基于物理規(guī)律的加工軌跡控制方法研究.pdf

1、目前，在理論上還沒有滿意地解決軌跡幾何函數(shù)與軌跡加工運動的關系問題，還不能找出全面符合工件曲線幾何特性、機床運動特性、動力特性的理想加工運動。由于超高速加工，納米加工，計算機集成制造的飛速發(fā)展，對機械制造技術提出了更高的要求，需要解決的問題是提高軌跡加工運動的綜合控制性能：軌跡的幾何精度、運動平穩(wěn)性、控制適時性。軌跡控制是以一種運動來實現(xiàn)規(guī)定幾何曲線的方法。軌跡的幾何性質與軌跡運動的聯(lián)系是軌跡控制的關鍵問題。 假定加工軌跡運動全

2、面符合幾何要求，工藝要求，運動要求，建立數(shù)控機床加工運動的物理模型，包括位置控制模型，運動學模型，動力學模型，能量模型，相對空間模型。在理想的情況下，采用泛函多維空間理論、運動學、動力學、能量法等理論全面的研究曲線幾何函數(shù)與運動空間的關系。研究結果表明：所有參數(shù)之間存在固有的對應關系，即加工軌跡運動的內在規(guī)律。根據(jù)參數(shù)之間的對應關系，可以控制變化簡單的參數(shù)去實現(xiàn)變化復雜的參數(shù)，使控制簡化。可以計算出各坐標軸的瞬態(tài)運動參數(shù)，對軌跡運動動態(tài)

3、監(jiān)控。一條軌跡的位置點有無窮多個，但運動規(guī)律只有一個，按運動規(guī)律控制的方法是最簡捷、最全面的。用運動參數(shù)控制運動等于同時實現(xiàn)運動規(guī)律和幾何規(guī)律，與位置控制相比，控制對象簡化，計算少，精度高，運動平穩(wěn)。經(jīng)過試驗和仿真，證明該方法是能夠同時控制位置和運動的好方法。 本文建立機床軌跡運動的物理模型，從理論方面深入研究軌跡運動的內在規(guī)律，找出能同時控制幾何特性與運動特性的方法，并在反復的實驗中發(fā)現(xiàn)新問題。在以下幾個方面取得了一定的創(chuàng)新成

4、果： 1．理想運動狀態(tài)物理模型的建立分析數(shù)控機床軌跡運動的特點，提煉主要因素，建立物理模型。假設理想的軌跡運動存在，以數(shù)控加工的要求作為約束條件，推導理想條件下加工軌跡運動的運動規(guī)律。分別以運動學、動力學、能量法等理論建立運動模型，分析軌跡幾何函數(shù)、工藝參數(shù)，運動規(guī)劃參數(shù)等在各模型中的作用，建立幾何因素與軌跡運動的對應規(guī)律。 2．軌跡控制新方法一運動規(guī)律控制軌跡的幾何性質是由運動實現(xiàn)的，而且運動規(guī)律與幾何參數(shù)是準確對應的

5、。傳統(tǒng)的位置控制不能解決無窮多點的繁瑣計算的問題．但是，對于一種運動來說運動規(guī)律只有一個，體現(xiàn)在某些參數(shù)是常數(shù)或簡單表達式?？刂七@些參數(shù)和變化規(guī)律同樣可以實現(xiàn)軌跡。這種方法計算量小，精度高，面向運動控制，控制更全面。 3．基于參考時間的軌跡運動規(guī)劃與控制方法幾何參數(shù)對參考時間的變化率是人為建立的相對關系，因此可以用參考時間為尺度度量幾何參數(shù)變化的快慢。一般選擇加工關鍵因素為參考時間，相對變化率為常數(shù)。其物理意義是幾何參數(shù)相對于參