精密液體靜壓導(dǎo)軌的預(yù)見(jiàn)控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及機(jī)床機(jī)電液一體化領(lǐng)域，具體涉及一種精密液體靜壓導(dǎo)軌的預(yù)見(jiàn)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]精密加工技術(shù)是制造強(qiáng)國(guó)的重要支撐，超精密機(jī)床作為精密加工的依托，一直是國(guó)家中長(zhǎng)期科研規(guī)劃研究的熱點(diǎn)。液體靜壓導(dǎo)軌憑借高剛度、低磨損、運(yùn)行精準(zhǔn)等優(yōu)勢(shì)迅速成為超精密數(shù)控機(jī)床共用的基礎(chǔ)組件。但由于加工過(guò)程中切削載荷不斷變化，破壞靜壓導(dǎo)軌溜板受力平衡，造成溜板與導(dǎo)軌滑道間的相對(duì)位置波動(dòng)不定，改變裝夾在溜板上的工件與刀具間的理想位置關(guān)系，降低機(jī)床加工精度。
[0003]隨著現(xiàn)代大規(guī)模集成制造技術(shù)，納米技術(shù)，超高倍天文觀測(cè)技術(shù)，軍用尖端雷達(dá)，超精密三維(3Dimens1ns，簡(jiǎn)稱3D)打印技術(shù)等不斷發(fā)展，對(duì)導(dǎo)軌技術(shù)的精密性、可靠性、高效性都提出了更高的要求。國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者從靜壓導(dǎo)軌系統(tǒng)靜動(dòng)態(tài)特性、導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)或流場(chǎng)分布、熱固耦合等方面都有不少研究成果，為超精密靜壓導(dǎo)軌技術(shù)進(jìn)步起到重要作用。盡管如此，目前對(duì)超精密液體靜壓導(dǎo)軌如何避免由于動(dòng)態(tài)加工負(fù)載帶來(lái)的溜板波動(dòng)問(wèn)題，一直還未找到切實(shí)有效的解決方案，一方面是因?yàn)榧庸ぽd荷復(fù)雜多變難以掌控，另一方面也是受制于導(dǎo)軌液壓系統(tǒng)固有的阻尼特性而帶來(lái)的控制滯后，造成調(diào)節(jié)被動(dòng)或響應(yīng)遲緩等問(wèn)題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中加工載荷復(fù)雜多變難以掌控以及導(dǎo)軌液壓系統(tǒng)固有的阻尼特性而帶來(lái)的控制滯后的缺陷，本實(shí)用新型提供了一種精密液體靜壓導(dǎo)軌的預(yù)見(jiàn)控制系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型提出一種精密液體靜壓導(dǎo)軌的預(yù)見(jiàn)控制系統(tǒng)，包括:液體靜壓導(dǎo)軌、若干個(gè)電液比例調(diào)壓閥、位移傳感器、壓力變送器、計(jì)算機(jī)輔助制造(Computer AidedManufacturing，簡(jiǎn)稱CAM)控制系統(tǒng)以及預(yù)見(jiàn)控制裝置；
[0006]其中，所述液體靜壓導(dǎo)軌包括若干個(gè)油腔，所述電液比例調(diào)壓閥、所述位移傳感器、所述壓力變送器以及所述CAM控制系統(tǒng)均與所述預(yù)見(jiàn)控制裝置連接，所述電液比例調(diào)壓閥通過(guò)液壓管路與所述油腔連接，所述位移傳感器位于所述溜板一側(cè)，用于測(cè)量所述溜板豎直方向的波動(dòng)量，所述壓力變送器連接所述液壓管路且位于所述電液比例調(diào)壓閥和所述油腔之間。
[0007]優(yōu)選地，所述液體靜壓導(dǎo)軌包括底座、所述溜板、工件臺(tái)、軌道、所述液壓管路、閥塊、管路接頭和油膜；
[0008]所述底座與所述軌道連接；
[0009]所述溜板套設(shè)于所述軌道上，并沿所述軌道滑動(dòng)；
[0010]所述工件臺(tái)與所述溜板連接；
[0011]所述閥塊通過(guò)所述液壓管路和所述管路接頭連接所述油腔；
[0012]所述油膜位于所述軌道和所述溜板的接觸面上。
[0013]優(yōu)選地，所述油腔對(duì)稱分布在所述溜板與所述軌道的上、下兩個(gè)接觸面上。
[0014]優(yōu)選地，每個(gè)所述油腔配置一個(gè)所述電液比例調(diào)壓閥。
[0015]優(yōu)選地，每個(gè)所述油腔配置一個(gè)所述壓力變送器。
