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(méi)有滿意地解決軌跡幾何函數(shù)與軌跡加工運(yùn)動(dòng)的關(guān)系問(wèn)題，還不能找出全面符合工件曲線幾何特性、機(jī)床運(yùn)動(dòng)特性、動(dòng)力特性的理想加工運(yùn)動(dòng)。由于超高速加工，納米加工，計(jì)算機(jī)集成制造的飛速發(fā)展，對(duì)機(jī)械制造技術(shù)提出了更高的要求，需要解決的問(wèn)題是提高軌跡加工運(yùn)動(dòng)的綜合控制性能：軌跡的幾何精度、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、控制適時(shí)性。軌跡控制是以一種運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定幾何曲線的方法。軌跡的幾何性質(zhì)與軌跡運(yùn)動(dòng)的聯(lián)系是軌跡控制的關(guān)鍵問(wèn)題。 假定加工軌跡運(yùn)動(dòng)全

2、面符合幾何要求，工藝要求，運(yùn)動(dòng)要求，建立數(shù)控機(jī)床加工運(yùn)動(dòng)的物理模型，包括位置控制模型，運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，動(dòng)力學(xué)模型，能量模型，相對(duì)空間模型。在理想的情況下，采用泛函多維空間理論、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、能量法等理論全面的研究曲線幾何函數(shù)與運(yùn)動(dòng)空間的關(guān)系。研究結(jié)果表明：所有參數(shù)之間存在固有的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即加工軌跡運(yùn)動(dòng)的內(nèi)在規(guī)律。根據(jù)參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以控制變化簡(jiǎn)單的參數(shù)去實(shí)現(xiàn)變化復(fù)雜的參數(shù)，使控制簡(jiǎn)化?？梢杂?jì)算出各坐標(biāo)軸的瞬態(tài)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，對(duì)軌跡運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)

3、監(jiān)控。一條軌跡的位置點(diǎn)有無(wú)窮多個(gè)，但運(yùn)動(dòng)規(guī)律只有一個(gè)，按運(yùn)動(dòng)規(guī)律控制的方法是最簡(jiǎn)捷、最全面的。用運(yùn)動(dòng)參數(shù)控制運(yùn)動(dòng)等于同時(shí)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律和幾何規(guī)律，與位置控制相比，控制對(duì)象簡(jiǎn)化，計(jì)算少，精度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和仿真，證明該方法是能夠同時(shí)控制位置和運(yùn)動(dòng)的好方法。 本文建立機(jī)床軌跡運(yùn)動(dòng)的物理模型，從理論方面深入研究軌跡運(yùn)動(dòng)的內(nèi)在規(guī)律，找出能同時(shí)控制幾何特性與運(yùn)動(dòng)特性的方法，并在反復(fù)的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題。在以下幾個(gè)方面取得了一定的創(chuàng)新成

4、果： 1．理想運(yùn)動(dòng)狀態(tài)物理模型的建立分析數(shù)控機(jī)床軌跡運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，提煉主要因素，建立物理模型。假設(shè)理想的軌跡運(yùn)動(dòng)存在，以數(shù)控加工的要求作為約束條件，推導(dǎo)理想條件下加工軌跡運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。分別以運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、能量法等理論建立運(yùn)動(dòng)模型，分析軌跡幾何函數(shù)、工藝參數(shù)，運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的對(duì)應(yīng)規(guī)律。 2．軌跡控制新方法一運(yùn)動(dòng)規(guī)律控制軌跡的幾何性質(zhì)是由運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，而且運(yùn)動(dòng)規(guī)律與幾何參數(shù)是準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)的

5、。傳統(tǒng)的位置控制不能解決無(wú)窮多點(diǎn)的繁瑣計(jì)算的問(wèn)題．但是，對(duì)于一種運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)運(yùn)動(dòng)規(guī)律只有一個(gè)，體現(xiàn)在某些參數(shù)是常數(shù)或簡(jiǎn)單表達(dá)式?？刂七@些參數(shù)和變化規(guī)律同樣可以實(shí)現(xiàn)軌跡。這種方法計(jì)算量小，精度高，面向運(yùn)動(dòng)控制，控制更全面。 3．基于參考時(shí)間的軌跡運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與控制方法幾何參數(shù)對(duì)參考時(shí)間的變化率是人為建立的相對(duì)關(guān)系，因此可以用參考時(shí)間為尺度度量幾何參數(shù)變化的快慢。一般選擇加工關(guān)鍵因素為參考時(shí)間，相對(duì)變化率為常數(shù)。其物理意義是幾何參數(shù)相對(duì)于參