精密液體靜壓導軌的預見控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及機床機電液一體化領域，具體涉及一種精密液體靜壓導軌的預見控制系統。
【背景技術】
[0002]精密加工技術是制造強國的重要支撐，超精密機床作為精密加工的依托，一直是國家中長期科研規劃研究的熱點。液體靜壓導軌憑借高剛度、低磨損、運行精準等優勢迅速成為超精密數控機床共用的基礎組件。但由于加工過程中切削載荷不斷變化，破壞靜壓導軌溜板受力平衡，造成溜板與導軌滑道間的相對位置波動不定，改變裝夾在溜板上的工件與刀具間的理想位置關系，降低機床加工精度。
[0003]隨著現代大規模集成制造技術，納米技術，超高倍天文觀測技術，軍用尖端雷達，超精密三維(3Dimens1ns，簡稱3D)打印技術等不斷發展，對導軌技術的精密性、可靠性、高效性都提出了更高的要求。國內外專家學者從靜壓導軌系統靜動態特性、導軌結構或流場分布、熱固耦合等方面都有不少研究成果，為超精密靜壓導軌技術進步起到重要作用。盡管如此，目前對超精密液體靜壓導軌如何避免由于動態加工負載帶來的溜板波動問題，一直還未找到切實有效的解決方案，一方面是因為加工載荷復雜多變難以掌控，另一方面也是受制于導軌液壓系統固有的阻尼特性而帶來的控制滯后，造成調節被動或響應遲緩等問題。
【實用新型內容】
[0004]針對現有技術中加工載荷復雜多變難以掌控以及導軌液壓系統固有的阻尼特性而帶來的控制滯后的缺陷，本實用新型提供了一種精密液體靜壓導軌的預見控制系統。
[0005]本實用新型提出一種精密液體靜壓導軌的預見控制系統，包括:液體靜壓導軌、若干個電液比例調壓閥、位移傳感器、壓力變送器、計算機輔助制造(Computer AidedManufacturing，簡稱CAM)控制系統以及預見控制裝置；
[0006]其中，所述液體靜壓導軌包括若干個油腔，所述電液比例調壓閥、所述位移傳感器、所述壓力變送器以及所述CAM控制系統均與所述預見控制裝置連接，所述電液比例調壓閥通過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，用于測量所述溜板豎直方向的波動量，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壓閥和所述油腔之間。
[0007]優選地，所述液體靜壓導軌包括底座、所述溜板、工件臺、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]所述溜板套設于所述軌道上，并沿所述軌道滑動；
[0010]所述工件臺與所述溜板連接；
[0011]所述閥塊通過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]優選地，所述油腔對稱分布在所述溜板與所述軌道的上、下兩個接觸面上。
[0014]優選地，每個所述油腔配置一個所述電液比例調壓閥。
[0015]優選地，每個所述油腔配置一個所述壓力變送器。
[0016]優選地，所述壓力變送器用于檢測所述油腔內的油壓，并將檢測結果反饋回所述預見控制裝置。
[0017]優選地，所述位移傳感器用于測量所述溜板豎直方向的波動量，并反饋回所述預見控制裝置。
[0018]由上述技術方案可知，本實用新型通過采用預見控制裝置提前計算了加工載荷的大小和變化情況，預先調整油腔壓力，完全消除了響應滯后的問題，且能夠有效減小動態加工載荷作用下的溜板波動，使得導軌傳動精度更高。同時能夠合理應對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的效果，控制能耗更低，發熱更小。而且通過提前計算切削過程中的加工載荷變化，便于實現加工過程智能化控制。
【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為本實用新型一實施例提供的一種精密液體靜壓導軌的預見控制系統的結構示意圖；
[0021]圖2為本實用新型一實施例提供的一種精密液體靜壓導軌的三維結構圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖，對實用新型的【具體實施方式】作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術方案，而不能以此來限制本實用新型的保護范圍。
