精密液体静压导轨的预见控制方法、装置及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明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方法、装置及系统。
【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(3 Dimens1ns，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。
【发明内容】
[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，本发明提供了一种精密液体静压导轨的预见控制方法、装置及系统。
[0005]第一方面，本发明提出一种精密液体静压导轨的预见控制方法，包括以下步骤:
[0006]S1:通过计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing，简称CAM)控制系统模拟溜板的加工载荷信息，根据所述加工载荷信息获得每个油腔的切削力；
[0007]S2:根据所述每个油腔的切削力，以及预设的溜板波动量，输出控制信号；
[0008]S3:根据所述控制信号，通过电液比例调压阀控制油液流量，进而控制所述油腔的油压，以抵消预见的加工载荷对所述溜板的作用力，补偿油膜厚度的波动。
[0009]优选地，步骤SI包括:
[0010]Sll:利用瞬时刚性切削力学模型，计算得到溜板的切削力、切削力变化以及切削力作用点；
[0011]S12:根据所述溜板的切削力、切削力变化以及切削力作用点，利用空间力学原理，计算得到每个油腔的切削力和切削力变化。
[0012]优选地，还包括以下步骤:
[0013]S4:通过位移传感器测量所述溜板波动量的变化，根据所述溜板波动量的变化更新当前的溜板波动量，并执行步骤S2 ;
[0014]S5:通过压力变送器测量所述油腔的油压的变化，并根据所述油压的变化，输出新的所述控制信号，并执行步骤S3。
[0015]优选地，步骤Sll包括:利用所述瞬时刚性切削力学模型，计算得到竖直方向的所述溜板的切削力、切削力变化以及切削力作用点。
[0016]第二方面，本发明提出一种精密液体静压导轨的预见控制装置，包括:
[0017]切削力计算模块:用于通过CAM控制系统模拟溜板的加工载荷信息，根据所述加工载荷信息获得每个油腔的切削力；
[0018]控制信号输出模块:用于根据所述每个油腔的切削力，以及预设的溜板波动量，输出控制信号；
[0019]油压控制模块:用于根据所述控制信号，通过电液比例调压阀控制油液流量，进而控制所述油腔的油压，以抵消预见的加工载荷对所述溜板的作用力，补偿油膜厚度的波动。
[0020]优选地，切削力计算模块进一步包括:
[0021]溜板切削力计算单元:用于利用瞬时刚性切削力学模型，计算得到溜板的切削力、切削力变化以及切削力作用点；
[0022]油腔切削力计算单元:用于根据所述溜板的切削力、切削力变化以及切削力作用点，利用空间力学原理，计算得到每个油腔的切削力和切削力变化。
[0023]优选地，还包括:
[0024]溜板波动量检测反馈模块:用于通过位移传感器测量所述溜板波动量的变化，根据所述溜板波动量的变化更新当前的溜板波动量；
[0025]油压检测反馈模块:用于通过压力变送器测量所述油腔的油压的变化，并根据所述油压的变化，输出新的所述控制信号。
[0026]优选地，所述溜板切削力计算单元进一步用于利用所述瞬时刚性切削力学模型，计算得到竖直方向的所述溜板的切削力、切削力变化以及切削力作用点。
[0027]第三方面，本发明提出一种精密液体静压导轨的预见控制系统，其特征在于，包括:若干个油腔、若干个电液比例调压阀、位移传感器、压力变送器、CAM控制系统以及预见控制装置；
[0028]其中，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。
[0029]优选地，每个所述油腔配置一个所述电液比例调压阀。
[0030]由上述技术方案可知，本发明通过采用预见控制方法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】
[0031]为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。
[0032]图1为本发明一实施例提供的一种精密液体静压导轨的预见控制方法的流程示意图；
[0033]图2为本发明一实施例提供的一种精密液体静压导轨的预见控制装置的结构示意图；
[0034]图3为本发明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；
[0035]图4为本发明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】
[0036]下面结合附图，对发明的【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发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0037]图1示出了本发明一实施例提供的一种精密液体静压导轨的预见控制方法的流程示意图，包括以下步骤:
[0038]S1:通过CAM控制系统模拟溜板的加工载荷信息，根据所述加工载荷信息获得每个油腔的切削力。
[0039]在精密数控加工技术背景下，依据被加工件的始末参数和数字控制(NumericalControl,简称NC)程序预先规划刀路轨径的CAM控制系统已经问世，刀具进给路径与瞬时