切削力之間的關(guān)系已經(jīng)明朗，可以預(yù)知導(dǎo)軌系統(tǒng)的加工載荷變化。因而可以通過CAM控制系統(tǒng)模擬溜板的加工載荷信息，并根據(jù)所述加工載荷信息獲得每個(gè)油腔的切削力，通過不斷跟隨加工載荷變化來主動(dòng)干預(yù)液體靜壓導(dǎo)軌油腔壓力，以實(shí)時(shí)補(bǔ)償油膜厚度波動(dòng)。
[0040]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)。
[0041]根據(jù)預(yù)見控制理論，并以導(dǎo)軌溜板波動(dòng)量為目標(biāo)值、以加工載荷為未來信息，研究分析溜板豎直方向位移波動(dòng)情況，目的是消除加工過程中動(dòng)態(tài)加工載荷對(duì)液體靜壓導(dǎo)軌傳動(dòng)精度的影響。利用未來信息提高系統(tǒng)的加工精度，實(shí)現(xiàn)對(duì)油膜厚度的預(yù)見控制，根據(jù)即將到來的載荷信息提前調(diào)節(jié)油腔的流量和壓力，實(shí)時(shí)消除由于載荷而帶來的導(dǎo)軌溜板被動(dòng)偏斜的現(xiàn)象，進(jìn)一步提尚機(jī)床加工精度。
[0042]S3:根據(jù)所述控制信號(hào)，通過電液比例調(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)。
[0043]本實(shí)施例提供的精密液體靜壓導(dǎo)軌的預(yù)見控制方法，通過采用預(yù)見控制方法提前計(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。而且通過提前計(jì)算切削過程中的加工載荷變化，便于實(shí)現(xiàn)加工過程智能化控制。
[0044]作為本實(shí)施例的優(yōu)選方案，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，可用的預(yù)見控制方法優(yōu)化包括溜板左右擺動(dòng)、溜板運(yùn)行驅(qū)動(dòng)力等機(jī)床其他隨加工載荷變化而受影響的指標(biāo)。且本實(shí)施例所選用的電液比例調(diào)壓閥也可用其他調(diào)壓閥代替。
[0045]具體地，上述實(shí)施例中的步驟SI進(jìn)一步包括:
[0046]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)；
[0047]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。
[0048]在控制邏輯方面，先用已有的瞬時(shí)剛性切削力學(xué)模型，提前計(jì)算出溜板各個(gè)方向加工負(fù)載的大小、方向變化情況和作用點(diǎn)，再以此為基礎(chǔ)，根據(jù)空間力學(xué)原理計(jì)算出各個(gè)油腔所承受的分載荷。在油腔所承受的分載荷及其變化趨勢都明確的前提下，就可以根據(jù)這些信息和控制目標(biāo)要求輸出控制信號(hào)對(duì)電液比例流量閥的流量進(jìn)行控制，而油腔通過被控制的輸入流量與油膜間隙泄漏的流量平衡，改變油腔內(nèi)的油壓力，使油腔壓力對(duì)溜板產(chǎn)生的支撐力變化抵消預(yù)見到的加工載荷對(duì)溜板作用力的變化。
[0049]進(jìn)一步地，以上實(shí)施例還包括以下步驟:
[0050]S4:通過位移傳感器測量所述溜板波動(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 ;
[0051]S5:通過壓力變送器測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。
[0052]圖2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)見控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，包括:切削力計(jì)算模塊61、控制信號(hào)輸出模塊62和油壓控制模塊63 ;其中，切削力計(jì)算模塊61用于通過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；控制信號(hào)輸出模塊62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)；油壓控制模塊63用于根據(jù)所述控制信號(hào)，通過電液比例調(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)。
[0053]溜板的加工負(fù)載變化情況將作為預(yù)見控制的未來信號(hào)輸入到預(yù)見控制裝置中，以波動(dòng)為零的理想目標(biāo)信號(hào)為指標(biāo)，計(jì)算出作用于電液比例調(diào)壓閥的電信號(hào)，電液比例調(diào)壓閥在輸入電信號(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)軌油腔的油液壓力。
[0054]本實(shí)施例提供的精密液體靜壓導(dǎo)軌的預(yù)見控制裝置通過提前計(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。而且通過提前計(jì)算切削過程中的加工載荷變化，便于實(shí)現(xiàn)加工過程智能化控制。
[0055]作為本實(shí)施例的優(yōu)選方案，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，切削力計(jì)算模塊進(jìn)一步包括溜板切削力計(jì)算單元611和油腔切削力計(jì)算單元612 ;其中，溜板切削力計(jì)算單元611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)；油腔切削力計(jì)算單元612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。
[0056]具體地，以上實(shí)施例還包括以下模塊:溜板波動(dòng)量檢測反饋模塊64和油壓檢測反饋模塊65 ;其中，溜板波動(dòng)量檢測反饋模塊64用于通過位移傳感器測量所述溜板波動(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；油壓檢測反饋模塊65用于通過壓力變送器測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)。
[0057]溜板波動(dòng)量檢測反饋模塊64和油壓檢測反饋模塊65可統(tǒng)稱為檢測反饋模塊，檢測反饋模塊主要負(fù)責(zé)采集壓力變送器測得的油腔壓力變化信息和位移傳感器測得的溜板豎直方向波動(dòng)量，并反饋回預(yù)見控制裝置。
[0058]圖3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)見控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括:若干個(gè)油腔1、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)見控制裝置6 ;其中，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)見控制裝置6連接，所述電液比例調(diào)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(cè)，用于測量所述溜板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。
[0059]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4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(dòng)，提高導(dǎo)軌傳動(dòng)精度。
[0060]本實(shí)施例提供的預(yù)見控制系統(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)通過數(shù)控銑床計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design，簡稱CAD) /CAM控制系統(tǒng)，將計(jì)算所得的加工載荷Fz輸入預(yù)見控制裝置中作為未來信息，對(duì)不同油腔輸入相應(yīng)的載荷分量預(yù)見信息，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，使油腔壓力能無延遲地跟隨導(dǎo)軌負(fù)載變化。
[0061]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