数控液压伺服阀与伺服缸(3)性能

1  刚度

从数控伺服液压缸的工作原理可看出,要将步进电机转动的角位移量精确地转变为活塞杆的直线位移,关键在于:

1)伺服阀的加工精度。从前节对油缸油压刚度的分析可知,加工伺服阀的精度越高,阀的开口越接近零开口,油缸的液压刚度最大,其重复定位精度越高,根据实际经验,各个尺寸的误差在0.001mm范围内,才能保证油缸重复定位精度为 ±0.002mm。

2)控制各传动件之间的总间隙包括联轴节和芯轴的间隙,芯轴和反馈螺母螺纹的背隙,定位套、 定位垫与阀杆端面的间隙 (这2处要在转动灵活的条件下,轴向间隙越小越好),油缸内反馈螺杆副螺纹的背隙。要提高定位精度,就必须将各传动之间的间隙减到最小,使总间隙在轴向不大于0.01mm,间隙增大,将增大反向死区,降低定位精度。

3)伺服阀反馈螺母副的螺距误差和积累误差。

4)活塞杆内反馈螺杆副的螺距误差和积累误差,直接影响到定位精度,误差越大,定位精度越低,解决的方法:一是选用高精度的加工机床,二是采用独特的加工工艺,也可采用滚珠螺杆副 (精密级),但成本较高。

2  快速性和稳定性

为提高生产率,要求各类机床和机械设备有较高的退刀速度,为满足这一要求 ,数控液压伺服油缸须具有较高的运行速度。根据公式 n=60f/zm,其中,f为输入脉冲频率,可见其快速性与数控系统能提供的步进电机运行频率有关;与液压泵站能提供的油液流量也有关,在设计时应根据实际需要计算确定。就油缸本身而言,根据公式(v1=8Q/πd2。为活塞速度,Q为液压泵的流量,D为缸筒直径)可知快速性取决于油缸的流量,就系统而言还取决于伺服阀的开启度。即

v=vlAe/r2

式中:v为活塞运行速度,vl为阀开口处流速,A为阀开口长度,e为阀开口宽,r为活塞半径。

以l00mm油缸计算,若油缸运行速度为5cm/s,伺服阀开口处油液流速将达到694cm/s,要提高油缸运行速度,只要增大阀的开口宽度,实际上阀的开口宽应设计在一定范围内,以适应快速性的要求。

v/e为油缸的速度放大系数,以Cv表示,即C v=v/e,在一定的速度下,要求e越小,Cv越大。但过大,会引起油缸运行时发生振抖、失步等不稳定因素,根据实验,Cv取200×1/s,油缸运行稳定。

数控液压伺服油缸的稳定性,主要要求能准确地将步进电机的角位移转变为具有较大推力的直线位移,工作平稳,不产生失步、爬行和振抖等现象。

影响油缸稳定性的因素有:

1)刚度。包括油缸本身的刚度、油缸与机床联接件的刚度,油缸的刚度又有输出件的刚度 (缸体、活塞杆)和输入件的刚度 (量测反馈元件的刚度),要保证足够的刚度,就要合理选择所用材料、尺寸和结构。

2)摩擦阻力。主要是机床拖板的摩擦阻力尽量减少摩擦阻力是保证油缸工作稳定的重要方面为此必须保持床身导轨的直线度和平面度,并保证拖板与导轨接触良好,在导轨上贴塑料膜是减少摩擦阻力的有效方法。油缸内部传动件的摩擦阻力也要尽可能减小,因为步进电机的扭矩较小,阻力增加将产生失步甚至丢步,解决的方法是提高各配合件的精度和光洁度。

3)采用伺服阀适当的开口量和伺服液压缸适当的速度放大数。


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