第42卷，第1期 2014年1月
doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2014.01.015
工程塑料应用 ENGINEERING PLASTICS APPLICATION
Voi.42,No.1 Jan.2014
基于CADFIL和NUM的缠绕机控制系统设计
许家忠"，王荣国"，高立业”，杨红红"，周铭一？
(1.哈尔滨工业大学，哈尔滨150001；2.哈尔滨理工大学，哈尔滨150080）
摘要：设计了基于CADFIL6.0和NUM1040数控系统的4自由度绩绕机控制系统。CADFIL6.0完成缝绕制品及模具的建模、线型设计、运动仿真及G代码轨连输出，NUM1040数控系统和西门子伺服电机构成的数控系统完成芯模旋转及导丝头轴向、径向运动和导丝嘴期转控制。该系统集成了CADFIL款件的缝绕制品工艺设计、线型设计及轨途仿真功能以及NUM数控系统的开放性、稳定性及通用性等特点，提高了缠绕机的生产柔性及可靠性。
关键词：维规机；CADFIL软件；NUM数控系统；设计
中图分类号：TP273
文章编号：1001-3539(2014)01-0071-04
文献标识码：A
ControlSystemDesignofWindingMachineBasedonCADFILandNUM
Xu Jiazhong'. 2, Wang Rongguo', Gao Liye’, Yang Honghong’, Zhou Mingyi?
(1. Harbin Institute of Technology, Harbin150001, China ; 2. Harbin University of Science and Technology, Harbin150080, China)
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Abstract : A control system of the four degree-of-freedom winding machine based on CADFIL6.0 and NUM1040 is de-signed. Modeling of the wound products and the mandrel, winding pattern design, motion simulation and the G code output arc accomplished via CADFIL6.0. The numerical control system composed of NUM1040 numerical control system and SIEMENS servos controls the rotation of the mandrel, the axial and radial movement of the outrigger, and the rollover of the winding guide head. With the functions of process design, winding pattern design and winding track simulation of CADFIL and the characteristics of openness, stability and universality of NUM, the production flexibility and reliability of the winding machine are improved.
Keywords : winding machine ; CADFIL software ; NUM numerical control system ; design
缠绕成型是生产复合材料制品的重要技术，缠
统机是霾绕制品成型的核心设备。近年来，纤维锂绕机技术发展迅速，精确、快速、多轴、计算机数控(CNC)式缠绕机和机器人得到广泛应用门,相应的纤维缠绕CAD软件开发也获得迅速发展。德国、美国、意大利和英国等最早开始开发纤维缠绕设计软件，较著名的有CADWIND/2)]及CADFIL[-4]。此类软件能生成缠绕线型，实现机器运动的实时三维仿真，还可帮助操作人员自动生成芯模几何体，在芯模上设计缠绕路径并且生成G代码用于通用数控系统的执行，它的应用大大加快了新缠绕制品开发和生产的速度3。
目前，国内多采用基于PMAC[5]或TRIO[]等的运动控制器（卡）和工控机结构的缠绕机控制系统，以及基于ARM和LabVIEW的缠绕机控制系统。在实际生产中应用的上述缠绕机控制系统通常存在缠绕制品单-、柔性差、控制系统开放性差、无轨迹仿真及输出等缺点。
基于CADFIL6.0软件和NUM1040数控系统，
笔者设计的4轴缠绕机控制系统集成了CADFIL 软件强大的纤维缠绕改设计、仿真功能和NUM数控系统通用性好、控制精度高的优点，能够实现多规格缠绕制品的CAD/CAM。笔者介绍了该4轴缠绕机的系统构成和工作原理，设计了NUM数控系统的PLC程序，并且介绍了基于CADFIL软件的芯模设计、纤维缠绕线型及轨迹设计功能。
缠绕机系统构成及工作原理
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缠绕机的机械结构如图1所示。缠绕机各运动轴由西门子伺服电机驱动。其中主轴的伺服电机通过减速机驱动链条带动芯模沿B轴做回转运动，小车的伺服电机通过减速机驱动滚珠丝杠带动小车沿 Y轴做往复运动，伸臂伺服电机通过减速机驱动滚珠丝杠带动伸臂装置沿X轴做伸缩运动，丝嘴伺服
*黑龙江省自然科学基金项目（E201301)哈尔滨市科技创新人才研究专项基金优秀学科带头人基金项目（RC2012XK009017）
联系人：许家患，教授，主要从事复合材料高效成型工艺及装备的研究
收稿日期：2013-11-07