自动纤维丝铺放技术是生产大型或超大型复杂表面形状复合材料构件的制造技术之一，属于极端制造的一种，被广泛应用于航空、航天飞行器制造领域。自动纤维丝铺放技术选取热塑性预浸丝为原料，同时引入原位固化成型技术代替以往的热压罐固化成型技术，不仅摆脱了热压罐尺寸对所加工构件大小的限制，还显著提高了生产效率、降低了生产成本。因此，热塑性预浸丝自动纤维丝铺放技术已经成为复杂表面形状复合材料构件制造的一项关键技术，得到了越来越广泛的重视。实现满足要求的复合材料构件的铺放，不仅需要相应的预浸丝材料、加工设备，还需要对自动纤维丝铺放过程中涉及的热塑性预浸丝铺放成型工艺、轨迹规划算法、铺放设备后置处理算法及铺层力学特性进行深入的研究。将热塑性预浸丝与原位固化成型技术相结合应用于自动纤维丝铺放过程中，可以同时完成复合材料构件预成型和最终固化成型，但也对铺放过程中各铺放参数的要求更加严格。因此，需要对铺放成型工艺进行研究，确定合理的铺放参数，以确保生产出符合设计指标的复合材料构件。本文对铺放成型工艺中加热工艺、冷却工艺及铺层间紧密接触度进行了研究，研究内容包括根据热塑性预浸丝（APC-2型）的物理性质选择加热热源及确定加热温度；针对铺放过程将铺放区域划分为预加热区、空气冷却区Ⅰ、主加热区、空气冷却区Ⅱ和特殊冷却区，分别建立相应区域的传热方程并确定边界条件；运用结晶动力学理论推导冷却过程中结晶温度与相对结晶率之间的关系式；将预浸丝表面粗糙度评价指标Ra和RSm引入铺层紧密接触模型，得到铺放压力、施压时间、表面粗糙度与紧密接触度之间的关系。针对具体算例，给出各铺放参数的确定方法，并通过Matlab与Ansys软件对各铺放参数进行计算，分析得到各铺放参数的合理数值；最后，对铺放参数进行了实验验证。复合材料铺层相邻丝束之间的间隙或重叠不仅会影响复合材料构件的形状精度、增加铺放过程的剪切和重送操作，还对铺层整体力学特性产生较大的影响。因此，自动纤维丝铺放轨迹规划算法研究的主要目的就是设计合理的铺放路径，以消除或减少相邻丝束间的间隙或重叠现象。为避免除零件端面外的剪切和重送操作，提出了一种变角度轨迹规划算法。通过锥壳、非可展回转外壳和非可展变截面接头三种典型零件，对上述变角度轨迹规划算法进行了验证，并对上述零件变角度轨迹规划算法具体实现步骤及算法的可实现性进行了分析。自动纤维丝铺放设备后置处理技术是将轨迹规划算法得到的轨迹点坐标及方向数据转化成铺放设备各个运动轴可以识别的数据格式。自动纤维丝铺放设备由手臂部分和主轴部分组成，在对手臂部分后置处理算法进行研究时，将以往研究中压辊与铺放头固结的情况转变为压辊绕其中心转动的情况建立运动学模型，较之前的模型更符合实际铺放情况，更为精确。这种建模方式导致手臂部分冗余自由度的引入，在进行逆运动学求解时，以铺放头悬臂最短为优化目标，实现了冗余系统逆运动学的求解。对主轴部分后置处理算法进行了恒转角和变转角两种方法的研究，给出了这两种方法的实现方式及优缺点。此外，还对锥壳零件变角度轨迹规划算法及后置处理算法进行了实验验证。变角度铺放成型的复合材料铺层与传统定角度铺放成型的铺层相比，具有设计灵活和可充分发挥复合材料各向异性特性的优点。通过改变铺放路径上每一位置的铺放角，可以改变铺层内应力分布形式，同时还可以改变整体铺层的固有频率以避免系统发生共振。以锥壳零件变角度铺放算法成型的八组不同初始铺放角的铺层为研究对象，分别对各组铺层进行了静力学、模态和屈曲分析研究。研究内容包括复合材料变角度铺层有限元模型的建立方法、变角度铺层应力应变、模态、屈曲强度随初始铺放角的变化规律；研究基于各向异性材料理论、薄壳平衡方程、几何方程及物理方程、有限元模态分析理论和线性屈曲分析理论，并通过ABAQUS有限元软件对上述模型进行了计算分析。