[0016]優(yōu)選地，所述壓力變送器用于檢測(cè)所述油腔內(nèi)的油壓，并將檢測(cè)結(jié)果反饋回所述預(yù)見(jiàn)控制裝置。
[0017]優(yōu)選地，所述位移傳感器用于測(cè)量所述溜板豎直方向的波動(dòng)量，并反饋回所述預(yù)見(jiàn)控制裝置。
[0018]由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型通過(guò)采用預(yù)見(jiàn)控制裝置提前計(jì)算了加工載荷的大小和變化情況，預(yù)先調(diào)整油腔壓力，完全消除了響應(yīng)滯后的問(wèn)題，且能夠有效減小動(dòng)態(tài)加工載荷作用下的溜板波動(dòng)，使得導(dǎo)軌傳動(dòng)精度更高。同時(shí)能夠合理應(yīng)對(duì)驟變的加工載荷變化，不必輸出很高的油壓就能起到抵抗溜板波動(dòng)的效果，控制能耗更低，發(fā)熱更小。而且通過(guò)提前計(jì)算切削過(guò)程中的加工載荷變化，便于實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程智能化控制。
【附圖說(shuō)明】
[0019]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的一種精密液體靜壓導(dǎo)軌的預(yù)見(jiàn)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的一種精密液體靜壓導(dǎo)軌的三維結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖，對(duì)實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0023]圖1示出了本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的一種精密液體靜壓導(dǎo)軌的預(yù)見(jiàn)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括:液體靜壓導(dǎo)軌、若干個(gè)電液比例調(diào)壓閥2、位移傳感器3、壓力變送器4、CAM控制系統(tǒng)5以及預(yù)見(jiàn)控制裝置6 ;其中，所述液體靜壓導(dǎo)軌包括若干個(gè)油腔1，所述電液比例調(diào)壓閥2、所述位移傳感器3、所述壓力變送器4以及所述CAM控制系統(tǒng)5均與所述預(yù)見(jiàn)控制裝置6連接，所述電液比例調(diào)壓閥2通過(guò)液壓管路與所述油腔I連接，所述位移傳感器3位于所述溜板8 一側(cè)，用于測(cè)量所述溜板8豎直方向的波動(dòng)量，所述壓力變送器4連接所述液壓管路且位于所述電液比例調(diào)壓閥2和所述油腔I之間。
[0024]在結(jié)構(gòu)方面，液體靜壓導(dǎo)軌的各個(gè)油腔I對(duì)稱地分布在工作臺(tái)溜板8下方，如圖2所示。每個(gè)油腔I的進(jìn)油路都配備電液比例流量閥2。加工過(guò)程中加工載荷的作用點(diǎn)不斷變化，各油腔I承受的分載荷也會(huì)隨之改變。故將每對(duì)油腔I的壓力以預(yù)見(jiàn)控制方式作用于其上，通過(guò)電液比例流量閥2改變油腔I的壓力來(lái)維持溜板8上下受力平衡，減少溜板8波動(dòng)，提高導(dǎo)軌傳動(dòng)精度。
[0025]本實(shí)施例提供的預(yù)見(jiàn)控制系統(tǒng)以溜板波動(dòng)量為目標(biāo)信號(hào)R(k)，以溜板偏移量y (k)為被控制量。系統(tǒng)通過(guò)數(shù)控銑床計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design，簡(jiǎn)稱CAD) /CAM控制系統(tǒng)，將計(jì)算所得的加工載荷Fz輸入預(yù)見(jiàn)控制裝置中作為未來(lái)信息，對(duì)不同油腔輸入相應(yīng)的載荷分量預(yù)見(jiàn)信息，以便提前調(diào)節(jié)控制信號(hào)u (k)，從而主動(dòng)控制油腔壓力。加入了利用未來(lái)信息導(dǎo)軌負(fù)載d(k)的前饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)，能盡可能地減小系統(tǒng)中目標(biāo)值R(k)與被控制量油膜波動(dòng)量y (k)之間的相位延遲，使油腔壓力能無(wú)延遲地跟隨導(dǎo)軌負(fù)載變化。
