張鳳雷 等

摘 要：文章介紹了目前液壓壓力監(jiān)控的技術(shù)特點(diǎn)及不足，分析了最新體積流量監(jiān)控，技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：液壓；壓力監(jiān)控；流量監(jiān)控

0 引言

液壓油是加工設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)不可缺少的流體，主要應(yīng)用于夾具動(dòng)作、主軸刀具夾緊裝置的松開等。為保證機(jī)床運(yùn)行穩(wěn)定可靠，對機(jī)床液壓運(yùn)行情況的監(jiān)控必不可少。目前常用的液壓監(jiān)控技術(shù)的不足，這就對流體監(jiān)控技術(shù)提出了新的、更高的要求。下面分別就這些流體在機(jī)床上的傳統(tǒng)和最新的監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行分析。

1 傳統(tǒng)壓力監(jiān)控

1.1 液壓監(jiān)控原理分析

液壓傳動(dòng)是設(shè)備夾具動(dòng)作、主軸夾緊裝置松開動(dòng)作所必需的。通常較完善的是機(jī)床對液壓系統(tǒng)液壓缸位置的監(jiān)控（即夾緊松開狀態(tài)），例如夾具夾爪液壓油缸動(dòng)作的監(jiān)控，采用的是電子壓力傳感器（部分加工要求低的機(jī)床無此監(jiān)控功能），如IFM壓力傳感器在機(jī)床上應(yīng)用較為廣泛（如圖1）。此種監(jiān)控方式在夾具油缸動(dòng)作時(shí)，若液壓缸夾緊時(shí)左側(cè)傳感器1監(jiān)控的夾緊液壓壓力達(dá)到某設(shè)定值（4MPa）時(shí)控制單元即認(rèn)為液壓缸已夾緊到位，若液壓缸松開時(shí)右側(cè)傳感器2監(jiān)控的松開液壓壓力達(dá)到某設(shè)定值（1.8MPa）時(shí)控制單元?jiǎng)t認(rèn)為液壓缸已松開到位。

此方式存在的不足是液壓缸未夾緊到位但傳感器1壓力值已達(dá)到，則認(rèn)為液壓缸已經(jīng)正常夾緊。在大批量生產(chǎn)時(shí)毛坯件鑄造誤差造成的夾爪與工件的干涉（圖2夾爪與工件干涉造成機(jī)床故障，工件報(bào)廢）；夾具夾爪與液壓缸活塞桿脫開；液壓缸本身卡滯故障等失效形式是不可避免的，上述失效形式對加工設(shè)備往往造成災(zāi)難性的故障。

1.2 壓力監(jiān)控+液壓缸行程監(jiān)控分析

為避免上述災(zāi)難性故障的發(fā)生，部分有經(jīng)驗(yàn)的生產(chǎn)廠商會在此液壓傳感器監(jiān)控的基礎(chǔ)上，在液壓缸活塞桿處裝配一具有鎖閉氣壓管路的連桿，進(jìn)行壓力和液壓缸行程雙重監(jiān)控（圖3）。此方式可實(shí)現(xiàn)夾緊、松開兩種狀態(tài)的監(jiān)控和報(bào)警，但該方式對機(jī)床的回轉(zhuǎn)油路分配器油路數(shù)量提出了更高的要求，只有非常簡單的機(jī)床才能采用此技術(shù)。

2 新型的監(jiān)控技術(shù)分析

2.1 壓力+液壓體積流量監(jiān)控技術(shù)原理

為避免上述兩種液壓監(jiān)控方式均存在的不足，目前高端加工設(shè)備針對液壓系統(tǒng)采用最新的“壓力+液壓體積流量監(jiān)控”，既在壓力監(jiān)控基礎(chǔ)上增加液壓油流量監(jiān)控。此種監(jiān)控方式在夾具油缸動(dòng)作時(shí)，若液壓缸夾緊時(shí)左側(cè)傳感器1監(jiān)控的夾緊液壓壓力達(dá)到某設(shè)定值（4MPa）且通過流量監(jiān)控器的液壓油在某范圍，時(shí)時(shí)控制單元才認(rèn)為液壓缸已夾緊。

2.2 液壓體積流量監(jiān)控主要特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)

上圖4為流量監(jiān)控器圖，其原理類似于齒輪式液壓泵。液壓油流動(dòng)驅(qū)動(dòng)流量監(jiān)控齒輪（3）轉(zhuǎn)動(dòng)（圖5），齒輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距，計(jì)數(shù)傳感器則發(fā)送一個(gè)脈沖，一個(gè)脈沖既代表一個(gè)定體積流量的液壓油。齒輪必須在工作室內(nèi)無任何干涉和摩擦，且必須使用低摩擦系數(shù)的齒輪軸承，否則會產(chǎn)生較大的阻尼，需要有相當(dāng)?shù)哪蜎_擊能力。

在設(shè)備工作時(shí)當(dāng)完成液壓缸一個(gè)夾緊（或松開）動(dòng)作后，理論上流進(jìn)（或流出）液壓缸的液壓油體積與流過此流量監(jiān)控器的流量是相當(dāng)?shù)?。所以利用此流量監(jiān)控器便可實(shí)現(xiàn)對夾具液壓油缸流進(jìn)（或流出）液壓油體積的準(zhǔn)確位監(jiān)控，進(jìn)而通過計(jì)算轉(zhuǎn)化可實(shí)現(xiàn)對液壓缸活塞位置的準(zhǔn)確監(jiān)控。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)此流量監(jiān)控器除去可實(shí)現(xiàn)對液壓缸活塞位置的準(zhǔn)確監(jiān)控外還可以實(shí)現(xiàn)較多有益的預(yù)警、報(bào)警功能。此監(jiān)控器能發(fā)現(xiàn)毛坯鑄造偏差（圖6），當(dāng)工件毛坯鑄造誤差較大時(shí)，夾具夾爪液壓缸活塞走的行程較小，進(jìn)入液壓缸的流量小于設(shè)置值下限，機(jī)床可以進(jìn)行報(bào)警。能發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)微量泄露現(xiàn)象，并可以準(zhǔn)確提示出泄露量的大小。當(dāng)夾具夾爪出現(xiàn)疲勞斷裂或其他原因斷裂時(shí)，夾爪液壓缸活塞行程超出正常行程時(shí)該系統(tǒng)可及時(shí)報(bào)警（圖7）。

與第一種監(jiān)控技術(shù)相比，此方式可以實(shí)現(xiàn)對液壓缸活塞位置的準(zhǔn)確實(shí)時(shí)監(jiān)控，對設(shè)備系統(tǒng)無復(fù)雜的硬件需求，且能實(shí)現(xiàn)較多有益預(yù)警和報(bào)警功能。

3 結(jié)論

采用“壓力+液壓體積流量監(jiān)控技術(shù)”可以對加工設(shè)備的液壓系統(tǒng)工作情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，且能實(shí)現(xiàn)管路堵塞，夾爪斷裂等失效形式的預(yù)警、報(bào)警，這滿足了現(xiàn)代加工過程對異常監(jiān)控、預(yù)警功能的需求。隨著以后制造技術(shù)的發(fā)展以及該技術(shù)的不斷完善，此技術(shù)的優(yōu)勢會更加明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]Volume counter VC Construction and principle of operation，KRACHT，2013.

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