一种机床开式液体静压导轨油膜厚度控制装置及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种机床开式液体静压导轨油膜厚度控制装置及系统，机床液体静压导轨油膜厚度的闭环控制装置中控制量为理想油膜厚度、被控量为实际油膜厚度，输入的理想油膜厚度与位置传感器检测的实际油膜厚度相比较，对差值信号进行控制算法计算，然后经信号转换、功率放大，得到模拟信号，用该信号去控制变频器，变频器控制变量泵的电动机，从而使变量泵输出的油液流量随油膜厚度变化而变化，改变动、支撑导轨间流体压力，从而使导轨油膜厚度稳定。
【专利说明】一种机床开式液体静压导轨油膜厚度控制装置及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机床开式液体静压导轨领域，特别涉及一种基于变频技术改进型油膜厚度控制系统的机床开式液体静压导轨的控制方法。
【背景技术】
[0002]液体静压导轨具有摩擦系数小、机械效率高、导轨面之间的油膜很薄、具有良好的润滑性和吸振性、导轨长期使用无磨损、工作运动平稳、寿命高、运动速度的变化对油膜厚度和刚度的影响小等优点，因此液体静压导轨能满足高精度、重载荷及各种速度范围机床的要求，在各种机床(尤其是数控机床和超精密机床)中得到了广泛的应用。油膜刚度和承载能力是液体静压导轨两个最主要的性能指标，主要与导轨的油膜厚度有关。在恒定流量供油系统中，当静压导轨的载荷发生变化时，导轨的油膜厚度也将随之变化，使得油膜厚度不能始终处于最优状态；这将降低液体静压导轨油膜刚度和承载能力等方面的性能。因此，采用合理的控制方式使液体静压导轨具有调节油膜厚度的能力，并使油膜厚度保持最优值将会极大地提升液体静压导轨的工作性能。静压导轨油膜厚度控制主要通过调整电机的转速来改变油泵供油量而实现的。目前，电机调速主要采用直流调速技术；这种基于直流调速技术的控制系统虽然能达到调速的要求，但也存在着能耗较大、调速系统维护困难和设备庞大等诸多缺点。随着电子技术的快速发展，变频调速技术逐渐成熟起来，特别是矢量变频控制技术的成熟，不仅在调速方面可与直流调速相媲美，更适用于直流调速系统无法比拟的场合，如高速化和大容量的旋转机械，还解决了直流调速系统能源浪费的问题，使设备占地面积缩小，维护方便，若和控制算法相结合还可使控制更加灵活。
【发明内容】
[0003]本发明的主要目的在于提供一种可实时监测机床工作过程中静压导轨实际油膜厚度大小的机床开式液体静压导轨油膜厚度控制装置及系统。
[0004]为解决上述问题，本发明采用如下技术方案:
[0005]一种机床开式液体静压导轨油膜厚度控制装置，包括变频器、变量泵、第一节流阀、进油口、动导轨、油箱、过滤器、第二节流阀、溢流阀和计算机，所述计算机一端连接转换器，该转换器依次连接变频器、变量泵、第二节流阀和进油口，进油口设置在动导轨上，所述变量泵分别连接溢流阀及过滤器，所述过滤器下方设置油箱，油箱与动导轨间设置第一节流阀。
[0006]一种机床开式液体静压导轨油膜厚度控制装置的控制系统，闭环控制装置的控制系统由控制器环节和各功能环节构成，所述的控制器环节由减法器、计算器、Α/D变换器和D/Α变换器组成，所述Α/D变换器连接闭环控制系统的位移传感器和减法器，所述D/Α变换器连接闭环控制系统的计算器和变频器；所述的各功能环节包括依次连接的变频器、异步电动机、变量泵、导轨，异步电动机后设有转速反馈环，依次连接有速度传感器、变换器和减法器，导轨上设有压力传感器，连接到计算器，导轨后设有油膜厚度反馈环，依次连接有位移传感器、A/D变换器和减法器。
[0007]作为优选，所述闭环控制系统融合了定量供油式静压导轨和定压供油式静压导轨的特点，实现了压力和流量的补偿。
[0008]有益效果:
[0009]本发明与现有技术相比较，其具有以下有益效果:本发明的机床液体静压导轨油膜厚度的闭环控制装置可以实时监测机床工作过程中静压导轨实际油膜厚度的大小，并快速做出调整，从而使油膜厚度恒定在最优值范围内，保证了机床的加工精度和加工范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]为了易于说明，本发明由下述的具体实施例及附图作以详细描述。
