浅析电液比例数控折弯机滑块偏斜原因及对策研究

孙永忠，王志明

（1.甘肃机电职业技术学院，甘肃 天水 741001；2.天水锻压机床(集团)有限公司，甘肃 天水 741001）

目前，国内外钣金成型加工行业中，电液比例数控折弯机因其机械结构简单、系统运行稳定、制件精度高、使用范围广等诸多优点而被广泛使用。在实际生产中，随着使用频率不断增高的同时，也出现了一些典型的故障。例如，滑块快下时偏斜、抖动，工进不能快速到达目标值、压力不足等。当出现此类故障时，不但不能保证制件精度的要求，反而大幅度降低了设备的生产效率，甚至给用户造成较大的经济损失和声誉影响。本文以荷兰DELEM 公司的数控折弯机为例，从电液比例数控系统的组成、工作原理及系统参数上对一些常见故障进行分析，并提出相应的处理措施。

1 电液比例数控折弯机的介绍

电液比例数控液压折弯机是指双缸上动式的数控液压折弯机，它通过电液比例控制阀及相关开关量电磁阀的动作来驱动左右油缸工作，从而带动滑块的上升与下降。滑块的同步采用全闭环电液比例控制技术，滑块位置信号由两侧光栅尺反馈给数控系统，再由数控系统控制比例控制阀的开口大小，自动调节油缸进油量的多少，从而控制滑块(Y1、Y2)轴的同步运行，始终保持对工作台的平行状态。

1.1 电液比例控制系统简介及特点

电液比例控制是指用输入的电信号来调制液压参数，使之连续成比例的变化。可用于开环或闭环系统中，以实现各种运动进行快速、稳定和精确的控制，具有控制原理简单、控制精度高、抗污染能力强、价格适中等特点，受到行业内人们的普遍重视。它是在普通液压阀基础上，用比例电磁铁取代阀的调节机构或普通电磁铁，采用比例放大器控制比例电磁铁，实现对比例阀连续控制，从而实现对液压系统压力、流量及方向的无级调节。

1.2 控制系统简介

本文所述控制系统采用荷兰DELEM 公司的DA-58T 折弯机专用数控系统，该系统是一种集成化结构，柔性组合的多轴控制系统。DA-58T 数控系统包含2 路模拟量（-10 ～+10V）输出到比例方向阀，调整比例阀开口大小；1 路模拟量（0 ～10V）输出到比例压力阀，用来控制系统主压力；2路差动变压器（LDVT）输入，检测比例阀阀芯位移量，实现了阀芯位移的闭环控制；2 路编码器接口采集滑块实际位移量，实现滑块位置、速度的全闭环控制。控制系统结构示意如图1 所示。

图1 控制系统结构示意图

2 电液比例数控折弯机滑块快下偏斜的原因分析

由电液比例控制系统及数控控制原理分析可知，在折弯机滑块快下过程中，光栅尺将检测到的滑块位置实际值反馈至数控系统，系统对光栅尺的反馈位置进行比较后，根据比较结果实时调节数控系统输出给比例方向阀的模拟量信号大小，控制比例方向阀的开口，达到调节滑块驱动油缸运行速度的目的，实现了滑块相对工作台的平行快下。在实际使用过程中，由于控制系统、液压系统、机床安装精度等诸多因素的影响，经常会出现滑块快下时驱动油缸一个快、一个慢，导致滑块相对工作台偏斜运行的现象。就滑块偏斜的原因的总结了以下几点。

2.1 数控系统快下参数设置不当

滑块快下过程中，油缸下腔阀打开，比例阀的开口控制下腔回油速度，进而实现了滑块快下速度的调节。在DA-58T数控系统内部可设定滑块的快下速度，当快下速度设置过大时，两个驱动油缸的比例阀开口开至最大，滑块两侧的油缸同时以最大速度快下，此时，数控系统输出给比例阀的命令已至最大，无法根据光栅尺检测的实际位置实时调节比例阀开口大小，无法实现电液比例控制的目的，所以可能会出现滑块偏斜的现象。

