淺析電液比例數控折彎機滑塊偏斜原因及對策研究

孫永忠，王志明

（1.甘肅機電職業技術學院，甘肅 天水 741001；2.天水鍛壓機床(集團)有限公司，甘肅 天水 741001）

目前，國內外鈑金成型加工行業中，電液比例數控折彎機因其機械結構簡單、系統運行穩定、制件精度高、使用范圍廣等諸多優點而被廣泛使用。在實際生產中，隨著使用頻率不斷增高的同時，也出現了一些典型的故障。例如，滑塊快下時偏斜、抖動，工進不能快速到達目標值、壓力不足等。當出現此類故障時，不但不能保證制件精度的要求，反而大幅度降低了設備的生產效率，甚至給用戶造成較大的經濟損失和聲譽影響。本文以荷蘭DELEM 公司的數控折彎機為例，從電液比例數控系統的組成、工作原理及系統參數上對一些常見故障進行分析，并提出相應的處理措施。

1 電液比例數控折彎機的介紹

電液比例數控液壓折彎機是指雙缸上動式的數控液壓折彎機，它通過電液比例控制閥及相關開關量電磁閥的動作來驅動左右油缸工作，從而帶動滑塊的上升與下降?；瑝K的同步采用全閉環電液比例控制技術，滑塊位置信號由兩側光柵尺反饋給數控系統，再由數控系統控制比例控制閥的開口大小，自動調節油缸進油量的多少，從而控制滑塊(Y1、Y2)軸的同步運行，始終保持對工作臺的平行狀態。

1.1 電液比例控制系統簡介及特點

電液比例控制是指用輸入的電信號來調制液壓參數，使之連續成比例的變化?？捎糜陂_環或閉環系統中，以實現各種運動進行快速、穩定和精確的控制，具有控制原理簡單、控制精度高、抗污染能力強、價格適中等特點，受到行業內人們的普遍重視。它是在普通液壓閥基礎上，用比例電磁鐵取代閥的調節機構或普通電磁鐵，采用比例放大器控制比例電磁鐵，實現對比例閥連續控制，從而實現對液壓系統壓力、流量及方向的無級調節。

1.2 控制系統簡介

本文所述控制系統采用荷蘭DELEM 公司的DA-58T 折彎機專用數控系統，該系統是一種集成化結構，柔性組合的多軸控制系統。DA-58T 數控系統包含2 路模擬量（-10 ～+10V）輸出到比例方向閥，調整比例閥開口大?。? 路模擬量（0 ～10V）輸出到比例壓力閥，用來控制系統主壓力；2路差動變壓器（LDVT）輸入，檢測比例閥閥芯位移量，實現了閥芯位移的閉環控制；2 路編碼器接口采集滑塊實際位移量，實現滑塊位置、速度的全閉環控制。控制系統結構示意如圖1 所示。

圖1 控制系統結構示意圖

2 電液比例數控折彎機滑塊快下偏斜的原因分析

由電液比例控制系統及數控控制原理分析可知，在折彎機滑塊快下過程中，光柵尺將檢測到的滑塊位置實際值反饋至數控系統，系統對光柵尺的反饋位置進行比較后，根據比較結果實時調節數控系統輸出給比例方向閥的模擬量信號大小，控制比例方向閥的開口，達到調節滑塊驅動油缸運行速度的目的，實現了滑塊相對工作臺的平行快下。在實際使用過程中，由于控制系統、液壓系統、機床安裝精度等諸多因素的影響，經常會出現滑塊快下時驅動油缸一個快、一個慢，導致滑塊相對工作臺偏斜運行的現象。就滑塊偏斜的原因的總結了以下幾點。

2.1 數控系統快下參數設置不當

滑塊快下過程中，油缸下腔閥打開，比例閥的開口控制下腔回油速度，進而實現了滑塊快下速度的調節。在DA-58T數控系統內部可設定滑塊的快下速度，當快下速度設置過大時，兩個驅動油缸的比例閥開口開至最大，滑塊兩側的油缸同時以最大速度快下，此時，數控系統輸出給比例閥的命令已至最大，無法根據光柵尺檢測的實際位置實時調節比例閥開口大小，無法實現電液比例控制的目的，所以可能會出現滑塊偏斜的現象。

