精密液体静压导轨的预见控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及机床机电液一体化领域，具体涉及一种精密液体静压导轨的预见控制系统。
【背景技术】
[0002]精密加工技术是制造强国的重要支撑，超精密机床作为精密加工的依托，一直是国家中长期科研规划研究的热点。液体静压导轨凭借高刚度、低磨损、运行精准等优势迅速成为超精密数控机床共用的基础组件。但由于加工过程中切削载荷不断变化，破坏静压导轨溜板受力平衡，造成溜板与导轨滑道间的相对位置波动不定，改变装夹在溜板上的工件与刀具间的理想位置关系，降低机床加工精度。
[0003]随着现代大规模集成制造技术，纳米技术，超高倍天文观测技术，军用尖端雷达，超精密三维(3Dimens1ns，简称3D)打印技术等不断发展，对导轨技术的精密性、可靠性、高效性都提出了更高的要求。国内外专家学者从静压导轨系统静动态特性、导轨结构或流场分布、热固耦合等方面都有不少研究成果，为超精密静压导轨技术进步起到重要作用。尽管如此，目前对超精密液体静压导轨如何避免由于动态加工负载带来的溜板波动问题，一直还未找到切实有效的解决方案，一方面是因为加工载荷复杂多变难以掌控，另一方面也是受制于导轨液压系统固有的阻尼特性而带来的控制滞后，造成调节被动或响应迟缓等问题。
【实用新型内容】
[0004]针对现有技术中加工载荷复杂多变难以掌控以及导轨液压系统固有的阻尼特性而带来的控制滞后的缺陷，本实用新型提供了一种精密液体静压导轨的预见控制系统。
[0005]本实用新型提出一种精密液体静压导轨的预见控制系统，包括:液体静压导轨、若干个电液比例调压阀、位移传感器、压力变送器、计算机辅助制造(Computer AidedManufacturing，简称CAM)控制系统以及预见控制装置；
[0006]其中，所述液体静压导轨包括若干个油腔，所述电液比例调压阀、所述位移传感器、所述压力变送器以及所述CAM控制系统均与所述预见控制装置连接，所述电液比例调压阀通过液压管路与所述油腔连接，所述位移传感器位于所述溜板一侧，用于测量所述溜板竖直方向的波动量，所述压力变送器连接所述液压管路且位于所述电液比例调压阀和所述油腔之间。
[0007]优选地，所述液体静压导轨包括底座、所述溜板、工件台、轨道、所述液压管路、阀块、管路接头和油膜；
[0008]所述底座与所述轨道连接；
[0009]所述溜板套设于所述轨道上，并沿所述轨道滑动；
[0010]所述工件台与所述溜板连接；
[0011]所述阀块通过所述液压管路和所述管路接头连接所述油腔；
[0012]所述油膜位于所述轨道和所述溜板的接触面上。
[0013]优选地，所述油腔对称分布在所述溜板与所述轨道的上、下两个接触面上。
[0014]优选地，每个所述油腔配置一个所述电液比例调压阀。
[0015]优选地，每个所述油腔配置一个所述压力变送器。
[0016]优选地，所述压力变送器用于检测所述油腔内的油压，并将检测结果反馈回所述预见控制装置。
[0017]优选地，所述位移传感器用于测量所述溜板竖直方向的波动量，并反馈回所述预见控制装置。
[0018]由上述技术方案可知，本实用新型通过采用预见控制装置提前计算了加工载荷的大小和变化情况，预先调整油腔压力，完全消除了响应滞后的问题，且能够有效减小动态加工载荷作用下的溜板波动，使得导轨传动精度更高。同时能够合理应对骤变的加工载荷变化，不必输出很高的油压就能起到抵抗溜板波动的效果，控制能耗更低，发热更小。而且通过提前计算切削过程中的加工载荷变化，便于实现加工过程智能化控制。
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。
[0020]图1为本实用新型一实施例提供的一种精密液体静压导轨的预见控制系统的结构示意图；
[0021]图2为本实用新型一实施例提供的一种精密液体静压导轨的三维结构图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图，对实用新型的【具体实施方式】作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