2.2 光栅尺计数有误

在实际生产中，受现场环境因素的影响，对于高精密的滑块位置检测传感器光栅尺而言是一个严峻的考验。环境中的灰尘、空气湿度、控制系统的电磁兼容性等等都会对光栅尺计数带来一定的影响。在滑块快下过程中，当光栅尺计数有误时，就会将错误的滑块位置反馈至数控系统中，系统也会输出错误的比例阀调节命令，不能完全保证滑块下行速度快慢与比例阀的开口大小相对应，导致控制系统命令紊乱而产生滑块快下偏斜的现象。

2.3 电磁阀出现卡阻

电液比例数控折弯机在滑块快下过程中，油缸下腔球阀和充液阀完全打开，油缸上腔通过充液阀靠滑块重力吸入油液，油缸下腔通过下腔球阀使油缸内油液流回油箱。在这个过程中，如果因油液过脏、机械损坏、电气线路不可靠等因素引起下腔球阀或充液阀控制电磁阀不动作或动作不完全动作，就会造成滑块两侧油缸吸油或回油速度不同，从而引起滑块两侧的下行速度不同，最终导致滑块快速下行偏斜的现象。另外，比例方向阀也会因油液或其他原因出现命令与阀芯实际移动位置不符的情况，也会引起滑块快下偏斜的现象。

2.4 机械摩擦阻力大小不同

电液比例数控折弯机的安装过程中，滑块两侧导轨板之间的贴合程度因安装人员无法完全保证相同，油缸缸口加工时的公差配合导致缸口松紧程度会有所不同，机械安装精度等都会引起滑块两侧快下时的摩擦阻力大小不一。而滑块快下过程是依赖滑块的重力作用，对于大吨位数控折弯机而言，摩擦阻力与滑块重力相差太大，可以忽略不计，但是小吨位的电液比例数控折弯机由于滑块重力较轻，这时摩擦阻力对滑块快下时平行度的影响就比较明显了，这也是引起滑块快下时偏斜的一个重要原因。

3 电液比例数控折弯机滑块快下偏斜防治措施

3.1 正确设置数控系统控制参数

参数“快下速度”的设置：根据设计的快下速度先设给数控系统，运行DA58T 系统滑块采样曲线分析看阀的开口是否超过最大值，如果超了说明设置的快下速度过大，此时滑块运行其实是失控状态，这不允许的，必须减小设定值直到检测阀的开口在允许范围之内并留有一定余量。参数“制动前馈值”的设置：正确设定参数“快下前延时”：该值为从快下命令有效到背压阀打开的时间，设的太小时滑块会向下掉一下；参数“比例（P）增益”的调整，该值尽可能地最大，但不能出现抖动，通过曲线分析阀的偏差来检查，抖动时曲线波浪状，设定合理曲线很平滑；参数“速度前馈制动值”，该参数作用是让Y 轴快速平滑的到达速度转换点，值越大越快到达速度转换点，值越小越慢；参数“速度前馈增益”，该值的调整为了使滑块更精确的跟随理运动轨迹运行，但不推荐过分精确；滑块运动前数控系统会根据预先设定的速度、加速度、减速度和最终位置计算出运动曲线轨迹，滑块必须跟随着运行，该曲线与光栅尺位置曲线显示在同一区域，两者的差值就是参数跟随误差，该值设的太小是滑块就不下行了，采样几次分析曲线取最大的为实际跟随误差，而参数设成两倍的实际跟随误差值，经验值一般为2 ～5mm。参数“平行度增益”，快下Y1 和Y2 的平行度通过此参数调整，值越大滑块移动时Y1 和Y2 间的差值越小，通常情况下差值在0.1 ～0.4mm 比较合适，但是，注意此参数设的太大可能导致滑块在移动过程中摆动，影响总体速度。

3.2 正确使用数控系统自带诊断功能

（1）开关量信号自诊断功能。利用数控系统诊断功能检查输入输出信号是否正确。数字代表针脚号，外部信号输入正确时对应针脚号会变亮。光标移动到输出脚号上触摸变亮时所对应的继电器会动作，再触摸输出信号会中断。检查光栅尺的计数方向是否正确，系统设置Y 轴向下是增计数，向下是减计数，如果错误进参数改计数方向。

