纤维铺放头PLC控制系统设计

论文编号:ZD609 论文字数:11614,页数:29，有外文翻译，原理图，

第1章 概述
1.1 纤维铺放简介
 纤维铺放就是使用一组各自独立的纤维或纱线并列的铺放在芯模的表面上，而不再使用预先成型的预浸带。在铺放机上有一个纱架，架上装有多卷预浸纤维纱线(又称为预浸纱)，每股纱线被送往铺放头的速率都是单独控制的。铺放头内有一套装置可以单独控制每一股纱线的铺放，它允许同时送入多股相互平行的纱线，铺放头上的压紧辊(或压紧靴)同时把所有的纱线紧紧的压在模具上形成纤维带。同时，在铺放头内还装有剪切/送纱装置，它可以任意剪断或重新输送某一股或多股纤维束。这样，在铺放过程中可以随时增加或减少需要或不需要的纱线。这种可选择的剪断纤维带中的任意一股纱线的能力可以带来许多好处。其一是纤维铺放机可以沿着弓形路径铺放纱线，这是因为每一股纱线的长度是可变的，因此每一股纱线可以比相邻的纱线延长一个不同的长度，从而铺放出一个平顺的纤维带;其二是铺放锥形体时可以在当铺放头到达芯模的小端时剪断多余的纱线以避免不必要的堆积，从而可以节省材料;其三就是可以在芯模的表面上“开窗户”，例如当芯模表面有孔时，在经过这些地方时铺放头可以通过剪断一根或多根纱线以避免覆盖这些地方。[1][12][20]
 纤维铺放技术是在80年代中后期发展起来的。1990年第一台纤维铺放机产生了，他被用于生产波音公司的-V22鱼鹰直升飞机。第一架4座-v22的机身被分为9段分别使用手工铺放，改用纤维铺放机后，整个结构减少了34%的紧固件，减少了53%的修剪和组装劳动，而且经过优化设计和使用铺放机原材料的边角料减少了90%。早期的纤维铺放机一般使用压紧辊把纤维束压在模具上。使用压紧辊的好处在于结构简单，便于维护，而且可以以较高的速度铺放而不会损伤纤维束。但其缺点是压紧辊在其整个宽度方向上是不可变形的，所以就不能随模具表面的变化而随之调整，当模具表面曲率较大时，压紧辊两边的纤维就压不实:相反，当模具表面存在凹面的曲率半径小于压紧辊的宽度时，中间的纤维束也不能压实。另一种是采用压紧头代替压紧辊。压紧头是由一排紧密排列而又各自独立的压紧块组成。每个压紧块可沿垂直方向运动，互不干扰。它可以适应大部分形状，相对于纤维缠绕和带铺放装置有了很大的改进，但是在某些应用中还是存在缺陷。主要问题如下:
 1.纱架的位置:在已有的纤维铺放装置中，纱架大多直接装在铺放头上，纱线从各自的绕线轴上抽出后分别直接由压紧辊压在了芯模的表面上。而这样的设计的问题在于铺放头的体积较大，增加了额外重量。由于压紧辊需要与芯模表面垂直，当芯模表面的形状相对比较复杂时，铺放头也需要作出相应的运动。而纱架的额外的重量会使得铺放头的运动变得困难，尤其是在那些要求比较高速铺放的场合。
2.支撑和移动铺放头的装置的问题:目前很多铺放系统中采用了龙门架系统来支撑和移动铺放头，这种龙门架系统比较复杂而且笨重。两根水平横梁横跨在垂直立柱上，在横梁上装有可沿着横梁纵轴移动的架子，其上安装有可沿垂直方向运动的支架，在支架的下端装有可旋转的圆盘，铺放头就被安装在圆盘上。这些结构都非常庞大，而为了使铺放头能够有效的运动，它的机构就非常的复杂。而且，它的高度对于大多数的厂房来说都是过高了。另外，使用龙门架系统的话，它使得铺放系统可铺放的产品的宽度受到两根水平横梁之间的距离的限制，这对某些比较大型的芯模的铺放是一个制约。我们设计的纤维铺放机需要利用目前国外已有的纤维铺放系统，采用已有的铺放装置的优点，解决目前纤维铺放机的不足之处。[2][8][21]

目 录
第1章 概述 1
1.1 纤维铺放简介 1
1.2 铺放机的设计理念 2
1.3 选题的目的和意义 2
第2章  铺放头的执行机构设计 4
2.1 放料装置及压实辊 5
2.2  剪切装置 5
2.3  除膜装置 7
2.4  张力控制装置 7
2.5 加热装置设计方案 8
第3章  铺放头的PLC控制 10
3.1上位机与PLC的信息交换 10
3.2 PLC对剪切装置的控制 11
 3.2.1控制要求 11
 3.2.2 I/O地址分配 11
 3.2.3 软件系统设计 11
3.3 PLC对重送装置的控制 12
 3.3.1 控制要求 12
 3.3.2 I/O地址分配 13
 3.3.3 软件系统设计 13
 3.4.1 控制要求 14
 3.4.2 I/O地址分配 15
 3.4.3 软件系统设计 15
3.5 PLC对施压装置的控制 15
 3.5.1 控制要求 15
 3.5.2 I/O地址分配 16
 3.5.3 软件系统设计 16
3.6单根纤维被剪切时 16
 3.6.1 控制要求 16
 3.6.2  I/O地址分配 16
 3.6.3 软件系统设计 17
第4章  PLC对铺放头的整体控制 18
4.1 铺放头的整体运动过程 18
4.2 铺放头的功能图 18
4.3 PLC外部I/O接线图 19
4.4 铺放头软件系统的梯形图 20
4.5 铺放头软件系统的指令表 21
4.6 程序说明 23
第5章  总结 24
参考文献 25
致 谢 27

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