自动纤维铺丝机的设计与实验研究

玻璃钢/复合材料 ›› 2017, Vol. 0 ›› Issue (3): 60-63.

自动纤维铺丝机的设计与实验研究

曹忠亮^{1, 2}, 韩振宇², 富宏亚^2*

1.齐齐哈尔大学机电工程学院,齐齐哈尔161006;
2.哈尔滨工业大学机电工程学院,哈尔滨150001

收稿日期:2016-09-09 出版日期:2017-03-25 发布日期:2017-03-28
通讯作者: 富宏亚(1963-),男,教授,博士生导师,主要从事纤维缠绕、纤维铺放、智能控制方面的研究,hongyafu@hit.edu.cn。
作者简介:曹忠亮(1983-),男,博士研究生,讲师,主要从事复合材料方面的研究。
基金资助:
国家数控专项支持项目(2014ZX04001091);齐齐哈尔市科技局工业攻关项目(GYGG-201316);齐齐哈尔大学教育教研重点项目(2014076)

DESIGN AND EXPERIMENTAL RESEARCH OF AUTOMATED FIBER PLACEMENT EQUIPMENT

CAO Zhong-liang^1,2, HAN Zhen-yu², FU Hong-ya^2*

1.School of Mechatronics Engineering, Qiqihar University, Qiqihar 161001, China;
2.School of Mechatronics Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China

Received:2016-09-09 Online:2017-03-25 Published:2017-03-28

摘要/Abstract

摘要： 自动纤维铺丝是一种非常重要的复合材料自动化成型方法。提出了一种新型的纤维铺丝机的总体机构和控制系统方案,利用气缸为执行元件带动切刀和压辊,实现纤维的剪切和夹紧,构建以直线位移传感器为反馈元件的新型张力控制系统,同时设计一种基于主流的工控机(IPC)+运动控制器(UMAC)相结合的开放式控制系统方案,最后进行相关的铺丝实验。运行结果表明,各轴运动情况良好,控制系统整体运行稳定,各模块设计合理,达到了预期效果。

关键词: 自动纤维铺丝, 复合材料, 控制系统, UMAC, 铺丝机

Abstract: Automated fiber placement is a very important composite automation forming method. This paper proposed a new general mechanism and control system solutions of fiber placement machine driven by an air cylinder and a pressure roller cutter as actuator to achieve fiber cutting and clamping. A new type of tension control system with linear displacement sensor as the feedback element is constructed. Meanwhile, an open control system based on the main stream of industrial control computer (IPC) and motion controller (UMAC) is designed. Finally, the related placement experiments are carried out. The operation results show that the motion of each axis is in good condition, the control system is stable, the design of each module is reasonable and the expected effect is achieved.

Key words: automated fiber placement, composite, control system, UMAC, placement equipment

中图分类号:

TB332

曹忠亮, 韩振宇, 富宏亚. 自动纤维铺丝机的设计与实验研究[J]. 玻璃钢/复合材料, 2017, 0(3): 60-63.

CAO Zhong-liang, HAN Zhen-yu, FU Hong-ya. DESIGN AND EXPERIMENTAL RESEARCH OF AUTOMATED FIBER PLACEMENT EQUIPMENT[J]. Fiber Reinforced Plastics/Composites, 2017, 0(3): 60-63.

参考文献

[1] 杜善义. 先进复合材料与航空航天[J]. 复合材料学报, 2007(1): 1-12.
[2] MOREY B. Automating composites fabrication[J]. Manufacturing Engineering, 2008(04): 12-16.
[3] 陈绍杰. 大型飞机与复合材料[J].航空制造技术, 2008(15): 32-37.
[4] 肖军, 李勇, 文立伟, 等. 树脂基复合材料自动铺放技术进展[J]. 中国材料进展, 2009, 28(6): 28-32.
[5] 姚俊, 孙达, 姚振强. 复合材料自动铺带技术现状与研究进展[J]. 机械设计与研究, 2011, 4(27): 1-7.
[6] 周晓芹, 曹正华. 复合材料自动铺放技术的发展及应用[J]. 航空制造技术,2009: 1-7.
[7] 李勇. 肖军. 复合材料纤维铺放技术及其应用[J]. 纤维复合材料,2002, 9(3): 39-41.
[8] X. Guan, R. Pitchumani. Modeling of spherulitic crystallization in thermoplastic tow-placement process: heat transfer analysis[J]. Composites Science and Technology, 2004 (64): 1123-1134.
[9] Fazil O. Sonmez, Mustafa Akbulut. Process optimization of tape placement for thermoplastic composites[J]. Composites: Part A, 2007(38): 2013-2023.
[10] Christopher Mark, Paul Compston, Timothy, et al. Thermal modeling of the laser-assisted thermoplastic tape placement process[J]. Journal of Thermoplastic Composite Materials, 2013(11): 1-18.
[11] 富宏亚, 韩振宇, 路华. 纤维缠绕/铺带/铺丝成型设备的发展状况[J]. 航空制造技术, 2009(22): 43-46.
[12] 富宏亚, 邵忠喜. 七自由度纤维铺丝样机研制[J]. 航空制造技术,2010(17): 46-48.
[13] 张小辉. 原位光固化复合材料纤维铺放制造工艺 [J]. 复合材料自动化制造技术, 2011(15): 45-50.
[14] 文立伟, 余永波, 齐俊伟, 等. 基于自动铺放成型的红外加热系统研究 [J]. 航空学报, 2011(10): 1937-1944.
[15] 郑魁敬, 高建设. 运动控制技术及工程实践[M]. 北京: 中国电力出版社,2009: 57-68.