随着航空航天领域的发展,复合材料的应用已由次承力部件发展到主承力部件。复合材料网格结构因具有较高的承载效率和损伤容限等优点,在国外已广泛应用于航空航天领域。承力筒是卫星的主要承力部件,对其总体力学性能影响较大。本文围绕复合材料网格式卫星承力筒的结构设计、纤维缠绕工艺与CAM技术开展研究,旨在优化结构参数,设计缠绕轨迹,并开发专用的CAD/CAM软件。提出了螺旋筋与环筋独立设计的思路,降低了结构参数间的耦合程度,建立了网格承力筒的参数化模型。设计了三种载荷工况,并在每种工况下完成了承力筒结构承载性能的有限元分析。分析结果表明同一筋条产生的应力值、应力种类和分布规律均与载荷工况有关。针对轴向和横向载荷共同作用工况下的网格承力筒,采用控制变量法,探究了缠绕角、螺旋筋转角、筋条的宽度及厚度对其整体承载性能的影响规律,发现缠绕角和螺旋筋转角存在最优取值。随后,采用遗传算法与有限元计算相结合的方法,以质量最小为目标进行了结构参数优化,确定了一组最优结构参数。相比初始尺寸方案,优化后的结构质量降低了19.7%。针对无封头模具的螺旋筋缠绕在端面无法自由过渡的难题,采用端面挂钉的方式实现了纤维在模具端面的转向。通过在模具上设计螺旋过渡筋槽,实现了螺旋筋向环筋和环筋向环筋缠绕的过渡。使过渡筋独立于产品之外,降低了因筋条间的过渡对结构整体力学性能的影响。根据过渡类型设计了缠绕轨迹,实现了筋槽的均匀布满。随后,推导了缠绕轨迹的四轴解算公式,算得了各轴的运动坐标。根据筋条轨迹及过渡类型,建立了模具的参数化模型,使模具易于修改。针对实际缠绕中芯模转速波动较大的问题,根据线性插补原理,推导出各轴运动速度的计算公式,实现了在缠绕过程中芯模转速的恒定。基于Qt软件框架和C++语言开发了网格承力筒专用的CAD/CAM缠绕软件。根据MVC编程模式完成了软件的框架搭建,实现了软件的业务逻辑、数据和界面显示的分离。软件包括缠绕模具设计、轨迹设计、缠绕运动仿真和后处理等模块。通过Open GL实现了缠绕模具模型、丝嘴和纤维束的绘制和三维显示。开发轨迹参数输入界面进行缠绕轨迹规划,提高了轨迹设计效率。通过仿真,观察丝嘴与模具及挂钉未发生干涉现象,验证了轨迹设计的正确性。通过后处理,计算各轴运动数据,生成了数控程序。