碳纤维具有较高的比强度、比模量和较小的体积等特性,是纤维高分子复合材料领域中的特种增强纤维。稳定可靠的碳纤维零件生产制造是碳纤维成型的热点和难点问题。工业级碳纤维缠绕机构相对比较成熟,低成本非工业级碳纤维缠绕机构研究还属于起步阶段,本文将针对杆状零件碳纤维缠绕成型的技术进行研究,并主要适用于实验室或科研机构的样件试制。本文根据纤维缠绕原理设计新型六自由度碳纤维缠绕机构,阐述新型碳纤维缠绕机的设计思路,对运动平台进行分析选型,对丝嘴偏转模块、丝嘴旋转模块和芯模固定模块进行详细设计,对设计的机构进行运动仿真,检测是否存在干涉,并完成加工装配。在完成结构设计的基础上,研究纤维缠绕的线型分类、缠绕模型和线型规律,以设计的结构为数学模型分析推导纤维缠绕的丝嘴运动轨迹方程和约束条件,利用Matlab进行模型仿真,针对不同形状零件观察仿真缠绕的线型效果。基于纤维缠绕原理和碳纤维缠绕机结构,设计搭建碳纤维缠绕机构其中四自由度的运动控制平台。采用“工控小主板-Arduino运动控制器+伺服驱动单元”的硬件控制平台,并在G代码基础上进行软件总体设计,解析出缠绕过程的路径规划,利用Bresenham算法实现运动轨迹的控制,从而实现碳纤维缠绕成型控制的整体规划。最后,对加工装配完成的碳纤维缠绕机构样机的性能进行测试,重点对其张力控制能力进行实验验证。利用新型碳纤维缠绕机样机分别试制无骨架和有骨架碳纤维零件,对无骨架零件进行表面平整性、抗拉能力、抗压能力以及三点弯曲性能等方面性能的测试,对有骨架零件进行弯曲性能测试。通过实验验证,表明本文的碳纤维缠绕机构及其控制系统有着较好的稳定性,能够满足一般杆状碳纤维零件缠绕成型的制作要求。