碳纤维是由有机母体纤维采用高温分解法在1000-3000度高温的惰性气体下制成的。其结果是除碳以外的所有元素都予以去除。碳纤维呈黑色，坚硬，具有强度高、重量轻等特点，是一种力学性能优异的新材料，他的比重不到钢的四分之一，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7-9倍，抗拉弹性模量为23000-43000Mpa亦高于钢。碳纤维一般与环氧树脂制成复合材料^[1]。由于复合材料制造出的构件具有质量轻、抗疲劳损伤性能好、按所需强度刚度方向确定纤维取向和吸收雷达微波等一系列优点，受到航空、航天工业的青睐。作为复合材料通用制造技术的复合材料纤维铺放，不仅提高生产效率、降低成本，而且易于保证大型复合材料构件的质量^[2]。复合材料显微技术是自动铺丝成型技术和自动窄带铺放成型技术的统称，是20世纪70年代作为对纤维缠绕和自动铺带技术的改革而发展起来的全自动符合材料加工技术，也是近年来发展最快、效率最高的低成本复合材料自动化成型技术之一^[3]。

西方少数发达国家早在1980年代末开始研究开发纤维铺放成型技术（FP）,现在已用于工业生产^[4]。国外纤维铺放技术的起点较早，现如今经过40多年的发展，美国、法国、瑞士等国家对这一技术的研究已达到成熟水平，并且将其应用在航天、导弹、飞机等重要的军事及民用领域的实际生产中^[5]。国外先进复合材料在大型飞机结构上的用量已经达到50%，如波音787复合材料用量为50%，其机身和机翼主要结构几乎全部由复合材料制成；A350复合材料用量从最初的37%提高到为52%^[6]。

迄今为止，我国的纤维铺放成型技术和国外比起俩还很落后，国内主要还是以手工铺层的方式来生产复杂的纤维铺放制品，这种落后的生产方式严重制约了我国大型航空构建制造技术的发展和提高。而且生产周期长、效率低下、材料利用率不高、铺层质量不稳定、费用高且难以铺放成型复杂的结构。随着我国大飞机工程的立项启动，考虑到经济性及国外飞机的竞争力，大量应用复合材料已经成为大型飞机设计制造的发展趋势，大型复合材料构件自动化制造技术——复合材料自动铺放技术应作为关键技术予以高度重视^[7]。

自动铺放机按铺放成型结构的特点，可分为两类：一类是主要用于小曲率壁板、翼面等非回转构件铺放成型的龙门式自动铺放机。另一种是用于筒形体构件和机身等曲率变化梯度小的复合材料回转体构件铺放成型的主轴 小车卧式自动铺放机^[8]。

龙门式铺放机相较于卧式铺放机从结构方面来说要紧凑一些，通过对铺放成型设备的研究不难发现，龙门式铺放机主要由铺放头、龙门架、运动传动机构和芯模旋转机构等部分组成^[6]。根据龙门架和横梁运动形式，可以将龙门结构分为工作台和横梁移动式、龙门架和横梁移动式、工作台移动横梁固定式和龙门架移动横梁固定式^[9]。龙门结构以及铺放头是龙门式铺放机设计的重点^[10]

随着人们对复合材料构件优越性的认识逐步加深，对复杂形状零件铺放成型的要求变得日益强烈，特别是在航空航天等高端技术产业，为了增加纤维铺放构件设计和制造的灵活性，急需加强对纤维铺放成型技术的研究^[11]。常用铺放机至少需要7个自由度。本项目研究7轴龙门式铺放机的自由度，意在扩展铺放头所达到的最大行程和位置，提高铺放机的灵活程度。

2. 研究的基本内容与方案

复合材料的纤维铺放技术，作为目前可靠性比较高、实用性比较强、发展比较迅速的技术正在蓬勃发展。相比于传统的手工铺放，在节约成本、提高效率、保证质量稳定性方面，其具有明显的效果。同时，对于航空航天等先进机器的重要零部件的生产制造来说，纤维铺放技术先进程度是至关重要的。铺放机结构设计的好坏对于复合材料成型的精度及相关性能起到至关重要的作用。常用的铺放机至少需要有七个自由度，本项目研究七轴龙门式铺放机可达到的自由度，意在扩展铺放头所达到的最大行程和位置，使本项目研究的龙门式铺放机达到更高的灵活程度，最优化铺放头运动。

龙门架带动铺放头实现X、Y、Z三个方向的直线平动。其余的运动由铺放头来实现。这些不同的运动共同合成所设计的铺放轨迹。通过对铺放头结构的设计可以达到本项目的研究目的，具体研究方案为：

(1) 详细了解龙门式铺放机的结构与其工作原理，查阅相关资料，理解龙门架与铺放头的作用。

（3）进行动画模拟，对模拟结果进行分析。