0028] 本發(fā)明包括以下特點：
[0029] 1)技術(shù)創(chuàng)新
[0030] A、工業(yè)化纏繞機主要是四軸纏繞機、多采用專用數(shù)控系統(tǒng)（如進口 840D)、成本 高、纏繞軸數(shù)少（五軸及以上數(shù)控系統(tǒng)出口受控）；本發(fā)明針對彎管特點，開發(fā)五軸纏繞機， 采用開放式數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，不僅成本低、且柔性好，可以根據(jù)用戶需求進一步開發(fā)其他附加 功能（如自動換紗輔助控制）。
[0031] B、本發(fā)明針對彎管特點，建立了專門的數(shù)學(xué)模型和新算法，開發(fā)具有自主版權(quán)的 CAD/CAM軟件，而不是像現(xiàn)有彎管纏繞機采用人工或示教方式，不僅效率高而且精確可靠。
[0032] 2)工藝創(chuàng)新
[0033] 現(xiàn)有彎管纏繞主要采用布帶纏繞，管件強度不具有可設(shè)計性；本發(fā)明纏繞工藝可 以同時使用連續(xù)纖維和布帶，通過設(shè)計連續(xù)纖維和布帶的比例實現(xiàn)強度最優(yōu)化。
[0034] 3)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新
[0035] 現(xiàn)有五軸纏繞機基本為龍門結(jié)構(gòu)，適于小型制品制造。本發(fā)明通過優(yōu)化機器布局、 精確的結(jié)構(gòu)分析，采用臥式結(jié)構(gòu)，通用纏繞機相比，工作行程范圍大、剛度好。適于制造大型 彎管和復(fù)雜形狀制品。與其他專用彎管機相比，就可以使用玻璃布帶也可以使用單向纖維， 且更換方便。下表為利用本發(fā)明所達到的關(guān)鍵技術(shù)與指標(biāo)。
[0037] 表1關(guān)鍵技術(shù)與指標(biāo)
[0038] 采用了該發(fā)明的計算機控制彎管及容器纏繞成型的后置處理方法，在復(fù)雜形狀 產(chǎn)品纏繞時，由于落紗點回轉(zhuǎn)半徑、纏繞角等變化引起的出紗速度變化、導(dǎo)致張力波動。 其中回轉(zhuǎn)半徑變化所占比重最大，根據(jù)速度半徑間的關(guān)系V = co*R的微分關(guān)系：dv = dco*R+co*dR。調(diào)控主軸轉(zhuǎn)速dv = 0,使出紗速度趨于穩(wěn)定達到穩(wěn)定張力的目的。
[0039] 在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出 各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性的 而非限制性的。
【主權(quán)項】
1. 一種計算機控制彎管及容器纏繞成型的后置處理方法，其特征在于，包括以下步 驟： (1) 根據(jù)產(chǎn)品形狀和確定的纏繞模式計算纏繞線型； (2) 根據(jù)纏繞線型并結(jié)合纏繞機構(gòu)型，設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速《D，計算各個落紗點及對應(yīng)各軸 坐標(biāo)數(shù)據(jù)； (3) 計算相鄰落紗點間的紗長數(shù)值S1; (4) 按O1= k*? [/S1, k為參數(shù)，作為第i和（i+1)點間的主軸速度，并與各軸坐標(biāo)構(gòu) 成新的數(shù)控代碼，實現(xiàn)等速出紗纏繞。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算機控制彎管及容器纏繞成型的后置處理方法，其特征在 于，對于纏繞軸與回轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)軸重合時，主軸速度按Co 1= k*c〇 VR1計算，R1S回轉(zhuǎn)體半徑。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種計算機控制彎管及容器纏繞成型的后置處理方法，屬于復(fù)合材料纖維纏繞技術(shù)領(lǐng)域。采用了該發(fā)明的計算機控制彎管及容器纏繞成型的后置處理方法，在復(fù)雜形狀產(chǎn)品纏繞時，由于落紗點回轉(zhuǎn)半徑、纏繞角等變化引起的出紗速度變化、導(dǎo)致張力波動。其中回轉(zhuǎn)半徑變化所占比重最大，根據(jù)速度半徑間的關(guān)系v＝ω*R的微分關(guān)系：dv＝dω*R+ω*dR。調(diào)控主軸轉(zhuǎn)速dv＝0，使出紗速度趨于穩(wěn)定達到穩(wěn)定張力的目的。
【IPC分類】B29C53/80, B29C53/56
【公開號】CN105082523
【申請?zhí)枴緾N201510519681
【發(fā)明人】陳瑞斌
【申請人】上海萬格復(fù)合材料技術(shù)有限責(zé)任公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年8月21日