[0023]图1示出了本实用新型一实施例提供的一种精密液体静压导轨的预见控制系统的结构示意图，包括:液体静压导轨、若干个电液比例调压阀2、位移传感器3、压力变送器4、CAM控制系统5以及预见控制装置6 ;其中，所述液体静压导轨包括若干个油腔1，所述电液比例调压阀2、所述位移传感器3、所述压力变送器4以及所述CAM控制系统5均与所述预见控制装置6连接，所述电液比例调压阀2通过液压管路与所述油腔I连接，所述位移传感器3位于所述溜板8 一侧，用于测量所述溜板8竖直方向的波动量，所述压力变送器4连接所述液压管路且位于所述电液比例调压阀2和所述油腔I之间。
[0024]在结构方面，液体静压导轨的各个油腔I对称地分布在工作台溜板8下方，如图2所示。每个油腔I的进油路都配备电液比例流量阀2。加工过程中加工载荷的作用点不断变化，各油腔I承受的分载荷也会随之改变。故将每对油腔I的压力以预见控制方式作用于其上，通过电液比例流量阀2改变油腔I的压力来维持溜板8上下受力平衡，减少溜板8波动，提高导轨传动精度。
[0025]本实施例提供的预见控制系统以溜板波动量为目标信号R(k)，以溜板偏移量y (k)为被控制量。系统通过数控铣床计算机辅助设计(Computer Aided Design，简称CAD) /CAM控制系统，将计算所得的加工载荷Fz输入预见控制装置中作为未来信息，对不同油腔输入相应的载荷分量预见信息，以便提前调节控制信号u (k)，从而主动控制油腔压力。加入了利用未来信息导轨负载d(k)的前馈补偿环节，能尽可能地减小系统中目标值R(k)与被控制量油膜波动量y (k)之间的相位延迟，使油腔压力能无延迟地跟随导轨负载变化。
[0026]具体地，CAM系统先根据加工要求预先规划好加工轨迹，并模拟出加工过程中导轨溜板8的加工负载变化情况，该输出量将作为预见控制的未来信号输入到预见控制装置6中，以目标信号为指标，计算出作用于电液比例调压阀2的电信号，电液比例调压阀2在输入电信号的控制下会自动调整输出的液压油液流量和压力，从而调整导轨油腔I的油液压力，保证在加工载荷变化时溜板8的稳定状态。同时，有检测和反馈装置来实时检测溜板8的波动量并反馈会预见控制装置6，以不断修正电液比例调压阀2的控制电信号。
[0027]通过采用预见控制装置提前计算了加工载荷的大小和变化情况，预先调整油腔压力，完全消除了响应滞后的问题，且能够有效减小动态加工载荷作用下的溜板波动，使得导轨传动精度更高。同时能够合理应对骤变的加工载荷变化，不必输出很高的油压就能起到抵抗溜板波动的效果，控制能耗更低，发热更小。而且通过提前计算切削过程中的加工载荷变化，便于实现加工过程智能化控制。
[0028]图2示出了本实用新型一实施例提供的一种精密液体静压导轨的预见控制系统的三维结构图。主要包括:底座9、导轨溜板8、工件台10、轨道11、液压管路12、阀块14、管路接头13，以及未画出的油腔1、油膜9、电液比例流量阀2、CAM模块5、预见控制装置6、压力变送器4、位移传感器3、安全阀、栗组及油箱；所述底座9与所述轨道11连接；所述溜板8套设于所述轨道11上，并沿所述轨道11滑动；所述工件台10与所述溜板8连接；所述阀块14通过所述液压管路12和所述管路接头13连接所述油腔I ;所述油膜9位于所述轨道11和所述溜板8的接触面上。
[0029]采用预见控制方式时，并不需要在静压导轨系统中增设其他机构，而只需将原有的油腔进油路的节流阀改为电液比例流量阀2，再对电液比例流量阀2实施控制。静压导轨在工作过程中，溜板8在轨道和油腔I的支撑下浮起于油膜9上，由直线电机驱动溜板8沿轨道方向的运行。由于溜板8上方的工件台10不断受到动态加工载荷作用，产生竖直方向的加速度，引起溜板8的上下波动，这就需要电液比例流量阀2提前干预油腔I的油液压力，通过调整施加在溜板8上的力来抵抗溜板波动。与一般的控制方式不同的是，预见控制装置6是通过引入了 CAM模块5的未来加工载荷信息而提前计算出油腔I需要提供的压力，在加工载荷到来时能实现无滞后地抵抗溜板8波动。检测反馈模块采集压力变送器4测得的油腔压力变化信息和位移传感器3测得的溜板竖直方向波动量，并反馈回预见控制装置6，以不断做出修正。
[0030]预见控制装置6包括多个预见控制子装置，每个电液比例流量阀2由一个预见控制子装置控制，预见控制子装置接受预先计算好了的各油腔I将承受的分载荷及其变化趋势信息，并根据这些信息和控制目标要求输出控制信号对电液比例流量阀2的流量进行控制，