Способ намотки многослойных оболочек
Использование: изобретение относится к технологии производства изделий из композиционных материалов методом намотки. Сущность изобретения: измеряют по координатам расстояния между крайними точками новой и первоначальной траекторий движения исполнительного органа станка, задают координаты базовой точки (Zб), относительно которой осуществляют растяжение или сжатие цикл-витка рисунка намотки, а по координатным осям с нециклическим характером движения в зоне намотки единичной ленты слоя измеряют расстояние между конечными точками намечаемой новой и первоначальной траекторий движения, затем полученные значения, а также координатные значения крайних точек первоначальной траектории движения вводят в интерполятор, где в соответствии с этими поправками вырабатывают новые траектории движения. 6 ил.
Изобретение относится к технологии производства изделий из композиционных материалов методом намотки.
Известны способы изготовления оболочек из композиционных материалов (авт. св. СССР N 1522613, кл. В 29 С 53/56, 53/82 // В 29 К 105:08, В 29 L 23: 00; N 1527797, В 29 С 53/56 // B 29 K 105:08), включающие формирование изделия методом намотки на оправку длинномерным материалом по спирали при перемещении каретки, раскладчика вдоль оправки и вращении оправки вокруг своей оси или раскладочных головок вокруг оси оправки. Намотку осуществляют предварительно пропитанными прядями (препрегами) сухой метод или одновременно с их пропиткой мокрый метод. Известны также (заявка SU N 5006840 от 29.10.91.) способы намотки многослойных оболочек, по которым, исходя из геометрических характеристик оправки и заданного рисунка намотки, определяют координатные точки траектории движения исполнительного органа намоточного станка, формируют программу устройства числового программного управления, в соответствии с которой, вырабатывая задающие сигналы управления приводами по координатным осям, наматывают на оправку слой используемого композиционного материала, затем для каждого последующего слоя в соответствии с изменяющимися по мере намотки размерами оправки определяют новые координатные точки траектории движения исполнительного органа, формируют и отлаживают новую программу устройства числового программного управления, в соответствии с которой, вырабатывая задающие сигналы управления приводами по координатным осям, наматывают на оправку последующий слой и так далее до получения требуемой многослойности. По известному способу многослойной намотки, особенно при намотке смещаемых слоев, слоев до охвата цапф, фланцев и т. п. разрабатывают через систему автоматизации программирования (САП или САПР) на ЭВМ высшего уровня вычислительного центра отдельные управляющие программы для каждого слоя, передают их к станку, вводят в устройство числового программного управления станка или через перфоленту и фотосчитывающее устройство, или через дискету, или непосредственно по проводам магистралей, затем производят пробную намотку, измеряют полученные параметры рисунка намотки, определяют величины погрешностей и в зависимости от величины погрешностей разрабатывают снова через систему САП (САПР) ЭВМ высшего уровня новые управляющие программы для каждого слоя, затем их снова испытывают. Такие операции процесса повторяют несколько раз до полной отладки. В силу значительной сложности траекторий и процессов спиральной намотки изделий особенно для авиационно-космической, судостроительной и химической промышленности процессы отладки технологий многослойной намотки не были возможны без повторных обращений к САП (САПР). Все это усложняло производственный процесс, делало его дорогим и трудоемким с длительным циклом получения многослойных оболочек. Целью предлагаемого изобретения является повышение сменной производительности, а также удешевление и упрощение процесса производства. Это достигается тем, что в способе намотки многослойных оболочек, по которому, исходя из геометрических характеристик оправки и заданного рисунка намотки, определяют координатные точки траектории движения исполнительного органа намоточного станка, формируют программу устройства числового программного управления, в соответствии с которой, вырабатывая задающие сигналы управления приводами по координатным осям, наматывают на оправку слой используемого композиционного материала, затем для каждого последующего слоя в соответствии с изменяющимися по мере намотки размерами оправки определяют новые координатные точки траекторий движения исполнительного органа, формируют новые программы устройства числового программного управления, в соответствии с которыми, вырабатывая задающие сигналы управления приводами по координатным осям, наматывают на оправку последующие слои, при этом для последующего слоя измеряют по координатным осям с циклическим характером движения в соответствии с требуемыми изменениями рисунка намотки расстояния












Ciн Cmin + (Ci Cmin)


Сiн значения координат в каждом такте интерполяции при намотке цикл-витка единичной ленты слоя по новой траектории движения исполнительного органа станка;
Ci значения координат в каждом такте интерполяции при намотке цикл-витка единичной ленты слоя по первоначальной траектории движения исполнительного органа станка;
Cmax и Cmin координаты крайних точек первоначальной траектории движения исполнительного органа станка в зоне намотки цикл-витка единичной ленты слоя;


