精密液體靜壓導(dǎo)軌的預(yù)見(jiàn)控制方法、裝置及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(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)控制方法、裝置及系統(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(3 Dimens1ns，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。

【發(fā)明內(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，本發(fā)明提供了一種精密液體靜壓導(dǎo)軌的預(yù)見(jiàn)控制方法、裝置及系統(tǒng)。
[0005]第一方面，本發(fā)明提出一種精密液體靜壓導(dǎo)軌的預(yù)見(jiàn)控制方法，包括以下步驟:
[0006]S1:通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助制造(Computer Aided Manufacturing，簡(jiǎn)稱CAM)控制系統(tǒng)模擬溜板的加工載荷信息，根據(jù)所述加工載荷信息獲得每個(gè)油腔的切削力；
[0007]S2:根據(jù)所述每個(gè)油腔的切削力，以及預(yù)設(shè)的溜板波動(dòng)量，輸出控制信號(hào)；
[0008]S3:根據(jù)所述控制信號(hào)，通過(guò)電液比例調(diào)壓閥控制油液流量，進(jìn)而控制所述油腔的油壓，以抵消預(yù)見(jiàn)的加工載荷對(duì)所述溜板的作用力，補(bǔ)償油膜厚度的波動(dòng)。
[0009]優(yōu)選地，步驟SI包括:
[0010]Sll:利用瞬時(shí)剛性切削力學(xué)模型，計(jì)算得到溜板的切削力、切削力變化以及切削力作用點(diǎn)；
[0011]S12:根據(jù)所述溜板的切削力、切削力變化以及切削力作用點(diǎn)，利用空間力學(xué)原理，計(jì)算得到每個(gè)油腔的切削力和切削力變化。
[0012]優(yōu)選地，還包括以下步驟:
[0013]S4:通過(guò)位移傳感器測(cè)量所述溜板波動(dòng)量的變化，根據(jù)所述溜板波動(dòng)量的變化更新當(dāng)前的溜板波動(dòng)量，并執(zhí)行步驟S2 ;
[0014]S5:通過(guò)壓力變送器測(cè)量所述油腔的油壓的變化，并根據(jù)所述油壓的變化，輸出新的所述控制信號(hào)，并執(zhí)行步驟S3。
[0015]優(yōu)選地，步驟Sll包括:利用所述瞬時(shí)剛性切削力學(xué)模型，計(jì)算得到豎直方向的所述溜板的切削力、切削力變化以及切削力作用點(diǎn)。
[0016]第二方面，本發(fā)明提出一種精密液體靜壓導(dǎo)軌的預(yù)見(jiàn)控制裝置，包括:
[0017]切削力計(jì)算模塊:用于通過(guò)CAM控制系統(tǒng)模擬溜板的加工載荷信息，根據(jù)所述加工載荷信息獲得每個(gè)油腔的切削力；
[0018]控制信號(hào)輸出模塊:用于根據(jù)所述每個(gè)油腔的切削力，以及預(yù)設(shè)的溜板波動(dòng)量，輸出控制信號(hào)；
[0019]油壓控制模塊:用于根據(jù)所述控制信號(hào)，通過(guò)電液比例調(diào)壓閥控制油液流量，進(jìn)而控制所述油腔的油壓，以抵消預(yù)見(jiàn)的加工載荷對(duì)所述溜板的作用力，補(bǔ)償油膜厚度的波動(dòng)。
[0020]優(yōu)選地，切削力計(jì)算模塊進(jìn)一步包括:
[0021]溜板切削力計(jì)算單元:用于利用瞬時(shí)剛性切削力學(xué)模型，計(jì)算得到溜板的切削力、切削力變化以及切削力作用點(diǎn)；
[0022]油腔切削力計(jì)算單元:用于根據(jù)所述溜板的切削力、切削力變化以及切削力作用點(diǎn)，利用空間力學(xué)原理，計(jì)算得到每個(gè)油腔的切削力和切削力變化。
[0023]優(yōu)選地，還包括:
[0024]溜板波動(dòng)量檢測(cè)反饋模塊:用于通過(guò)位移傳感器測(cè)量所述溜板波動(dòng)量的變化，根據(jù)所述溜板波動(dòng)量的變化更新當(dāng)前的溜板波動(dòng)量；
[0025]油壓檢測(cè)反饋模塊:用于通過(guò)壓力變送器測(cè)量所述油腔的油壓的變化，并根據(jù)所述油壓的變化，輸出新的所述控制信號(hào)。
[0026]優(yōu)選地，所述溜板切削力計(jì)算單元進(jìn)一步用于利用所述瞬時(shí)剛性切削力學(xué)模型，計(jì)算得到豎直方向的所述溜板的切削力、切削力變化以及切削力作用點(diǎn)。
[0027]第三方面，本發(fā)明提出一種精密液體靜壓導(dǎo)軌的預(yù)見(jiàn)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括:若干個(gè)油腔、若干個(gè)電液比例調(diào)壓閥、位移傳感器、壓力變送器、CAM控制系統(tǒng)以及預(yù)見(jiàn)控制裝置；
[0028]其中，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。
[0029]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。
[0030]由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明通過(guò)采用預(yù)見(jiàn)控制方法提前計(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】
[0031]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(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發(fā)明的一些實(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。
[0032]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例提供的一種精密液體靜壓導(dǎo)軌的預(yù)見(jiàn)控制方法的流程示意圖；
[0033]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例提供的一種精密液體靜壓導(dǎo)軌的預(yù)見(jiàn)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3為本發(fā)明一實(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；
[0035]圖4為本發(fā)明一實(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】
[0036]下面結(jié)合附圖，對(duì)發(fā)明的【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)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0037]圖1示出了本發(fā)明一實(shí)施例提供的一種精密液體靜壓導(dǎo)軌的預(yù)見(jiàn)控制方法的流程示意圖，包括以下步驟:
[0038]S1:通過(guò)CAM控制系統(tǒng)模擬溜板的加工載荷信息，根據(jù)所述加工載荷信息獲得每個(gè)油腔的切削力。
[0039]在精密數(shù)控加工技術(shù)背景下，依據(jù)被加工件的始末參數(shù)和數(shù)字控制(NumericalControl,簡(jiǎn)稱NC)程序預(yù)先規(guī)劃刀路軌徑的CAM控制系統(tǒng)已經(jīng)問(wèn)世，刀具進(jìn)給路徑與瞬時(shí)