復(fù)合材料構(gòu)件自動(dòng)鋪帶數(shù)控編程系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用

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1、復(fù)合材料構(gòu)件自動(dòng)鋪帶數(shù)控編程系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用復(fù)材構(gòu)件手工成型時(shí)，預(yù)浸帶經(jīng)剪裁后手工鋪疊、壓實(shí)到模具表面。隨著復(fù)材構(gòu)件在現(xiàn)代大型飛機(jī)上廣泛應(yīng)用，人工鋪放工藝已難以滿足實(shí)際需要，急需自動(dòng)鋪帶技術(shù)來提高生產(chǎn)效率，改善制造過程的可控制性，降低成本以及提高產(chǎn)品質(zhì)量?！　　　∽詣?dòng)鋪帶技術(shù)利用數(shù)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)預(yù)浸帶剪裁、定位、鋪疊的自動(dòng)化。與手工相比，自動(dòng)鋪帶技術(shù)可降低制造成本30%~50%，主要適用于各種大尺寸、小曲率部件的制造。與傳統(tǒng)的數(shù)控加工不同，自動(dòng)鋪帶技術(shù)屬于典型的增料制造技術(shù)，由裝備技術(shù)、軟件技術(shù)和工藝技術(shù)構(gòu)成，國外均已形成相關(guān)的工業(yè)產(chǎn)品。在自動(dòng)鋪帶CAD/CAM軟件方面，

2、西方發(fā)達(dá)國家經(jīng)過幾十年的研究，已經(jīng)開發(fā)了多套商用自動(dòng)鋪放CAD/CAM軟件，并形成了完備的復(fù)合材料設(shè)計(jì)制造解決方案。其中，Tapelay軟件應(yīng)用比較成熟，Tapelay軟件是由空中客車公司（AIRBUS）與法國應(yīng)用數(shù)學(xué)中心（CIMPA）以航空航天領(lǐng)域廣泛采用的CATIAV5軟件為平臺，基于CATIACAAV5技術(shù)聯(lián)合開發(fā)的自動(dòng)鋪帶CAD/CAM軟件。該軟件可直接集成到CATIAV5系列軟件中，包括自動(dòng)鋪帶CAD部分的TapeGeneration模塊和CAM部分的TapeManufacturing模塊。TapeManufacturing模塊則能針對部分一步法鋪帶機(jī)與

3、兩步法鋪帶機(jī)生成相應(yīng)的加工NC代碼[1]。目前，國內(nèi)報(bào)道可見的自動(dòng)鋪帶CAD/CAM技術(shù)研究主要集中在軌跡規(guī)劃和加工仿真的基礎(chǔ)理論方面。　　　　CATIA/CAA二次開發(fā)　　　　自動(dòng)鋪帶數(shù)控編程系統(tǒng)采用組件應(yīng)用架構(gòu)（ComponentApplicationArchitecture，CAA）C++二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)。AutomationAPI（自動(dòng)化應(yīng)用接口）與CAAC++是CATIA二次開發(fā)常用的兩種方法，AutomationAPI入門容易，但功能限制大，CAAC++入門困難，但提供的接口全面，開發(fā)的程序效率高，能夠滿足用戶深層次專業(yè)化的要求。　　　　CAAC++是基于

4、組件的定制開發(fā)，是對其組件對象的組合和擴(kuò)展，采用了組件對象模型（COM）技術(shù)。CAAC++這種組件式的解決方案采用的開放式、可擴(kuò)展的模塊化開發(fā)架構(gòu)，使得全球諸多軟件開發(fā)商可以參與達(dá)索系統(tǒng)（DassaultSystemes）產(chǎn)品的研發(fā)。CAAC++在具有更大的復(fù)雜度和難度的同時(shí)它也能夠?qū)崿F(xiàn)更強(qiáng)大的功能。CAA的實(shí)現(xiàn)，是通過提供的快速應(yīng)用開發(fā)環(huán)境RADE（RapidApplicationDevelopmentEnvironment）和不同的API接口程序來完成的?！　　　∽詣?dòng)鋪帶規(guī)劃與編程軟件概述　　　　自動(dòng)鋪帶規(guī)劃與編程軟件的主要功能模塊包括鋪帶規(guī)劃、鋪帶編程、后置

5、處理3部分[2]?！　　　′亷б?guī)劃是自動(dòng)鋪帶支撐軟件的CAD部分，是自動(dòng)鋪帶軟件中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。在鋪層中確定每條鋪帶位置（即鋪帶中心線所處位置）、輪廓邊界，以及鋪帶展平數(shù)據(jù)，并能夠適當(dāng)調(diào)整鋪帶位置、寬度，以提高鋪放效率和質(zhì)量?！　　　′亷Ь幊棠K是自動(dòng)鋪帶支撐軟件的CAM部分，是本文的研究范疇，主要實(shí)現(xiàn)鋪帶鋪放過程數(shù)據(jù)文件的輸出，文件輸出格式為APT。這種文件可讀性強(qiáng)，容易及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。　　　　后置處理工具通過對鋪帶編程中輸出APT文件進(jìn)行處理，輸出鋪帶設(shè)備鋪放、切割、檢測所需NC文件與其他數(shù)據(jù)文件?！　　　∽詣?dòng)鋪帶數(shù)控編程系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)　　　　鋪帶規(guī)劃完成之后進(jìn)行自

6、動(dòng)鋪帶的數(shù)控編程。自動(dòng)鋪帶的數(shù)控編程設(shè)置工藝參數(shù)，生成鋪帶編程模型，然后進(jìn)行軌跡計(jì)算并輸出APT文件。自動(dòng)鋪帶數(shù)控編程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括機(jī)床加工模式定義、加工操作創(chuàng)建、鋪放操作加工軌跡計(jì)算、超聲切割操作加工軌跡計(jì)算、激光檢測操作加工軌跡計(jì)算與加工軌跡保存與仿真?！　　　?機(jī)床加工模式定義　　　　機(jī)床加工模式定義一些基本信息，包括選擇機(jī)床與加工坐標(biāo)系等。機(jī)床有4種加工方式，分別為A工序、B工序、超聲切割與激光檢測。由這4種加工方式組合成6種不同的機(jī)床加工模式。機(jī)床的這6種加工模式中可包括A工序、B工序（可選項(xiàng)，有可能不包括）、超聲切割與激光檢測。A工序的加工模

7、式根據(jù)帶寬（300mm，150mm）的不同有兩種，A工序、B工序都包含的加工模式，根據(jù)A工序的帶寬（300mm，150mm）與B工序帶寬（150mm，75mm）組合成4種。A工序、B工序中設(shè)置的參數(shù)包括壓棍的直徑與長度、壓輥力、進(jìn)給速度、進(jìn)/退刀高度等信息。超聲切割中設(shè)置調(diào)整點(diǎn)速度、進(jìn)刀速度與切割速度。激光檢測中設(shè)置進(jìn)給速度。在零件操作（PartOperation）中設(shè)置加工坐標(biāo)系?！　　　?加工操作創(chuàng)建　　　　自動(dòng)鋪帶過程由鋪放、切割與檢測3部分構(gòu)成，本文的加工操作相應(yīng)地包括鋪放操作、超聲切割操作與激光檢測操作?！　　　∽詣?dòng)鋪帶編程系統(tǒng)在CATIA平臺上運(yùn)行，其

8、編程操作的