一文詳解cnc電液伺服系統(tǒng)組成及控制原理

為了提高液壓系統(tǒng)控制精度，將傳統(tǒng)的電液伺服控制方式改為數(shù)控液壓伺服控制方式。充分利用先進的計算機技術(shù)，采用PLC控制步進電機，不僅能夠滿足數(shù)控液壓系統(tǒng)的快速性和可靠性要求，而且大大降低了成本。本文首先介紹了數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)的組成，其次介紹了數(shù)控液壓伺服閥的結(jié)構(gòu)和工作原理，最后介紹了液壓泵站，具體的跟隨小編一起來了解一下。

一、數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)由數(shù)控裝置、數(shù)控伺服閥、數(shù)控液壓缸或液馬達、液壓泵站4大部分組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

（1）數(shù)控裝置：包括控制器、驅(qū)動器和步進電機。之所以要采用步進電機，是由于計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，使步進電機的性能在快速性和可靠性方面能夠滿足數(shù)控液壓系統(tǒng)的要求，而其價格低廉，又由于數(shù)控液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改進，所需步進電機功率較小，不需采用寬調(diào)速伺服電機等大功率伺服電機系統(tǒng)，就能大大降低成本。

（2）液壓缸、液馬達和液壓泵站是液壓行業(yè)的老產(chǎn)品，只要按數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)的要求選取精度較高的即可應(yīng)用。

（3）伺服控制元件是液壓伺服系統(tǒng)中最重要、最基本的組成部分，它起著信號轉(zhuǎn)換、功率放大及反饋等控制作用。所以整個數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵部件就是數(shù)控伺服閥，它必需將電脈沖控制的步進電機的角位移精確地轉(zhuǎn)換為液壓缸的直線位移（或液馬達的角位移）。也可以說，只要有了合格的數(shù)控伺服閥，就能獲得不同的數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)。

二、數(shù)控液壓伺服閥的結(jié)構(gòu)和工作原理

1、數(shù)控液壓伺服閥的結(jié)構(gòu)

數(shù)控液壓伺服閥的結(jié)構(gòu)如圖2所示，數(shù)控液壓缸的結(jié)構(gòu)如圖3所示

2、工作原理

1）數(shù)控液壓伺服閥和液壓缸匹配工作原理

如圖2和圖3所示，步進電機1通過法蘭2用螺釘3與閥體4聯(lián)接，電機軸通過聯(lián)軸節(jié)5與芯軸8聯(lián)接，閥桿9被定位套7固定在芯軸8上，閥桿可隨芯軸在閥套10中軸向移動，閥套被限動蓋6固定在閥體4中，壓力油口P、回油口0分別與閥體上相應(yīng)的油道相通，閥體4的左端有2只球軸承13被檔墊11和隔墊12定位，用螺蓋15固定在閥體中，反饋螺母16被兩只球軸承固定;芯軸8的左端加工有外螺紋，擰入反饋螺母的內(nèi)螺紋中。當(dāng)有電脈沖輸入，步進電機產(chǎn)生角位移，帶動芯軸角位移，由于反饋螺母被2只球軸承固定，不能軸向移動，螺母與活塞桿中的反饋螺桿剛性連接，在活塞桿靜止的條件下也不能轉(zhuǎn)動，迫使芯軸產(chǎn)生直線位移，帶動閥桿產(chǎn)生軸向位移，打開閥的進、回油通道，壓力油經(jīng)閥套開口處進入液壓缸，油壓推動活塞作直線位移，由于活塞桿固定在機床導(dǎo)軌上不能轉(zhuǎn)動，迫使活塞桿中的反饋螺桿作旋轉(zhuǎn)運動，帶動伺服閥的反饋螺母旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向與芯軸方向相同，使芯軸巡回原位，當(dāng)芯軸退回到0位時，閥桿關(guān)閉了進、回油口，油缸停止運動，活塞桿運動的方向、速度和距離由計算機程序控制。數(shù)控伺服液壓缸完成了一次脈沖動作。

2） 數(shù)控伺服閥和液馬達匹配工作原理

如圖4所示，液馬達的旋轉(zhuǎn)軸用鍵26與閥的反饋螺母16聯(lián)接，液馬達的進、回油接頭與閥的相應(yīng)接頭聯(lián)接，當(dāng)有電脈沖輸入時，步進電機按指令方向旋轉(zhuǎn)，由于反饋螺母16不能軸向移動，芯軸8放置產(chǎn)生軸向位移量，帶動閥桿9軸向移動，打開液馬達的進、回油通道，油壓使旋轉(zhuǎn)軸27旋轉(zhuǎn)帶動反饋螺母16同向旋轉(zhuǎn)，由于反饋螺母16不能軸向位移，使芯軸8產(chǎn)生軸向位移，當(dāng)移動量達到一定時，閥桿關(guān)閉進、回油通道，液馬達停止轉(zhuǎn)動，完成一次脈沖動作，其轉(zhuǎn)動的方向、速度和角位移由計算機程序控制。

三、液壓泵站

1、對泵站的技術(shù)要求

（1）根據(jù)系統(tǒng)需要，提供一定范圍的油壓。

（2） 根據(jù)機床加工情況，在油缸慢速運行時供應(yīng)油缸需要的較小流量，在油缸快速運行時，又能及時提供較大的流量。

（3）為保證油缸運行的穩(wěn)定性，油壓的脈動不大于0.1MPa。

（4）油液能保持熱平衡，溫升最大不大于55C。

（5）油液清潔，無雜質(zhì)水份，濾油器過濾精度不大于0. lum。

（6）各元件和聯(lián)接件在最大工作壓力下不滲漏油。

2、泵站的組成

泵站的組成如圖5所示。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)數(shù)控液壓伺服閥、數(shù)控液壓缸 （數(shù)控液馬達）的工作原理，需要有與其相匹配的數(shù)控系統(tǒng)，具體要求是：

（1）采用小功率步進電機系統(tǒng)，其驅(qū)動器功率較小，可降低成本。

（2） 空載起動頻率要達到2kIIz以上，連續(xù)運行頻率應(yīng)達到10~20kIIz， 保證系統(tǒng)運行需要。

（3） 數(shù)控系統(tǒng)功能應(yīng)達到國家機床數(shù)字控制系統(tǒng)通用技術(shù)條件》的要求。

（4）體積小，重量輕， 便于安裝。

（5）抗干擾性能強，能在車間環(huán)境下正常工作。

（6） 系統(tǒng)可靠性應(yīng)達到平均無故障工作時間3000h以上。

根據(jù)考查，北京斯達特公司的系統(tǒng)基本能滿足要求，特別是驅(qū)動器具有細分功能，便于調(diào)整脈沖當(dāng)量，且體積小、重量輕，便于安裝。

四、結(jié)論

本文介紹了數(shù)控伺服系統(tǒng)的組成，重點分析了數(shù)控伺服閥的結(jié)構(gòu)和工作原理，只要我們有了滿足要求的數(shù)控伺服閥，就能獲得不同的數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)。鑒于該系統(tǒng)的優(yōu)越性，我們有理由相信其市場應(yīng)用前景值得期待。