数控液压伺服系统设计与应用

　　国内在液压精密控制领域,采用传统的电液伺服控制系统,但是其结构复杂、传动环节多、不能由电脉冲信号直接控制。对于近现代液压伺服控制需考虑: (1)环境和任务复杂,普遍存在较大程度的参数变化和外负载干扰; (2)非线性的影响,特别是阀控动力机构流量非线性的影响; (3)有高的频宽要求及静动态精度的要求,须优化系统的性能; (4)微机控制与数字化及离散化带来的问题; (5)如何通过“软件伺服”达到简化系统及部件的结构[1]。

　　发达国家已应用数字控制,即数控液压伺服系统来取代电液伺服控制系统。作者经几年的努力,设计并研制成功自己的数控液压伺服系统,超越传统的电液伺服控制系统,大大提高控制精度。现对该系统作简要介绍。

　　1　数控液压伺服系统的组成

　　系统由数控装置、数控伺服阀、数控液压缸或液马达、液压泵站4大部分组成。系统框图如图1所示。

　　数控装置包括控制器,驱动器和步进电机。之所以采用步进电机,是由于计算机技术的飞速发展,使步进电机的性能在快速性和可靠性方面能够满足数控液压系统的要求,而其价格低廉,又由于数控液压系统结构的改进,所需电机功率较小,不需采用宽调速伺服电机等大功率伺服电机系统,大大降低成本。

　　液压缸、液马达和液压泵站是液压行业的老产品,只要按数控液压伺服系统的要求选取精度较高的即可应用。

　　伺服控制元件是液压伺服系统中最重要、最基本的组成部分,它起着信号转换、功率放大及反馈等控制作用[2],所以整个数控液压伺服系统的关键部件就是数控伺服阀,它将电脉冲控制的步进电机的角位移精确地转换为液压缸的直线位移(或液马达的角位移),即只要有了合格的数控伺服阀,就能获得不同的数控液压伺服系统。

　　2　数控液压伺服阀的结构和工作原理

　　数控液压伺服阀的结构如图2,数控液压缸的结构如图3。

　　2·1　数控液压伺服阀和液压缸匹配工作原理

　　如图2和图3,步进电机1通过法兰2用螺钉3与阀体4联接,电机轴通过联轴节5与芯轴8联接,阀杆9被定位套7固定在芯轴8上,阀杆可随芯轴在阀套10中轴向移动,阀套被限动盖6固定在阀体4中,压力油口P、回油口O分别与阀体上相应的油道相通,阀体4的左端有两只球轴承13被挡垫11和隔垫12定位,用螺盖15固定在阀体中,反馈螺母16被两只球轴承固定;芯轴8的左端加工有外螺纹,拧入反馈螺母的内螺纹中。当有电脉冲输入,步进电机产生角位移,带动芯轴转动,由于反馈螺母被两只球轴承固定,不能产生轴向位称,螺母与活塞杆中的反馈螺杆刚性连接,在活塞杆静止的条件下也不能转动,迫使芯轴产生直线位移,带动阀杆产生轴向位移,打阀的进回油通道,压力油经阀套开口处进入液压缸,油压推动活塞作直线位移,由于活塞杆固定在机床导轨上不能转动,迫使活塞杆中的反馈螺杆作旋转运动,带动伺服阀的反馈螺母旋转,旋转方向与芯轴方向相同,使芯轴返回原位,当芯轴退回到O位时,阀杆关闭了进回油口,油缸停止运动,活塞杆运动的方向、速度和距离由计算机程序控制。数控伺服液压缸完成了一次脉冲动作。