纤维复合材料制品广泛应用于用于航空航天、石油化工、能源工业、船舶、机械制造等领域。缠绕机是生产纤维复合材料制品的核心设备之一。目前,国内二、三自由度的缠绕机居多,其不但生产的缠绕制品单一而且多采用“跟随主轴”的缠绕方式,即主轴旋转、其余自由度随动当主轴误差较大时其余自由度的误差会增加从而影响控制系统的精度;而四自由度缠绕机大多使用集成数控系统,数控系统缠绕机虽然缠绕精度高但其成本高昂并且控制系统开放性差。因此迫切需要研发一种开放性好、缠绕精度高的新型的四自由度开放式数控缠绕机控制系统。本文首先对轴对称回转体芯模进行分析,利用微分几何理论推导轴对称回转体芯模封头与筒身段的芯模转角方程,然后利用解析几何,根据芯模落纱点的极坐标方程与悬纱的单位切向量对导丝头运动方程进行推导,根据纤维均匀布满芯模表面的稳定条件对缠绕角进行优化,最后将导丝头运动轨迹转化为所用控制系统的G代码文件。研制了四自由度数控缠绕机控制系统,根据缠绕机的机械结构及工作原理设计了“运动控制器+工控机+伺服控制系统”的硬件方案。上位机由Visua1 Studio 2010环境开发,主要实现人机交互、缠绕线型设计与优化、G代码输出及下载功能。下位机程序采用TRIO Basic语言编写,主要完成主轴、伸臂、小车、丝嘴的手动控制及G代码文件解析的功能。本文进行了控制精度和线型缠绕实验,实验表明:四自由度数控缠绕机控制系统可以对轴对称回转体芯模进行缠绕轨迹设计,其所设计的线型可满足稳定缠绕的要求。通过对TRIO运动控制器的二次开发,不但可以执行G代码文件还可以与上位机进行实时数据交换提高了控制系统的开放性。运动控制器对四个伺服电机插补运动避免了“跟随主轴”缠绕方式对控制系统精度的影响,可满足在实际生产中的要求。