作为复合材料缠绕技术的基础组成部分,复合材料缠绕机的整体性能品质是确保缠绕工艺实施的重要支柱,也是保证缠绕制品质量的关键因素。缠绕机设计的首要功能是能够满足制品外形轨迹的缠绕工作,零件表面轮廓越复杂,缠绕机需要的自由度更多。在满足轨迹成型的基础上,保证制品质量的统一性,提高制造过程中缠绕机的位置精度及工艺参数的控制等内容已成为复合材料缠绕成型工艺的关键技术。
对于一般复杂的异形结构,采用较多的缠绕机是基于车床结构发展起来的;无论纤维缠绕机还是预浸带缠绕机,机体主要包含两部分,即:驱动芯模转动的主轴部分及复合材料预处理与输送的小车机构部分,比较典型的是3-4轴的CNC复合材料缠绕机。国外Mikrosam公司研制的纤维缠绕机与西北工业大学研制的预浸带缠绕机。对于复杂构件,采用自由度更多的工业机器人缠绕设备已成为发展共识,其核心功能结构仍然为复合材料预处理与输送的机械部分及驱动芯模转动的主轴部分,但其灵活性相比较基于车床的数控缠绕机大幅提高,在这种情况下,复合材料缠绕技术与铺放技术可以灵活切换。
复合材料缠绕机系统控制部分主要涉及工艺参数控系统、机构位置/速度控制系统及辅助控制系统。工艺参数控制系统主要针对小车机构部分,影响产品质量的因素进行控制,如缠绕张力、温度及热辊压力等。位置/速度控制系统主要针对缠绕机构主轴及小车部分的运动控制,实现缠绕成型的轨迹精度控制。为了更好的控制成型制品质量,先进的缠绕机系统会增加辅助控制系统,以便对复合材料缠绕成型位置及工艺参数进行在线调整与监测。典型的复合材料缠绕机控制系统结构。
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