Zвн= Zон= Zвп+

Zвн= Zон= Zвп+

Zвн Zвп Zон Zоп при Zвп Zоп Zб, где Zвн значение координаты входа в цикл-виток новой траектории намотки последующего слоя;
Zвп значение координаты входа в цикл-виток первоначальной траектории;
Zоп значение координаты отхода от цикл-витка первоначальной траектории;
Zон значение координаты отхода от цикл-витка новой траектории;
Zб базовое значение координат,




Zmin и Zmax координаты крайних точек первоначальной траектории движения исполнительного органа в рабочей зоне станка при намотке единичного цикл-витка слоя. На фиг. 1 представлен станок намотки оболочек с устройством числового программного управления и подходом исполнительного органа к циклической части траектории до базовой точки на примере изготовления изотензоидной оболочки; на фиг. 2 развертка коррекции траектории циклической координаты в функции времени (t) относительно базовой точки, расположенной произвольно в зоне размера оправки; на фиг. 3 развертка коррекции траектории нециклической координаты в функции времени (t); на фиг. 4 станок намотки оболочек с устройством числового программного управления и подходом исполнительного органа к циклической части траектории за базовой точкой; на фиг. 5 станок намотки оболочек с устройством числового программного управления и подходом исполнительного органа к циклической части траектории до базовой точки, расположенной посередине зоны размера оправки, на примере изготовления цилиндрической оболочки; на фиг. 6 развертка коррекции траектории циклической координаты в функции времени (t) относительно базовой точки, расположенной посередине оправки. Станок намотки (фиг. 1) с типичным устройством 1 числового программного управления (УЧПУ) типа CNC содержит оправку 2, снабженную приводом 3 и установленную на опорах 4, механизм 5 соединения оправки с приводом оправки, продольные направляющие 6, снабженную приводом 7 каретку 8 с поперечными направляющими 9, снабженные приводом 10 салазки 11, раскладчик 12, исполнительный орган 13 для наматывания материала 14, образующий намотанные слои 15, 16, 17, устройство 18 ввода УЧПУ, блок 19 оперативного задания параметров УЧПУ, память 20, блок 21 интерполяции (интерполятор), блоки 22, 23, 24, 25, 26 формирования сигналов управления приводами X, Z, A, B, C. управляемых координат исполнительного органа станка. Исполнительный орган станка может иметь любое количество управляемых координат, например указанные на фиг. 1 дополнительные координаты А, В и другие, не указанные на чертеже (количество управляемых координат станка не принципиально для существа притязаний заявки). На фиг. 1 показана первоначально заданная траектория 27 по циклической координате Z, 28 траектория после сжатия по этой же координате, 29 траектория после растяжения и соответствующие им координаты Zвп входа из исход ной точки Ou в цикл-виток первоначально заданной траектории, координаты Zвнс входа в цикл-виток новой траектории после сжатия, координаты Zвнр входа в цикл-виток новой траектории после растяжения. На фиг. 3 позицией 30 показана первоначально заданная траектория по нециклической координате С, позицией 31 траектория после сжатия по этой же координате, позицией 32 траектория после растяжения. На фиг. 4, фиг. 5 на схемах станков устройства ЧПУ подразумеваются, но не изображены, а условно схематично показаны только приводы. На фиг. 6 показана корректируемая траектория по циклической координате в функции времени (t) относительно базовой точки, расположенной посередине оправки, при этом позицией 33 показана первоначально заданная траектория, позицией 34 траектория после первого растяжения позицией 35 траектория после второго растяжения. Формирование многослойной оболочки производится следующим образом. На опоры 4 станка устанавливают оправку 2 и закрепляют механизмом 5 соединения оправки с приводом оправки. Исходя из геометрических характеристик оправки и заданного рисунка намотки, определяют координатные точки траектории движения, например траектории 27 исполнительного органа 13 намоточного станка, далее формируют управляющую программу устройства 1 числового программного управления, при этом для деталей летательных аппаратов, судостроительной и других подобных отраслей промышленности в силу ответственности и сложности изделий определение координатных точек траектории движения исполнительного органа и формирование управляющих пpограмм осуществляют через систему САП (САПР) ЭВМ высшего уровня, затем управляющую первоначально заданную программу через устройство 18 ввода вводят в память 20 УЧПУ 1 типа CNC. В соответствии с управляющей программой интерполятором 21 в каждом такте интерполяции вырабатывают и выдают задающие воздействия на блоки 22, 23, 24, 25, 26 формирования сигналов управления приводами 3.7, 10 станка по управляемым координатам X, Z, A, B, C и по заданному рисунку намотки движениями каретки 8, салазок 11, раскладчика 12, исполнительного органа 13, оправки 2, по управляемым координатным осям X, Z, A, B, C наматывают на оправку по первоначально заданной программе первоначально заданный слой (например траектория 27), используемого композиционного материала 14. Для намотки любого последующего слоя (слоев) измеряют по координатным осям с циклическим характером движения в соответствии с требуемыми изменениями слоя и рисунка намотки расстояния между крайними точками намечаемой новой и первоначально заданной траекторий. Например