[0023]圖1示出了本實用新型一實施例提供的一種精密液體靜壓導軌的預見控制系統的結構示意圖，包括:液體靜壓導軌、若干個電液比例調壓閥2、位移傳感器3、壓力變送器4、CAM控制系統5以及預見控制裝置6 ;其中，所述液體靜壓導軌包括若干個油腔1，所述電液比例調壓閥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5均與所述預見控制裝置6連接，所述電液比例調壓閥2通過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，用于測量所述溜板8豎直方向的波動量，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壓閥2和所述油腔I之間。
[0024]在結構方面，液體靜壓導軌的各個油腔I對稱地分布在工作臺溜板8下方，如圖2所示。每個油腔I的進油路都配備電液比例流量閥2。加工過程中加工載荷的作用點不斷變化，各油腔I承受的分載荷也會隨之改變。故將每對油腔I的壓力以預見控制方式作用于其上，通過電液比例流量閥2改變油腔I的壓力來維持溜板8上下受力平衡，減少溜板8波動，提高導軌傳動精度。
[0025]本實施例提供的預見控制系統以溜板波動量為目標信號R(k)，以溜板偏移量y (k)為被控制量。系統通過數控銑床計算機輔助設計(Computer Aided Design，簡稱CAD) /CAM控制系統，將計算所得的加工載荷Fz輸入預見控制裝置中作為未來信息，對不同油腔輸入相應的載荷分量預見信息，以便提前調節控制信號u (k)，從而主動控制油腔壓力。加入了利用未來信息導軌負載d(k)的前饋補償環節，能盡可能地減小系統中目標值R(k)與被控制量油膜波動量y (k)之間的相位延遲，使油腔壓力能無延遲地跟隨導軌負載變化。
[0026]具體地，CAM系統先根據加工要求預先規劃好加工軌跡，并模擬出加工過程中導軌溜板8的加工負載變化情況，該輸出量將作為預見控制的未來信號輸入到預見控制裝置6中，以目標信號為指標，計算出作用于電液比例調壓閥2的電信號，電液比例調壓閥2在輸入電信號的控制下會自動調整輸出的液壓油液流量和壓力，從而調整導軌油腔I的油液壓力，保證在加工載荷變化時溜板8的穩定狀態。同時，有檢測和反饋裝置來實時檢測溜板8的波動量并反饋會預見控制裝置6，以不斷修正電液比例調壓閥2的控制電信號。
[0027]通過采用預見控制裝置提前計算了加工載荷的大小和變化情況，預先調整油腔壓力，完全消除了響應滯后的問題，且能夠有效減小動態加工載荷作用下的溜板波動，使得導軌傳動精度更高。同時能夠合理應對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的效果，控制能耗更低，發熱更小。而且通過提前計算切削過程中的加工載荷變化，便于實現加工過程智能化控制。
[0028]圖2示出了本實用新型一實施例提供的一種精密液體靜壓導軌的預見控制系統的三維結構圖。主要包括:底座9、導軌溜板8、工件臺10、軌道11、液壓管路12、閥塊14、管路接頭13，以及未畫出的油腔1、油膜9、電液比例流量閥2、CAM模塊5、預見控制裝置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套設于所述軌道11上，并沿所述軌道11滑動；所述工件臺10與所述溜板8連接；所述閥塊14通過所述液壓管路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]采用預見控制方式時，并不需要在靜壓導軌系統中增設其他機構，而只需將原有的油腔進油路的節流閥改為電液比例流量閥2，再對電液比例流量閥2實施控制。靜壓導軌在工作過程中，溜板8在軌道和油腔I的支撐下浮起于油膜9上，由直線電機驅動溜板8沿軌道方向的運行。由于溜板8上方的工件臺10不斷受到動態加工載荷作用，產生豎直方向的加速度，引起溜板8的上下波動，這就需要電液比例流量閥2提前干預油腔I的油液壓力，通過調整施加在溜板8上的力來抵抗溜板波動。與一般的控制方式不同的是，預見控制裝置6是通過引入了 CAM模塊5的未來加工載荷信息而提前計算出油腔I需要提供的壓力，在加工載荷到來時能實現無滯后地抵抗溜板8波動。檢測反饋模塊采集壓力變送器4測得的油腔壓力變化信息和位移傳感器3測得的溜板豎直方向波動量，并反饋回預見控制裝置6，以不斷做出修正。
[0030]預見控制裝置6包括多個預見控制子裝置，每個電液比例流量閥2由一個預見控制子裝置控制，預見控制子裝置接受預先計算好了的各油腔I將承受的分載荷及其變化趨勢信息，并根據這些信息和控制目標要求輸出控制信號對電液比例流量閥2的流量進行控制，