四轴车床式纤维缠绕机缠绕指令预处理平滑方法研究与应用

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纤维缠绕机在进行纤维缠绕的过程中,其关键部件运动的平稳性是影响缠绕质量、缠绕设备稳定性和缠绕效率的重要因素之一。本文通过对缠绕指令进行预处理的方式解决缠绕机缠绕过程中的抖动问题。针对缠绕机指令平滑可能引起的缠绕过程中纤维打滑问题,本文将对缠绕机运行稳定性影响较大的轴称为关键轴,对四轴车床式纤维缠绕机缠绕工程中纤维的受力情况进行分析,利用纤维在芯模上的缠绕点计算出能反映纤维在芯模各指令点处滑移状况的滑移系数,最终得到缠绕指令平滑的位置限制条件。针对缠绕轨迹可能存在的局部不平滑现象,本文利用曲率极值点、长度不均匀点和弦点三个曲线几何特征进行缠绕轨迹的特征点的选取。基于纤维滑移约束条件并利用三次Bezier样条对特征点进行样条拟合,然后计算非特征点的拟合误差并将拟合条件不满足的地方作为新的特征点重新进行样条拟合,最终得到较为平滑的缠绕轨迹。多轴机床因旋转轴的存在使得机床系与工件系的坐标转换存在着非线性的关系,从而导致缠绕轨迹的平滑不能保证关键轴的平稳运动。针对此问题,本文利用小波变换对关键轴进行速度平滑,并以平滑后的缠绕轨迹为基准,对运行平稳性影响相对较小的非关键轴进行位置调整以弥补关键轴平滑引起的缠绕轨迹偏差,最终得到关键轴运动均较平滑的缠绕指令。设计开发纤维缠绕滑移系数计算软件,能根据现有机床参数与圆柱型芯模几何参数计算出各指令点对应的纤维滑移系数,并标识出有滑移趋势的危险点。利用数控系统进行轨迹平滑前后指令代码的模拟加工并采集对应的插补数据。对轨迹平滑前后的实验结果进行对比分析,平滑后的指令代码对应的缠绕过程具有更平滑的关键轴位置和速度波形。
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