[0011]图1是本发明专利机床静压导轨油膜厚度控制系统原理图；[0012]图2是本发明专利机床静压导轨油膜厚度控制系统控制框图；
[0013]图1中，1-变频器，2-变量泵，3-节流阀，4-进油口，5-动导轨，
[0014]6-油箱,7-过滤器,8-节流阀,9-溢流阀。
【具体实施方式】
[0015]请参阅图1和图2所示，一种机床开式液体静压导轨油膜厚度控制装置，包括变频器1、变量泵2、第一节流阀3、进油口 4、动导轨5、油箱6、过滤器7、第二节流阀8、溢流阀9和计算机，所述计算机一端连接转换器，该转换器依次连接变频器1、变量泵2、第二节流阀8和进油口 4，进油口 4设置在动导轨5上，所述变量泵2分别连接溢流阀9及过滤器7，所述过滤器7下方设置油箱6，油箱6与动导轨5间设置第一节流阀3。
[0016]一种机床开式液体静压导轨油膜厚度控制装置的控制系统，闭环控制装置的控制系统由控制器环节和各功能环节构成，所述的控制器环节由减法器、计算器、Α/D变换器和D/Α变换器组成，所述Α/D变换器连接闭环控制系统的位移传感器和减法器，所述D/Α变换器连接闭环控制系统的计算器和变频器；所述的各功能环节包括依次连接的变频器、异步电动机、变量泵、导轨，异步电动机后设有转速反馈环，依次连接有速度传感器、变换器和减法器，导轨上设有压力传感器，连接到计算器，导轨后设有油膜厚度反馈环，依次连接有位移传感器、Α/D变换器和减法器。
[0017]本发明的机床液体静压导轨油膜厚度的闭环控制装置工作过程如下:先使用位移传感器测得工作中导轨油膜厚度，并经过Α/D变换器得到实际油膜厚度信号hd，然后与理想油膜厚度信号h_经过减法器计算后得到差值信号Ah，Ah作为闭环控制系统的输入信号，然后经过计算器计算出相应的控制器环节的输出信号△ isT，该控制信号与速度传感器的反馈信号isT经减法器进行差值计算，生产变频器的控制信号isT，然后经过变频器生成异步电动机的控制信号?；，异步电动机进行相应的转速调节，生成转速为np，变量泵进行流量调节,生成流量Qp。
[0018]同时异步电动机的转速\通过速度传感器和相应的计算模块将isT反馈至变频器的输入端，与控制器环节生成的控制信号△ isT进行差值运算，生成新的变频器控制信号is/，借以进行转速的闭环控制。
[0019]变量泵以流量Qp为导轨供油，载荷W生成油腔压力P，当流量为Qp，油腔压力为P时，导轨对应油膜厚度为hd，该值通过位移传感器反馈到控制器环节的输入端，借以实现闭环控制。
[0020]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种机床开式液体静压导轨油膜厚度控制装置，包括变频器、变量泵、第一节流阀、进油口、动导轨、油箱、过滤器、第二节流阀、溢流阀和计算机，其特征在于:所述计算机一端连接转换器，该转换器依次连接变频器、变量泵、第二节流阀和进油口，进油口设置在动导轨上，所述变量泵分别连接溢流阀及过滤器，所述过滤器下方设置油箱，油箱与动导轨间设置第一节流阀。
2.一种机床开式液体静压导轨油膜厚度控制装置的控制系统，闭环控制装置的控制系统由控制器环节和各功能环节构成，其特征在于:所述的控制器环节由减法器、计算器、A/D变换器和D/Α变换器组成，所述Α/D变换器连接闭环控制系统的位移传感器和减法器，所述D/Α变换器连接闭环控制系统的计算器和变频器；所述的各功能环节包括依次连接的变频器、异步电动机、变量泵、导轨，异步电动机后设有转速反馈环，依次连接有速度传感器、变换器和减法器，导轨上设有压力传感器，连接到计算器，导轨后设有油膜厚度反馈环，依次连接有位移传感器、Α/D变换器和减法器。
3.根据权利要求2所述机床开式液体静压导轨油膜厚度控制装置的控制系统，其特征在于:所述闭环控制系统融合了定量供油式静压导轨和定压供油式静压导轨的特点，实现了压力和流量的补偿。
【文档编号】B23Q1/01GK103949894SQ201410196676
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月12日 优先权日:2014年5月12日
【发明者】王幼民, 严锦玉 申请人:安徽工程大学