基于CATIA的自动铺丝机运动仿真系统开发

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自动铺丝技术是一种新型复合材料自动化加工技术,由于其所生产的产品具有比传统材料更高的力学性能和使用性能,因此在航空航天领域应用广泛。龙门式自动铺丝机是一种常用的自动铺丝机结构形式。运动仿真技术是是纤维铺放成型CAD/CAM系统的重要组成部分,能够提高产品研发速度、降低开发成本、防止运动干涉、减少设计错误等。因此,对自动铺丝机运动仿真系统的开发,具有重要的理论意义和实用价值。首先,本文研究了自动铺丝纤维铺放轨迹的规划方法。利用等铺放角法,生成了初始轨迹。确定了生成初始轨迹过程中,曲率和步长的计算方法,同时分析了判断初始轨迹是否到达芯模曲面边界的方法。生成初始轨迹后,通过将初始轨迹通过偏移,实现了整个芯模曲面铺放轨迹的密化。并且,对偏移过程中,丝束根数和间隙与重叠面积的计算方法进行了分析。通过CATIA二次开发的方法,对所研究的轨迹规划算法进行了验证。其次,针对7自由度龙门式自动铺丝设备进行了后置处理算法的研究。将该后置处理问题转化为7自由度冗余度机器人的运动学求解问题。采用位姿分离法,对于主轴和机械臂,分别建立相应的坐标系,分析了其后置处理方法。研究了在后置处理实际计算中,某些运动控制变量计算结果产生突变的原因和解决方案。并对后置处理中所要注意的速度控制、丝束剪切等过程进行了讨论。最后,利用CATIA二次开发的方法,开发了龙门式自动铺丝设备的运动仿真系统。该系统可以实现对于指定芯模的轨迹规划,基于龙门式自动铺丝设备的后置处理和运动仿真等功能。针对圆锥形芯模,开展了纤维铺放运动仿真实验,并且对仿真结果进行了速度分析,仿真结果验证了前面所研究算法的合理性和正确性。
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