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和難點問題。工業(yè)級碳纖維纏繞機(jī)構(gòu)相對比較成熟，低成本非工業(yè)級碳纖維纏繞機(jī)構(gòu)研究還屬于起步階段，本文將針對桿狀零件碳纖維纏繞成型的技術(shù)進(jìn)行研究，并主要適用于實驗室或科研機(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)計思路，對運動平臺進(jìn)行分析選型，

2、對絲嘴偏轉(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，對設(shè)計的機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動仿真，檢測是否存在干涉，并完成加工裝配。
　　在完成結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(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)纖維纏繞的絲嘴運動軌跡方程和約束條件，利用Matlab進(jìn)行模型仿真，針對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)計搭建碳纖維纏繞機(jī)構(gòu)其中四自由度的運動控制平臺。采用“工

3、控小主板+Arduino運動控制器+伺服驅(qū)動單元”的硬件控制平臺，并在G代碼基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件總體設(shè)計，解析出纏繞過程的路徑規(guī)劃，利用Bresenham算法實現(xiàn)運動軌跡的控制，從而實現(xiàn)碳纖維纏繞成型控制的整體規(guī)劃。
　　最后，對加工裝配完成的碳纖維纏繞機(jī)構(gòu)樣機(jī)的性能進(jìn)行測試，重點對其張力控制能力進(jìn)行實驗驗證。利用新型碳纖維纏繞機(jī)樣機(jī)分別試制無骨架和有骨架碳纖維零件，對無骨架零件進(jìn)行表面平整性、抗拉能力、抗壓能力以及三點彎曲性能等方面性