數(shù)控沖床是集機、電、液于一體的前沿產(chǎn)品，廣泛用于各類金屬薄板零件加工，是一次性自動完成多種復(fù)雜孔型和淺拉深成型的板材加工關(guān)鍵設(shè)備。有一種基于2D高頻數(shù)字閥的液壓控制系統(tǒng)方案可用于切削頻率為1000次/min的高端數(shù)控沖床。
(1)工況：
該高速數(shù)控沖床液壓裝置直接裝在沖頭上，控制沖頭完成沖孔、壓印、彎曲、成型等工藝。要求該液壓裝置可以控制滑塊的上、下運動速度和停滯位移連續(xù)可控，實現(xiàn)空程快速下行、慢速沖壓、快速回程;可以控制沖壓力的大小，并在整個行程中提供的工作壓力;沖壓頻率高，也即是要求可以設(shè)定沖裁加工工藝的速度、位置以及沖壓力的大小等參數(shù)。沖壓頻率與沖壓行程、沖壓板厚等參數(shù)有關(guān)，直接影響數(shù)控沖床的生產(chǎn)效率，針對沖壓頻率為1000次/min的液壓系統(tǒng)進行設(shè)計。該液壓系統(tǒng)其他參數(shù)為活塞行程40mm，沖壓力330kN.工作行程5mm，沖裁板厚1mm。
(2)核心控制元件
高速數(shù)控沖床液壓系統(tǒng)具有壓力高、流量大、頻率高的特點，其設(shè)計的關(guān)鍵是液壓核心控制元件和控制策略。數(shù)控沖床的伺服驅(qū)動技術(shù)發(fā)展趨勢是全數(shù)字化，全數(shù)字化不僅包括伺服驅(qū)動內(nèi)部控制的數(shù)字化、伺服驅(qū)動到數(shù)控系統(tǒng)接口的數(shù)字化，而且還應(yīng)該包括測量單元數(shù)字化。電液數(shù)字控制的實現(xiàn)方法一般有兩種:采用伺服閥或比例閥的傳統(tǒng)的間接數(shù)字控制模式和采用2D高頻數(shù)字閥的新型的直接數(shù)字控制模式。前者需D/A轉(zhuǎn)換接口，具有系統(tǒng)復(fù)雜、價錢昂貴、維護麻煩、溫漂、零漂、滯環(huán)等缺點;后者無須D/A轉(zhuǎn)換接口，具有重復(fù)精度高、無滯環(huán)、抗污染能力強等優(yōu)點。2D高頻數(shù)字閥的結(jié)構(gòu)簡單，換向可靠，抗污染能力強，具有重復(fù)精度高、無滯環(huán)的優(yōu)點，利于得到高的頻率，可實現(xiàn)直接數(shù)字化控制，工作壓力為40MPa，公稱流量為400L/min，響應(yīng)時間3ms，頻寬200Hz，是高速數(shù)控沖床液壓系統(tǒng)控制元件的比較好選擇，故該液壓系統(tǒng)采用2D高頻數(shù)字閥作為核心控制元件。
(3)系統(tǒng)方案
考慮到該沖床在工作進給時負載較大，速度較低，而在快進、快退時負載較小，速度較高，從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用高、低壓雙泵供油。此外為了更大幅度地調(diào)節(jié)快進、快退時的速度，實現(xiàn)快速沖壓，同時也為了減小油缸活塞的直徑，該液壓系統(tǒng)采用液動閥控制的差動連接。另外在進油路中采用蓄能器儲存能量，補償油缸快速下行時的流量。考慮到換向、機械沖擊在管路內(nèi)會產(chǎn)生壓力尖峰，產(chǎn)生噪聲，在回油路中采用蓄能器吸收這些沖擊，實現(xiàn)換向以及運行平穩(wěn)并降低噪聲。根據(jù)以上分析確定的液壓原理如圖所示。
高速數(shù)控沖床液壓系統(tǒng)控制原理圖
1- 高壓泵;2-低壓泵;3-順序閥;4.6-單向閥;5-溢流閥;7.11-蓄能器;8-液動閥;9-2D高頻數(shù)字閥;10-油缸;12-電磁閥;13-過濾器;14-油箱
(4)結(jié)論
液壓控制系統(tǒng)采用2D高頻伺服閥作為核心控制元件。 響應(yīng)頻率高達1000次/min，直接通過改變2D高頻數(shù)字閥的閥芯轉(zhuǎn)速，也即改變閥芯旋轉(zhuǎn)速度驅(qū)動步進電動機1來改變整個液壓系統(tǒng)的頻率，使得該液壓系統(tǒng)更具柔性。該 2D 高頻伺服閥直接由步進電動機驅(qū)動，無須D/A轉(zhuǎn)換，直接將輸入信號轉(zhuǎn)換為與步數(shù)成比例的閥輸出信號，實現(xiàn)了完全數(shù)字控制，控制重復(fù)精度高、無滯環(huán)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。此外，該液壓控制系統(tǒng)能設(shè)定沖頭的上死點、下死點、工作行程以及油缸輸出載荷大小。