K2= 1+

Ziн значения координат в каждом такте интерполяции при намотке единичного цикл-витка по новой траектории движения исполнительного органа станка;
Zi значения координат в каждом такте интерполяции при намотке единичного цикл-витка по первоначальной траектории движения исполнительного органа станка;
i идентификатор последовательности тактов интерполяции;
Zб базовое значение координат;




Zmax и Zmin координаты крайних точек первоначальной траектории движения исполнительного органа в рабочей зоне станка при намотке единичного цикл-витка слоя, а по координатным осям типа С (фиг. 3) с нециклическим характером движения задающие воздействия в каждом такте интерполяции при намотке цикл-витка единичной ленты слоя формируют и отрабатывают в соответствии с выражением (2)
Ciн Cmin + (Ci Cmin)


Ciн значения координат в каждом такте интерполяции при намотке цикл-витка единичной ленты слоя по новой траектории движения исполнительного органа станка;
Ci значения координат в каждом такте интерполяции при намотке цикл-витка единичной ленты слоя по первоначально заданной траектории движения исполнительного органа станка;
Cmax и Cmin координаты крайних точек первоначальной траектории движения исполнительного органа станка в зоне намотки цикл-витка единичной ленты слоя;








где Zвн значение координаты входа в цикл-виток новой траектории намотки последующего слоя;
Zвн значение координаты входа в цикл-виток первоначальной траектории;
Zоп значение координаты отхода от цикл-витка первоначальной траектории;
Zон значение координаты отхода от цикл-витка новой траектории;
Zб базовое значение координат;




Zmax и Zmin координаты крайних точек первоначальной траектории движения исполнительного органа в рабочей зоне станка при намотке единичного цикл-витка слоя. Значения координат входа (и отхода) в цикл-виток до базовой точки в соответствии с первым выражением системы (3) показаны на фиг. 1 и фиг. 5, значения координат входа (и отхода) в цикл-виток за базовой точкой в соответствии со вторым выражением системы (3) показаны на фиг. 4, значения координат входа (и отхода) в базовую точку в соответствии с третьим выражением системы (3) очевидны и чертежами не иллюстрируются. В рассматриваемом способе намотки многослойной оболочки (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 4) значения поправок







у правого торца

у левого торца

у правого торца

у левого торца



у правого торца

у левого торца

у правого торца

у левого торца


Формула изобретения






Li значения координат в каждом такте интерполяции при намотке единичного цикл-витка по первичной траектории движения исполнительного органа станка;
i идентификатор последовательности тактов интерполяции;
Lб базовое значение координат;




Lmax и Lmin координаты крайних точек первоначальной траектории движения исполнительного органа в рабочей зоне станка при намотке единичного цикл-витка слоя,
а по координатным осям с нециклическим характером движения задающие воздействия в каждом такте интерполяции при намотке цикл-витка единичной ленты слоя формируют и отрабатывают в соответствии с выражением



Ci значения координат в каждом такте интерполяции при намотке цикл-витка единичной ленты слоя по первоначальной траектории движения исполнительного органа станка;
Cmax и Cmin координаты крайних точек первоначальной траектории движения исполнительного органа станка в зоне намотки цикл-витка единичной ленты слоя;


при этом при подходе к циклической части новой траектории намотки последующего слоя и отходе от нее задающие воздействия, выдаваемые из блока интерполяции на блоки формирования сигналов управления приводами, формируют и отрабатывают в соответствии со следующими выражениями:

при Lб<L=Lо.п<L;
Lв.н=Lо.н=Lв.п+

при Lmin<L=Lо.п<L;
Lв.н=Lв.п=Lо.н=Lо.п, при Lв.п=Lо.п=Lб,
где Zв.н значение координаты входа в цикл-виток новой траектории намотки последующего слоя;
Lв.п значение координат входа в цикл-виток первоначальной траектории;
Lо.п значение координаты отхода от цикл-витка первоначальной траектории;
Lо.н значение координаты отхода от цикл-витка новой траектории.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6