CPD软件在复材数字化制造中的应用.doc

传统复材制件的手工作业生产流程是从产品的设计图纸制作出铺层样板, 操作人员依据样板把预浸料裁剪出相应的角度和尺寸的料片。再按照工艺规程, 以一定的顺序将各样板逐层定位在工装上,用对应的料片进行铺叠,流程如图 1 所示。而数字化生产的理念在于, 将所有的流程变成可控、数字量传递、可追溯的, 不为个人的能力而改变。这意味着相关人员可以明确地知道一个零件的前期处理应该进行哪些步骤。并预测它是否会出现问题或者可能出现什么样的问题,以便进行可靠的分析和模拟[1] 。数模和电子工艺文件文档成熟以后, 零件制造的基础条件( 料片及定位) 不会依赖于操作工人的个人水平。任何一个数据都可以知道它们出自哪一个步骤, 这对后期问题的定位和解决非常有帮助。另外, 所有这些形成的资料都是可重复用的, 也满足网络化的基本条件, 在未来的发展中极有潜力[2] 。其流程[3] 如图 2 所示。 Dassaul t 公司的 CP D和 Vistag y的 FiberSi m 是目前复合材料设计和制造最流行的两种应用软件。国内有相当大的市场占有率。这两种软件各有优缺点,由于国内大部分零件都是在 CATIA 环境下设计的, CPD 可以与零件设计数模无缝连接,便于制造过程使用。 CPD 软件的基本工作思路是制造端接收到设计数模后经过解构,分解出各铺层的轮廓和角度, 在软件环境下生成料片的下料文件和激光投影文件。通过下料机接口和投影仪接口传输到各自的设备,由图 2 的工作流程图可以看出,同时由于直接生成的料片是由下料机数控裁剪的, 铺叠时又是自动生成的铺层轮廓, 可消除人为的误差。同时由于在铺叠时消除了人工的对位和裁剪,明显提高了生产速度,据生产现场的测算和统计,提高铺叠速率 70% 以上,减少铺层误差 50% 。设计 1 零件信息熟悉在使用 CPD 进行铺层设计之前, 首先需要充分了解零件信息[4-5] , 分为图纸和数模两种情况。对二维的纸质图纸来说,主要是熟悉铺层信息( 铺叠边界,顺序,角度,材料) ,通过相关的软件采用逆向建模等方法来生成近似的数字量文件, 该过程中存在一定的误差。如果接收的是数模,则可直接生成相关的文件。下面主要介绍数模的情况。数模中需要注意的几何特征包括工装型面、铺叠基准面、零件绘图基准面、铺层轮廓集合、零件坐标系、全局坐标系。对于面积较大的零件, 其工装型面与铺叠基准面有可能不一样(考虑热膨胀与回弹), 零件绘图基准面可以帮助快速地建立 ZONE 区域, 铺层轮廓集合可以了解每层的形状,零件坐标系用于建立零件模型( 其中 X 轴为纤维 0 度方向, Z 轴为默认铺叠方向) ,全局坐标系用于输出激光投影仪控制文件。 2 铺层设计铺层设计, 即按照工艺要求, 以规定的顺序, 将铺层逐层建立在铺叠面上, 使之在结构上与零件数模匹配。 CPD 提供 3 种设计的方式:Ply , Zone 和 Grid 。其中最常用的是 Ply 和 Zone , 这两种方式各有利弊。对于结构清晰、容易划分区域的零件, Zone 的设计方式可以很快地完成工作,一旦设计好区域及在区域内的铺层参数,大量的工作都可以由计算机自动完成, 不足之处在于, 如果后期有设计改动, 哪怕只是其中一层的一点点形状改变, 也会要求重建整个区域。 Ply 的方式则更具体直观, 并且适用于几乎所有类型的零件,