[0026]具體地，CAM系統(tǒng)先根據(jù)加工要求預(yù)先規(guī)劃好加工軌跡，并模擬出加工過(guò)程中導(dǎo)軌溜板8的加工負(fù)載變化情況，該輸出量將作為預(yù)見(jiàn)控制的未來(lái)信號(hào)輸入到預(yù)見(jiàn)控制裝置6中，以目標(biāo)信號(hào)為指標(biāo)，計(jì)算出作用于電液比例調(diào)壓閥2的電信號(hào)，電液比例調(diào)壓閥2在輸入電信號(hào)的控制下會(huì)自動(dòng)調(diào)整輸出的液壓油液流量和壓力，從而調(diào)整導(dǎo)軌油腔I的油液壓力，保證在加工載荷變化時(shí)溜板8的穩(wěn)定狀態(tài)。同時(shí)，有檢測(cè)和反饋裝置來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)溜板8的波動(dòng)量并反饋會(huì)預(yù)見(jiàn)控制裝置6，以不斷修正電液比例調(diào)壓閥2的控制電信號(hào)。
[0027]通過(guò)采用預(yù)見(jiàn)控制裝置提前計(jì)算了加工載荷的大小和變化情況，預(yù)先調(diào)整油腔壓力，完全消除了響應(yīng)滯后的問(wèn)題，且能夠有效減小動(dòng)態(tài)加工載荷作用下的溜板波動(dòng)，使得導(dǎo)軌傳動(dòng)精度更高。同時(shí)能夠合理應(yīng)對(duì)驟變的加工載荷變化，不必輸出很高的油壓就能起到抵抗溜板波動(dòng)的效果，控制能耗更低，發(fā)熱更小。而且通過(guò)提前計(jì)算切削過(guò)程中的加工載荷變化，便于實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程智能化控制。
[0028]圖2示出了本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的一種精密液體靜壓導(dǎo)軌的預(yù)見(jiàn)控制系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)圖。主要包括:底座9、導(dǎo)軌溜板8、工件臺(tái)10、軌道11、液壓管路12、閥塊14、管路接頭13，以及未畫(huà)出的油腔1、油膜9、電液比例流量閥2、CAM模塊5、預(yù)見(jiàn)控制裝置6、壓力變送器4、位移傳感器3、安全閥、栗組及油箱；所述底座9與所述軌道11連接；所述溜板8套設(shè)于所述軌道11上，并沿所述軌道11滑動(dòng)；所述工件臺(tái)10與所述溜板8連接；所述閥塊14通過(guò)所述液壓管路12和所述管路接頭13連接所述油腔I ;所述油膜9位于所述軌道11和所述溜板8的接觸面上。
[0029]采用預(yù)見(jiàn)控制方式時(shí)，并不需要在靜壓導(dǎo)軌系統(tǒng)中增設(shè)其他機(jī)構(gòu)，而只需將原有的油腔進(jìn)油路的節(jié)流閥改為電液比例流量閥2，再對(duì)電液比例流量閥2實(shí)施控制。靜壓導(dǎo)軌在工作過(guò)程中，溜板8在軌道和油腔I的支撐下浮起于油膜9上，由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)溜板8沿軌道方向的運(yùn)行。由于溜板8上方的工件臺(tái)10不斷受到動(dòng)態(tài)加工載荷作用，產(chǎn)生豎直方向的加速度，引起溜板8的上下波動(dòng)，這就需要電液比例流量閥2提前干預(yù)油腔I的油液壓力，通過(guò)調(diào)整施加在溜板8上的力來(lái)抵抗溜板波動(dòng)。與一般的控制方式不同的是，預(yù)見(jiàn)控制裝置6是通過(guò)引入了 CAM模塊5的未來(lái)加工載荷信息而提前計(jì)算出油腔I需要提供的壓力，在加工載荷到來(lái)時(shí)能實(shí)現(xiàn)無(wú)滯后地抵抗溜板8波動(dòng)。檢測(cè)反饋模塊采集壓力變送器4測(cè)得的油腔壓力變化信息和位移傳感器3測(cè)得的溜板豎直方向波動(dòng)量，并反饋回預(yù)見(jiàn)控制裝置6，以不斷做出修正。
[0030]預(yù)見(jiàn)控制裝置6包括多個(gè)預(yù)見(jiàn)控制子裝置，每個(gè)電液比例流量閥2由一個(gè)預(yù)見(jiàn)控制子裝置控制，預(yù)見(jiàn)控制子裝置接受預(yù)先計(jì)算好了的各油腔I將承受的分載荷及其變化趨勢(shì)信息，并根據(jù)這些信息和控制目標(biāo)要求輸出控制信號(hào)對(duì)電液比例流量閥2的流量進(jìn)行控制，