（2）比例阀诊断功能。在诊断页面把光标分别移动到左阀和右阀偏置上，设定正向偏置0 ～100%和反向偏置-100%～0 命令值，用万用表测量数控系统输出命令分别对应0 ～10V 和-10 ～0V，这说明数控系统输出到电液比例换向阀的控制命令是正常的。在设定比例方向阀正反向偏置的同时，通过万用表测量阀芯反馈电压，当偏置为0%时，阀芯反馈电压为7.5V 左右；当偏置为+100%时，阀芯反馈电压为11V 左右；当偏置为-100%时，阀芯反馈电压为3.5V 左右。比例阀命令偏置从大到小或从小到大变化的同时，阀芯反馈电压也应有相应的变化，变化过程基本呈线性趋势；否则，比例阀或连接线路存在故障，需更换比例阀或排查线路。

（3）动态曲线分析功能。在DA-58T 折弯机专用数控系统中，具有滑块运行曲线分析功能，可通过滑块曲线分析来观察滑块在不同位置时Y1、Y2 轴的实际位置、速度，比例阀的命令及反馈等重要数据，以帮助我们判断滑块下行偏斜的原因，有助于更快、更准确的判断出问题的关键所在。

3.3 增强设备的防护能力

光栅尺作为整个控制系统的检测元件，其可靠性、稳定性直接关系到外部被控对象的精度，所以保证光栅尺安装位置合理、运行稳定可靠至关重要。其次，为保证光栅尺计数准确，应保其证连接电缆稳固、牢靠，并做好相应的抗干扰措施。电液比例方向阀在整个控制系统中作为控制元件，属高精密元件，在安装使用及维护中应小心谨慎，不得随意拆装，更不能暴力操作，否则会直接影响比例阀的控制精确度，甚至损坏，造成滑块下行不稳定等一系列问题。在实际生产中，电磁信号干扰是引起检测元件计数不准确、随意跳动及比例阀误动作的常见现象，提高系统兼容性时解决该问题最直接有效的办法。所以，光栅尺、比例阀、数控系统控制连线必须采用双绞屏蔽电缆，并与其他动力电缆分开布置、屏蔽层可靠接地，以提高整个系统的电磁兼容性，保证系统安全、稳定、可靠运行。

3.4 提高设备安装精度

设备安装严格按安装工艺要求进行，安装时必须调平、找正，导轨间隙要求0.15mm 不入，必须用塞尺检测。液压管路必须清洁，密封圈安装要规范不能压偏以防渗漏，机床必须要加32 号抗磨液压油，保证正常使用。电气布线时注意信号线和电力线分开，以防发生干扰影响机床运行和制件精度。

3.5 定期维护保养

（1）电机是否有异常声音及振动；（2）数控系统及电器件发热无异常，无焦气味；（3）油液的清洁度是数控折弯机能可靠运行的重要保证，这就要求定期检查如果太脏或变质必须更换；（4）检查输入信号，输出信号是否正常；（5）数控系统输出的命令电压是否在允许范围之内；（6）检查数控系统的插头及接线是否松动，检查数控系统冷却风扇运转是否正常；（7）数控系统发生报警时，根据报警代码对照说明书提供的原因和措施尽快处理或咨询技术支持解决，别带病运行以免造成更大的故障甚至损坏系统。

4 结语

电液比例数控折弯机在当今社会工业生产中运用已非常广泛，详细了解并掌握电液比例数控折弯机的系统构成及特点，能够独立解决实际使用中所碰到的常见故障并做好有效的防治措施，对我们以后的工作和发展都有着十分重要的意义。本文先对电液比例数控折弯机的控制系统理论做出了详细的介绍，针对滑块下行时偏斜的故障从理论上进行了详细的分析，结合生产现场实际安装调试中遇到的一些问题，总结出了引起电液比例数控折弯机滑块下行偏斜的故障成因，并提出了行之有效的处理办法和防治措施。