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作者: 发布时间:2013-08-16 来源: 繁体版
复材构件手工成型时,预浸带经剪裁后手工铺叠、压实到模具表面。随着复材构件在现代大型飞机上广泛应用,人工铺放工艺已难以满足实际需要,急需自动铺带技术来提高生产效率,改善制造过程的可控制性,降低成本
复材构件手工成型时,预浸带经剪裁后手工铺叠、压实到模具表面。随着复材构件在现代大型飞机上广泛应用,人工铺放工艺已难以满足实际需要,急需自动铺带技术来提高生产效率,改善制造过程的可控制性,降低成本以及提高产品质量。Z79自动化在线网
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自动铺带技术利用数控技术实现预浸带剪裁、定位、铺叠的自动化。与手工相比,自动铺带技术可降低制造成本30%~50%,主要适用于各种大尺寸、小曲率部件的制造。与传统的数控加工不同,自动铺带技术属于典型的增料制造技术,由装备技术、软件技术和工艺技术构成,国外均已形成相关的工业产品。在自动铺带CAD/CAM软件方面, 西方发达国家经过几十年的研究,已经开发了多套商用自动铺放CAD/CAM软件,并形成了完备的复合材料设计制造解决方案。其中,Tapelay软件应用比较成熟,Tapelay软件是由空中客车公司(AIRBUS)与法国应用数学中心(CIMPA)以航空航天领域广泛采用的CATIA V5软件为平台,基于CATIA CAA V5技术联合开发的自动铺带CAD/CAM软件。该软件可直接集成到CATIA V5系列软件中,包括自动铺带CAD部分的Tape Generation 模块和CAM部分的Tape Manufacturing模块。Tape Manufacturing模块则能针对部分一步法铺带机与两步法铺带机生成相应的加工 NC 代码[1]。目前,国内报道可见的自动铺带CAD/CAM 技术研究主要集中在轨迹规划和加工仿真的基础理论方面。Z79自动化在线网
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CATIA/CAA二次开发Z79自动化在线网
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自动铺带数控编程系统采用组件应用架构(Component Application Architecture,CAA) C++二次开发实现。Automation API(自动化应用接口)与CAA C++是CATIA二次开发常用的两种方法,Automation API入门容易,但功能限制大,CAA C++入门困难,但提供的接口全面,开发的程序效率高,能够满足用户深层次专业化的要求。Z79自动化在线网
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CAA C++是基于组件的定制开发,是对其组件对象的组合和扩展,采用了组件对象模型(COM)技术。CAA C++这种组件式的解决方案采用的开放式、可扩展的模块化开发架构,使得全球诸多软件开发商可以参与达索系统(Dassault Systemes) 产品的研发。CAA C++ 在具有更大的复杂度和难度的同时它也能够实现更强大的功能。CAA的实现,是通过提供的快速应用开发环境RADE(Rapid Application Development Environment)和不同的API接口程序来完成的。Z79自动化在线网
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自动铺带规划与编程软件概述Z79自动化在线网
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自动铺带规划与编程软件的主要功能模块包括铺带规划、铺带编程、后置处理 3 部分[2]。Z79自动化在线网
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铺带规划是自动铺带支撑软件的CAD部分,是自动铺带软件中基础数据的准备。在铺层中确定每条铺带位置(即铺带中心线所处位置)、轮廓边界,以及铺带展平数据,并能够适当调整铺带位置、宽度,以提高铺放效率和质量。Z79自动化在线网
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铺带编程模块是自动铺带支撑软件的CAM部分,是本文的研究范畴,主要实现铺带铺放过程数据文件的输出,文件输出格式为APT。这种文件可读性强,容易及时发现问题。Z79自动化在线网
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后置处理工具通过对铺带编程中输出APT 文件进行处理,输出铺带设备铺放、切割、检测所需NC文件与其他数据文件。Z79自动化在线网
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自动铺带数控编程系统实现Z79自动化在线网
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铺带规划完成之后进行自动铺带的数控编程。自动铺带的数控编程设置工艺参数,生成铺带编程模型,然后进行轨迹计算并输出APT 文件。自动铺带数控编程系统结构如图1所示,包括机床加工模式定义、加工操作创建、铺放操作加工轨迹计算、超声切割操作加工轨迹计算、激光检测操作加工轨迹计算与加工轨迹保存与仿真。

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1 机床加工模式定义Z79自动化在线网
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机床加工模式定义一些基本信息,包括选择机床与加工坐标系等。机床有4种加工方式,分别为A工序、B工序、超声切割与激光检测。由这4种加工方式组合成6种不同的机床加工模式。机床的这6种加工模式中可包括A工序、B工序(可选项,有可能不包括)、超声切割与激光检测。A工序的加工模式根据带宽(300mm,150mm)的不同有两种,A工序、B工序都包含的加工模式,根据A工序的带宽(300mm,150mm)与B工序带宽(150mm,75mm)组合成4种。A工序、B工序中设置的参数包括压棍的直径与长度、压辊力、进给速度、进/退刀高度等信息。超声切割中设置调整点速度、进刀速度与切割速度。激光检测中设置进给速度。在零件操作(Part Operation)中设置加工坐标系。Z79自动化在线网
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2 加工操作创建Z79自动化在线网
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自动铺带过程由铺放、切割与检测3部分构成,本文的加工操作相应地包括铺放操作、超声切割操作与激光检测操作。Z79自动化在线网
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自动铺带编程系统在CATIA平台上运行,其编程操作的交互方式尽可能与CATIA数控加工模块保持一致。CAA加工模块中提供了加工操作的基本框架,分别为几何、加工策略、刀具、进/退刀、进给速度与主轴转速等。本系统开发过程中,根据铺带编程中加工特征属性,建立既能满足铺带编程需求,又可以合理利用CAA框架结构的加工操作。针对铺带编程中加工特征包含的各类属性,将特征几何、加工策略、进/退刀方式、加工轨迹离散参数、进给速度等属性进行分类,确定各类属性在加工操作框架中所属位置,建立相应的加工操作。Z79自动化在线网
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3 铺放操作加工轨迹计算

复合材料构件自动铺带数控编程系统研究
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