毕业论文移动版

复合材料近年来已经成为航空航天、船舶、车辆等领域中[3]的研究热点，因为复合材料本身优异的性能所致，比如质量小，疲劳强度好，抗腐蚀性能出众。飞机螺旋桨、高动力低噪音要求的船舶小型碳纤维螺旋桨已通过复合材料塑模成型的方式制备[4]，但是大型螺旋桨采用树脂传递模塑成型技术方法制备可行性较差，存在制造效率低、桨叶叶面误差大、工艺复杂等缺点。

因此，螺旋桨采用碳纤维复合材料可大大减轻自身质量，其自身较大的比刚度、比模量使得机械性能较传统材料更加优异，而且在海水中不像合金材料那样会发生电腐蚀反应，且耐疲劳性能优异，故使用碳纤维材料的螺旋桨市场前景宽阔。

在航空航天（舱段、外壳）、汽车（引擎盖）[5]等领域已经采用专用的碳纤维铺放设备用于曲面构件成型。复合材料铺放成型工艺[6]对于可调式螺旋桨桨叶表面的加工有巨大的优势，其加工稳定，具有高柔性、高效、高自动化的优点。对此，汽车、航天等领域已经采用专用的碳纤维铺放设备进行曲面构件的成型。然而现在大型螺旋桨加工机床主要为七轴五联动的大型机床[7]，这种结构形式用于螺旋桨碳纤维铺放存在结构冗余、灵活性差、桨叶表面加工质量难以控制等缺点。

因此，采用串并混联机构的碳纤维螺旋桨自动铺放设备既可以克服现有铺放设备存在的灵活性差、铺放质量不稳定等缺点，又容易实现大曲率高阶曲面[9]浆叶的铺制。在自动化方面，碳纤维螺旋桨铺放设备将实现铺放的完全自动化，不再需要手动铺放的环节，故碳纤维螺旋桨铺放设备具有很大的研究价值。

1.2碳纤维螺旋桨铺放设备研究现状

1.2.1碳纤维螺旋桨铺放设备国外研究现状

1.2.2碳纤维螺旋桨铺放设备国内研究现状

1.3本文主要研究内容

本文的制造对象为直径1500范围内可调桨叶片，工作介质为宽8mm的CFRP丝束。考虑到丝束铺放时排丝的便利性以及螺旋桨叶在不同方向的表面铺丝时装夹的便利性，铺放设备采用卧式的布置形式。根据铺制螺旋桨曲面的特点，即大曲率表面，采用六联动混联的运动方式，实现利用碳纤维复合材料铺制螺距可调螺旋桨时能够达到保证曲面精度的同时，保证加工的连续性、高效性和可靠性。根据加工对象可调式螺旋桨叶结构形状的特点，可调螺旋桨桨叶采用立式装夹的方式。本文主要内容包括以下部分：

（1）纤维铺放的工艺研究，包括丝束路径的规划，铺放方式的确定以及固化结合方式的选择。该部分于第二章详述。

（2）碳纤维螺旋桨铺放设备的功能模块设计，以及加工工件的装夹模块、辅助支承模块的设计。功能模块化的设计于第三章详述。

（3）碳纤维螺旋桨铺放设备中的六自由度Stewart并联平台的机械结构设计。主要包括其结构尺寸的计算，以及在运动过程中的稳定性、干涉情况的仿真验证。该部分于第四章讲述。

（4）碳纤维螺旋桨铺放设备控制系统的设计，包括实现铺丝轨迹的运动控制以及实现各功能的开关系统的设计。通过高级语言实现用户与控制程序之间的连接，实现界面化的控制编程，并进行加工功能测试。控制系统的设计过程于第五章详细说明。

本文研究思路和方法为：

（1）针对可调式螺旋桨叶表面确定铺放层方向，通过UGCAM模块规出铺放路径，并反求出加工G代码；

（2）将G代码调入控制器完成直线和圆弧插补计算，用各段微位移的集合代替加工的曲率轨迹；

（3）并联机构尺寸结构，通过逆运动学求解出各点位变化对应的杆长伸缩量，并存取控制器，完成运动控制； (责任编辑：qin)