液壓體積流量監(jiān)控的技術探討

張鳳雷 等

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

關鍵詞：液壓；壓力監(jiān)控；流量監(jiān)控

0 引言

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

1 傳統壓力監(jiān)控

1.1 液壓監(jiān)控原理分析

液壓傳動是設備夾具動作、主軸夾緊裝置松開動作所必需的。通常較完善的是機床對液壓系統液壓缸位置的監(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床無此監(jiān)控功能），如IFM壓力傳感器在機床上應用較為廣泛（如圖1）。此種監(jiān)控方式在夾具油缸動作時，若液壓缸夾緊時左側傳感器1監(jiān)控的夾緊液壓壓力達到某設定值（4MPa）時控制單元即認為液壓缸已夾緊到位，若液壓缸松開時右側傳感器2監(jiān)控的松開液壓壓力達到某設定值（1.8MPa）時控制單元則認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壓力值已達到，則認為液壓缸已經正常夾緊。在大批量生產時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床故障，工件報廢）；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備往往造成災難性的故障。

1.2 壓力監(jiān)控+液壓缸行程監(jiān)控分析

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

2 新型的監(jiān)控技術分析

2.1 壓力+液壓體積流量監(jiān)控技術原理

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

2.2 液壓體積流量監(jiān)控主要特點和關鍵技術

上圖4為流量監(jiān)控器圖，其原理類似于齒輪式液壓泵。液壓油流動驅動流量監(jiān)控齒輪（3）轉動（圖5），齒輪每轉動一個齒距，計數傳感器則發(fā)送一個脈沖，一個脈沖既代表一個定體積流量的液壓油。齒輪必須在工作室內無任何干涉和摩擦，且必須使用低摩擦系數的齒輪軸承，否則會產生較大的阻尼，需要有相當的耐沖擊能力。

在設備工作時當完成液壓缸一個夾緊（或松開）動作后，理論上流進（或流出）液壓缸的液壓油體積與流過此流量監(jiān)控器的流量是相當的。所以利用此流量監(jiān)控器便可實現對夾具液壓油缸流進（或流出）液壓油體積的準確位監(jiān)控，進而通過計算轉化可實現對液壓缸活塞位置的準確監(jiān)控。

在實際生產過程中發(fā)現此流量監(jiān)控器除去可實現對液壓缸活塞位置的準確監(jiān)控外還可以實現較多有益的預警、報警功能。此監(jiān)控器能發(fā)現毛坯鑄造偏差（圖6），當工件毛坯鑄造誤差較大時，夾具夾爪液壓缸活塞走的行程較小，進入液壓缸的流量小于設置值下限，機床可以進行報警。能發(fā)現液壓系統微量泄露現象，并可以準確提示出泄露量的大小。當夾具夾爪出現疲勞斷裂或其他原因斷裂時，夾爪液壓缸活塞行程超出正常行程時該系統可及時報警（圖7）。

與第一種監(jiān)控技術相比，此方式可以實現對液壓缸活塞位置的準確實時監(jiān)控，對設備系統無復雜的硬件需求，且能實現較多有益預警和報警功能。

3 結論

采用“壓力+液壓體積流量監(jiān)控技術”可以對加工設備的液壓系統工作情況實時監(jiān)控，且能實現管路堵塞，夾爪斷裂等失效形式的預警、報警，這滿足了現代加工過程對異常監(jiān)控、預警功能的需求。隨著以后制造技術的發(fā)展以及該技術的不斷完善，此技術的優(yōu)勢會更加明顯。

參考文獻：

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

[2]尹鵬程.數控機床液壓系統的可靠性驗證試驗方法[J].機床與液壓，2011年23期.