2.2 光柵尺計數有誤

在實際生產中，受現場環境因素的影響，對于高精密的滑塊位置檢測傳感器光柵尺而言是一個嚴峻的考驗。環境中的灰塵、空氣濕度、控制系統的電磁兼容性等等都會對光柵尺計數帶來一定的影響。在滑塊快下過程中，當光柵尺計數有誤時，就會將錯誤的滑塊位置反饋至數控系統中，系統也會輸出錯誤的比例閥調節命令，不能完全保證滑塊下行速度快慢與比例閥的開口大小相對應，導致控制系統命令紊亂而產生滑塊快下偏斜的現象。

2.3 電磁閥出現卡阻

電液比例數控折彎機在滑塊快下過程中，油缸下腔球閥和充液閥完全打開，油缸上腔通過充液閥靠滑塊重力吸入油液，油缸下腔通過下腔球閥使油缸內油液流回油箱。在這個過程中，如果因油液過臟、機械損壞、電氣線路不可靠等因素引起下腔球閥或充液閥控制電磁閥不動作或動作不完全動作，就會造成滑塊兩側油缸吸油或回油速度不同，從而引起滑塊兩側的下行速度不同，最終導致滑塊快速下行偏斜的現象。另外，比例方向閥也會因油液或其他原因出現命令與閥芯實際移動位置不符的情況，也會引起滑塊快下偏斜的現象。

2.4 機械摩擦阻力大小不同

電液比例數控折彎機的安裝過程中，滑塊兩側導軌板之間的貼合程度因安裝人員無法完全保證相同，油缸缸口加工時的公差配合導致缸口松緊程度會有所不同，機械安裝精度等都會引起滑塊兩側快下時的摩擦阻力大小不一。而滑塊快下過程是依賴滑塊的重力作用，對于大噸位數控折彎機而言，摩擦阻力與滑塊重力相差太大，可以忽略不計，但是小噸位的電液比例數控折彎機由于滑塊重力較輕，這時摩擦阻力對滑塊快下時平行度的影響就比較明顯了，這也是引起滑塊快下時偏斜的一個重要原因。

3 電液比例數控折彎機滑塊快下偏斜防治措施

3.1 正確設置數控系統控制參數

參數“快下速度”的設置：根據設計的快下速度先設給數控系統，運行DA58T 系統滑塊采樣曲線分析看閥的開口是否超過最大值，如果超了說明設置的快下速度過大，此時滑塊運行其實是失控狀態，這不允許的，必須減小設定值直到檢測閥的開口在允許范圍之內并留有一定余量。參數“制動前饋值”的設置：正確設定參數“快下前延時”：該值為從快下命令有效到背壓閥打開的時間，設的太小時滑塊會向下掉一下；參數“比例（P）增益”的調整，該值盡可能地最大，但不能出現抖動，通過曲線分析閥的偏差來檢查，抖動時曲線波浪狀，設定合理曲線很平滑；參數“速度前饋制動值”，該參數作用是讓Y 軸快速平滑的到達速度轉換點，值越大越快到達速度轉換點，值越小越慢；參數“速度前饋增益”，該值的調整為了使滑塊更精確的跟隨理運動軌跡運行，但不推薦過分精確；滑塊運動前數控系統會根據預先設定的速度、加速度、減速度和最終位置計算出運動曲線軌跡，滑塊必須跟隨著運行，該曲線與光柵尺位置曲線顯示在同一區域，兩者的差值就是參數跟隨誤差，該值設的太小是滑塊就不下行了，采樣幾次分析曲線取最大的為實際跟隨誤差，而參數設成兩倍的實際跟隨誤差值，經驗值一般為2 ～5mm。參數“平行度增益”，快下Y1 和Y2 的平行度通過此參數調整，值越大滑塊移動時Y1 和Y2 間的差值越小，通常情況下差值在0.1 ～0.4mm 比較合適，但是，注意此參數設的太大可能導致滑塊在移動過程中擺動，影響總體速度。

3.2 正確使用數控系統自帶診斷功能

（1）開關量信號自診斷功能。利用數控系統診斷功能檢查輸入輸出信號是否正確。數字代表針腳號，外部信號輸入正確時對應針腳號會變亮。光標移動到輸出腳號上觸摸變亮時所對應的繼電器會動作，再觸摸輸出信號會中斷。檢查光柵尺的計數方向是否正確，系統設置Y 軸向下是增計數，向下是減計數，如果錯誤進參數改計數方向。

