桿狀碳纖維零件纏繞成型技術(shù)研究.pdf

1、碳纖維具有較高的比強(qiáng)度、比模量和較小的體積等特性，是纖維高分子復(fù)合材料領(lǐng)域中的特種增強(qiáng)纖維。穩(wěn)定可靠的碳纖維零件生產(chǎn)制造是碳纖維成型的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。工業(yè)級(jí)碳纖維纏繞機(jī)構(gòu)相對(duì)比較成熟，低成本非工業(yè)級(jí)碳纖維纏繞機(jī)構(gòu)研究還屬于起步階段，本文將針對(duì)桿狀零件碳纖維纏繞成型的技術(shù)進(jìn)行研究，并主要適用于實(shí)驗(yàn)室或科研機(jī)構(gòu)的樣件試制。
　　本文根據(jù)纖維纏繞原理設(shè)計(jì)新型六自由度碳纖維纏繞機(jī)構(gòu)，闡述新型碳纖維纏繞機(jī)的設(shè)計(jì)思路，對(duì)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行分析選型，

2、對(duì)絲嘴偏轉(zhuǎn)模塊、絲嘴旋轉(zhuǎn)模塊和芯模固定模塊進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，檢測(cè)是否存在干涉，并完成加工裝配。
　　在完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，研究纖維纏繞的線型分類、纏繞模型和線型規(guī)律，以設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)為數(shù)學(xué)模型分析推導(dǎo)纖維纏繞的絲嘴運(yùn)動(dòng)軌跡方程和約束條件，利用Matlab進(jìn)行模型仿真，針對(duì)不同形狀零件觀察仿真纏繞的線型效果。
　　基于纖維纏繞原理和碳纖維纏繞機(jī)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)搭建碳纖維纏繞機(jī)構(gòu)其中四自由度的運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)。采用“工

3、控小主板+Arduino運(yùn)動(dòng)控制器+伺服驅(qū)動(dòng)單元”的硬件控制平臺(tái)，并在G代碼基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件總體設(shè)計(jì)，解析出纏繞過(guò)程的路徑規(guī)劃，利用Bresenham算法實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡的控制，從而實(shí)現(xiàn)碳纖維纏繞成型控制的整體規(guī)劃。
　　最后，對(duì)加工裝配完成的碳纖維纏繞機(jī)構(gòu)樣機(jī)的性能進(jìn)行測(cè)試，重點(diǎn)對(duì)其張力控制能力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。利用新型碳纖維纏繞機(jī)樣機(jī)分別試制無(wú)骨架和有骨架碳纖維零件，對(duì)無(wú)骨架零件進(jìn)行表面平整性、抗拉能力、抗壓能力以及三點(diǎn)彎曲性能等方面性