复合材料构件自动铺带数控编程系统研究

（2）最大弓高：相邻两点所夹的曲线段上的点到相邻两点所形成的直线的距离的最大值，数学表达式为：

（3）最大角度：相邻两点在曲线上的切向所形成的角度最大值，数学表达式为:   

最大步长、最大弓高与最大角度，为求解铺放轨迹的离散点提供依据，要求求解的铺放轨迹任意相邻两点的步长、弓高与角度必须在最大步长、最大弓高与最大角度范围内。压辊可以快速地从当前位置移动到安全平面，进刀/退刀高度是铺放起始点沿法向方向上的距离。

根据设置的铺放工艺参数，结合CAA接口即可计算铺放轨迹离散数据点。计算铺放轨迹流程见图3。
 

4  超声切割操作加工轨迹计算

    超声切割根据切割轮廓等信息计算生成切割轨迹。超声切割操作的结构包括4部分，分别为曲线轮廓、轨迹离散参数、安全平面/安全距离与进给速度。

    曲线轮廓设定参考铺层，调整点与切割轮廓。参考铺层，调整点均只能选一个，切割轮廓可以选多条曲线。曲线轮廓离散参数设定最大步长、最大弓高与最大角度，为求解超声切割轨迹的离散点提供依据，要求求解的超声切割轨迹任意相邻的两点的步长、弓高与角度必须在最大步长、最大弓高与最大角度范围内。

    安全平面/安全距离设定切割过程中的安全平面与安全距离。铺带头可以快速地从当前位置移动到安全平面。安全距离是切割起始点沿法向方向上的距离。进给速度设定调整点速度、进刀速度与切割速度。调整点速度是刀头从调整点在安全平面映射点运动到真正切割的第一点在安全平面映射点的速度。进刀速度是刀头从切割的第一点沿法向距离为安全距离的点运动到切割的第一点的速度。切割速度是超声切割时的速度。

    根据设置的超声切割工艺参数，结合CAA接口即可计算切割轨迹离散数据点。计算切割轨迹的流程如图4所示。

5  激光检测操作加工轨迹计算

激光检测根据检测轮廓等信息计算生成检测轨迹。激光检测操作的结构包括3部分，分别为曲线轮廓、轨迹离散参数与进给速度。

曲线轮廓设定铺层、检测轮廓与轮廓类型。曲线轮廓离散参数设定最大步长、最大弓高与最大角度，为求解检测轨迹的离散点提供依据，要求求解的检测轨迹任意相邻两点的步长、弓高与角度必须在最大步长、最大弓高与最大角度范围内。进给速度设定检测的速度。

根据设置的激光检测工艺参数，结合CAA接口即可计算激光检测轨迹离散数据点。计算激光检测轨迹的流程如图5所示。

6  加工轨迹保存与仿真

       加工轨迹(Tool Path)计算完成之后，CAA提供了刀轨生成类厂CATIMfgToolPathFactory进行加工轨迹的添加，通过接口CATIMfgCompoundTraject或是接口CATIMfgToolPathComponents查询获取相应的接口CATIMfgTPSaveData，进行加工轨迹保存，加工轨迹保存后将生成到加工操作下，可以进行仿真与APT文件输出。

加工轨迹计算完成并进行加工轨迹存储之后，调用CATIA系统CAM部分已有的刀具轨迹仿真模块进行加工轨迹仿真，实现了加工轨迹生成与CATIA系统仿真模块的无缝集成。仿真以动画形式展示铺带编程形成的轨迹，方便用户方便检查其操作的正确性。仿真界面见图6。

总结

利用本系统进行了多个铺层的铺带规划与编程，并输出了各铺层的APT文件。并将本系统计算结果与法国TapeLay软件计算结果进行比较，比较结果如下：
 
      （1）输出的APT文件格式与TapeLay软件格式完全相同。

      （2）APT文件中铺放轨迹点的输出与TapeLay软件输出基本一致，最大误差为0.25mm，主轴方向、切线方向基本相同，误差可忽略不计。

自动铺带软件技术是实现复合材料构件自动化制造的关键技术，软件功能将直接影响复合材料构件的制造效率和产品质量，材料工艺技术和装备技术研究的深入对自动铺带软件技术提出了更高的要求。本文采用Visual Studio 2005平台运用CATIA/CAA二次开发技术实现了自动铺带的数控编程系统，并能够输出满足铺带制造需求的APT文件，该系统完成了铺带编程的主要功能，相关功能的稳定性与方便性还有待进一步完善。