[发明专利]基于油温补偿的液体静压导轨油膜厚度控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机床液体静压导轨领域，特别涉及一种建立油温补偿的液体静压导轨油膜厚度响应负载机理的方法，具体涉及一种基于油温补偿的液体静压导轨油膜厚度控制系统及方法。

背景技术

由于具有工作寿命长、摩擦系数低、速度变化和载荷变化对油膜刚度影响小、工作稳定等诸多优点，液体静压导轨被广泛应用于精密加工机床、雷达天线等民用与军用设备中。随着对数控机床的加工精度和效率要求的不断提高，为了提高工作台承载能力和性能，减少工作台和底座间磨损，延长工作台使用寿命，液体静压导轨在各种数控机床中(特别是重载高精度数控机床)也得到了广泛的应用。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,它们主要与导轨的油膜厚度有关。在恒定流量供油系统中,由于静压导轨运动摩擦产生热量使油膜温度上升，粘性降低,导轨间的压力降低，导轨油膜厚度将随之减小,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。液体静压导轨油膜厚度控制主要通过调整电机的转速和油路中阀口大小来改变导轨间的油量来实现的。中国专利申请号为201410196676.2的一种机床开式液体静压导轨油膜厚度控制装置及系统和专利申请号为201010570464.8的变频控制导轨油膜厚度的装置及方法中，提出了主控系统使用变频器加异步电机构成的闭环控制导轨油膜厚度，但是存在着控制精度不高和没有考虑油温变化的不足。导轨在工作过程中快速移动，由于摩擦，油膜温度会随之升高，油膜粘性下降，导轨间油膜压力减小，油膜厚度将减小，导轨之间的液阻增大，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。因此考虑导轨工作过程中油温变化是很有必要的。在中国专利申请号为201410196676.2的一种机床开式液体静压导轨油膜厚度控制装置及系统的回油路中采用的是节流阀控制回油速度和保护油路，控制精度不高。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明提出一种基于油温补偿的液体静压导轨油膜厚度控制系统及方法，通过采用伺服电机伺服、油温补偿和比例溢流阀有效的提高了控制精度。

本发明的技术方案为：一种基于油温补偿的液体静压导轨油膜厚度控制系统，该装置包括控制单元、节流阀、导轨、用于检测油膜厚度的位移传感器、为导轨供油的变量泵、驱动变量泵的交流伺服电机、用于控制回油速度的比例溢流阀，用于转换信号的信号转换器；所述导轨上设有进油口，所述控制单元、转换器、交流伺服电机、变量泵、节流阀和进油口依次连接，所述变量泵分别连接溢流阀和过滤器，所述过滤器下方设置油箱，油箱与导轨22间设置由控制单元控制的比例溢流阀。所述控制模型为其中，q为导轨流量；k_p为压力系数；β_e为有效体积弹性模量；A为导轨与油液接触面积；v₁为油液流速；F_g为重力及切削力；m为导轨质量；c为油液阻尼系数；k_q为流量系数。该系统还包括用于检测交流伺服电机转速的速度传感器、固定在导轨上的压力传感器和温度传感器。该系统包括油膜厚度控制回路、发动机转速控制回路；所述油膜厚度控制回路包括油膜厚度减法器、计算器、D/A变换器、速度控制减法器、功率放大器、交流伺服电机、变量泵、导轨、位移传感器和A/D变换器依次连接组成的闭环控制回路。所述发动机转速控制单元用于控制发动机转速，包括速度控制减法器、功率放大器、交流伺服电机和速度传感器组成的闭环回路。