（2）比例閥診斷功能。在診斷頁面把光標分別移動到左閥和右閥偏置上，設定正向偏置0 ～100%和反向偏置-100%～0 命令值，用萬用表測量數控系統輸出命令分別對應0 ～10V 和-10 ～0V，這說明數控系統輸出到電液比例換向閥的控制命令是正常的。在設定比例方向閥正反向偏置的同時，通過萬用表測量閥芯反饋電壓，當偏置為0%時，閥芯反饋電壓為7.5V 左右；當偏置為+100%時，閥芯反饋電壓為11V 左右；當偏置為-100%時，閥芯反饋電壓為3.5V 左右。比例閥命令偏置從大到小或從小到大變化的同時，閥芯反饋電壓也應有相應的變化，變化過程基本呈線性趨勢；否則，比例閥或連接線路存在故障，需更換比例閥或排查線路。

（3）動態曲線分析功能。在DA-58T 折彎機專用數控系統中，具有滑塊運行曲線分析功能，可通過滑塊曲線分析來觀察滑塊在不同位置時Y1、Y2 軸的實際位置、速度，比例閥的命令及反饋等重要數據，以幫助我們判斷滑塊下行偏斜的原因，有助于更快、更準確的判斷出問題的關鍵所在。

3.3 增強設備的防護能力

光柵尺作為整個控制系統的檢測元件，其可靠性、穩定性直接關系到外部被控對象的精度，所以保證光柵尺安裝位置合理、運行穩定可靠至關重要。其次，為保證光柵尺計數準確，應保其證連接電纜穩固、牢靠，并做好相應的抗干擾措施。電液比例方向閥在整個控制系統中作為控制元件，屬高精密元件，在安裝使用及維護中應小心謹慎，不得隨意拆裝，更不能暴力操作，否則會直接影響比例閥的控制精確度，甚至損壞，造成滑塊下行不穩定等一系列問題。在實際生產中，電磁信號干擾是引起檢測元件計數不準確、隨意跳動及比例閥誤動作的常見現象，提高系統兼容性時解決該問題最直接有效的辦法。所以，光柵尺、比例閥、數控系統控制連線必須采用雙絞屏蔽電纜，并與其他動力電纜分開布置、屏蔽層可靠接地，以提高整個系統的電磁兼容性，保證系統安全、穩定、可靠運行。

3.4 提高設備安裝精度

設備安裝嚴格按安裝工藝要求進行，安裝時必須調平、找正，導軌間隙要求0.15mm 不入，必須用塞尺檢測。液壓管路必須清潔，密封圈安裝要規范不能壓偏以防滲漏，機床必須要加32 號抗磨液壓油，保證正常使用。電氣布線時注意信號線和電力線分開，以防發生干擾影響機床運行和制件精度。

3.5 定期維護保養

（1）電機是否有異常聲音及振動；（2）數控系統及電器件發熱無異常，無焦氣味；（3）油液的清潔度是數控折彎機能可靠運行的重要保證，這就要求定期檢查如果太臟或變質必須更換；（4）檢查輸入信號，輸出信號是否正常；（5）數控系統輸出的命令電壓是否在允許范圍之內；（6）檢查數控系統的插頭及接線是否松動，檢查數控系統冷卻風扇運轉是否正常；（7）數控系統發生報警時，根據報警代碼對照說明書提供的原因和措施盡快處理或咨詢技術支持解決，別帶病運行以免造成更大的故障甚至損壞系統。

4 結語

電液比例數控折彎機在當今社會工業生產中運用已非常廣泛，詳細了解并掌握電液比例數控折彎機的系統構成及特點，能夠獨立解決實際使用中所碰到的常見故障并做好有效的防治措施，對我們以后的工作和發展都有著十分重要的意義。本文先對電液比例數控折彎機的控制系統理論做出了詳細的介紹，針對滑塊下行時偏斜的故障從理論上進行了詳細的分析，結合生產現場實際安裝調試中遇到的一些問題，總結出了引起電液比例數控折彎機滑塊下行偏斜的故障成因，并提出了行之有效的處理辦法和防治措施。