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自动铺丝技术是一种新型复合材料低成本自动化制造技术,它是通过压辊传递一定的正压力将纤维铺设在芯模曲面上形成复合材料壳体结构。该技术特别适用于复杂形体复合材料零件的加工,具有加工成本低、速度快、成品质量高、强度高等特点,在发达国家已广泛应用于航空航天领域。目前,对该项技术的研究在国内刚刚处于起步阶段。 本文以构架式卫星结构的接头零件为研究对象,并以高性能的自动铺丝技术硬件专用设备——七轴自动铺丝机器人为工作单元,结合复合材料结构设计的特点,开展了接头零件的几何建模、线型设计和仿真等研究工作,完成了SimJoint仿真软件。该软件具有以下功能:1) 设计构架式卫星接头的芯模形状:2) 设计和计算不同角度铺丝的纤维路径;3) 计算用于七轴机器人加工的机器路径;4) 实现线型仿真和机器人运动学仿真。 本文简要概况自动铺丝技术,阐述了研究构架式卫星接头自动铺丝仿真技术的重要意义。详尽描述了构架式卫星接头的几何建模过程,针对所研究对象的特点,提出了用于变截面曲面之间过渡的渐进圆角过渡曲面的概念,并建立了相应的数学模型;针对构架式卫星接头设计了90°、0°和±45°等不同角度对应的纤维路径和铺丝线型仿真模块。根据机器人运动学,完成了构架式卫星接头自动铺丝轨迹的生成和加工仿真,介绍了自行开发、集成有以上诸多功能的自动铺丝加工仿真软件——SimJoint系统的总体设计过程。通过对现有结果的分析讨论,提出了进一步的改进方向和优化设计方案,为下一步的深入研究奠定了基础。