板材折弯机液压控制系统和元件的发展及应用

板材折弯机液压控制系统和元件的发展及应用
我国的工业发展构成了对机床市场尤其是数控机床的巨大需求。

中国已经超过德国，成为世界第一大机床市场，数控机床已成为机床消费的主流。

据相关分析，中高档数控机床的比例会大幅增加，经济型数控机床的比例不会有太大变化，而非数控的普通机床的需求将会大幅度减少。

我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展，在一些关键技术方面也在跟踪国外先进产品的发展。

进入2l世纪以来，我国数控钣金/折弯机每年以两位数的速度在增长，迎来了快速发展的阶段。

板料折弯机是钣金加工业中最常用的机械之一，它利用折弯模具将金属板料压制成一定的几何形状，广泛应用于机械、电子、电器、日用五金、船舶和航空等行业，近年来随着社会的发展，各行业对折弯机的需要量在不断上升，对折弯机的精度和功能要求也越来越高，既要有较高的生产率，又要有高质量的精度；既要求机床的结构简单，又要有强大的自动化加工功能，以减轻工人的劳动强度。

折弯机产业也由原先的液压板料到液压数控及现在较新的电液伺服系统，和正在发展的泵控直驱系统，市场需求让整个折弯机产业加快变革。

折弯机在中国的发展历经靠凸轮或一个大齿轮幅传动来带动滑块模具实现对板材的折弯过程的机械结构,发展到以扭力轴控制液压缸活塞同步运行，构成液压来驱动液压缸从而带动滑块模具运动的机、液混合机械；所需工作的折弯力完全是靠进入液压缸的液压油压力和液压缸活塞的面积决定。

这就大大突破了折弯机吨位的限制，理论上讲无论多大吨位的机器都可以方便的制造，但实际由于机器的两只液压缸是靠一根扭力轴连接在一起强制性的一起上下运动，随着机床吨位的增大，抗扭轴在刚性、强度，和制造成本方面的限制使折弯机做到800吨压力已是所能制造的最大吨位。

20世纪80年代中后期至90年代初，随着液压比例伺服技术的发展，电液比例/伺服折弯机也随之孕育发展，随着其它各种功能液压阀在折弯机上的运用，折弯机已发展成为安全性、效率性较高，操作简单的一种不可缺少的机器。

由于数控系统的成本降低，使得电液伺服折弯机的成本与扭轴同步折弯机的成本更加接近，因此折弯机制造商开始生产高性价比的标准的电液伺服折弯机代替扭轴同步折弯机。

数控系统根据折弯机板料的工艺状态，自动控制工作台的挠度补偿量，以达到工件全长角度均匀一致的效果。

对于折弯工件的不同角度、宽度，在液压数控折弯机上一般只是控制滑块行程和后挡料位置，以及压力、速度等，这些参数都可以用数控系统参数进行控制。

在液压数控折弯机上使用简单模具在一系列连续折弯后得到复杂的工件和型材。

采用全闭环电液伺服控制技术的数控折弯机，由两只伺服比例方向阀可以分别单独控制两只液压缸的运行状态，包括液压缸活塞的上、下运动和停止，活塞运行速度都可以独立进行，滑块位置信号由两侧光栅尺反馈给数控装置形成一个完整的闭环系统，再由数控系统控制比例伺服阀的开口大小，调节油缸进油量，即对液压缸速度进行反馈控制使滑块(Y1、Y2数控轴)保持同步运行，始终保持对工作台的平行状态。

折弯工艺中常用90。

的标准模具，通过调整上模的下死点位置折弯大于90。

的工件，很明显在同一批板料中，若要获得相同的折角，则必须使上模(或滑块)每次行程具有相同的下死点位置，因此要求折弯机有较高的重复定位精度。

在普通数控液压折弯机中，用行程阀来控制滑块的位移量是一种简单可行的办法，当滑块下行到一位
置后，楔形板压向行程阀，阀芯右移，滑块减速、停止在某一确定位置上，此时油缸总压力与弯曲力平衡，但是当弯曲的最终弯曲力变化时(往往是由于板料厚度及性能的波动引起的)，便破坏了重复定位精度，因此在设计时必须考虑由行程阀控制的滑块下死点位置精度；
电液伺服系统是一种由电信号处理装置和液压动力机构组成的反馈控制系统，综合了电气和液压两方面的优点，具有控制精度高、响应速度快、输出功率大、信号处理灵活、易于实现各种参量的反馈等优点，可以大大提高滑块重复定位精度和折弯精度，该类系统已为Hammerle、村田、天田、FASTI、Beyeler公司等国际知名折弯机厂商和黄石、亚威等几大国内折弯机厂家采用，配备包括油研、力士乐、贺尔碧格等品牌高频伺服比例阀；
日本油研LSVG/LSVHG系列高速线性伺电服阀，采用小型强力线性电机直接驱动，并通过差动变压器对阀芯位置进行反馈，具有超群的响应性和良好的耐污性，最适用于需要高速、高精度控制的机床设备：
此外，从折弯工艺和材料学的角度考虑，利用油研伺服阀的优良动态响应特性，在折弯机控制系统中，通过对伺服阀–液压缸的速度、压力及位置实时闭环控制，实现对折弯加工过程中挠度补偿和回弹补偿。

在能源供给紧张和环保日益得到重视的今天，发展新型节能型产品已成趋势；早在多年前，日本油研即开始研究以伺服电动机驱动定量/变量泵的ASR系列产品替代定量泵+P/Q比例阀的控制系统及异步电机驱动变量泵泵的负载敏感液压系统，可以实现对压力和流量的负载匹配控制，并率先应用于注塑机以降低能耗；
上述系统，以及现在主流的异步电机带电液伺服阀控系统，依然不能解决系统使用阀类元件而存在内泄和压力损失而带来的功率损耗，以及高精度、结构复杂的伺服泵阀所带来的故障率高、不耐污染，采购/维修成本高的问题；
在近十几年来，借于液压技术领域中应用成熟的容积控制系统和电机领域交流伺服电机广泛应用的背景下，出现了永磁交流同步伺服电机直接驱动双向定量泵容积控制的电液伺服系统，也称 DDVC（Direct Drive Volume Control）系统或则无阀电液伺服系统。

该系统的液压执行机构的换向、调速、调压三大功能全由交流伺服电动机直接控制，油泵的出油流量的改变也是由电机直接控制，具有高效节能、小型集成化、操作与控制简单、成本低等优势，因此其发展相当迅速，尤其在一些能源短缺国家更是得到了极大的重视。

这种系统不是靠改变泵的排量而是靠改变泵的转速来改变其输出的流量达到调节执行元件变速的目的，从而实现对液压系统的控制。

它具有电机控制的灵活性和液压出力大的双重优点，而且与传统电液伺服系统相比，最突出的优点是节能高效、小型集成化、环保、操作方便、成本低，目前已经在多个领域的装置上得到应用并取得了很大的经济效益。

直驱式容积控制电液伺服系统有传统的阀控系统所不具备的优点：
(1)成本低，节能效果显著，具有高效节能的优点，
(2)系统元件数目少，可实现集成一体化，体积小、重量轻、效率高。

(3)伺服电机控制灵活，当执行元件不工作时，伺服电机就停止工作，而传统阀控系统的液压泵站始终处于工作状态，这样可大大提高资源的利用率，而且可以采用闭式系统，油箱的体积可以很小。

(4)直驱式系统可采用无管连接，减少了流量损失，极大地消除管道对伺服系统的影响，不存在系统高压引起管路振动的问题。

(5)提高了系统的寿命和可靠性，可以选用价格低廉、可靠性高的定量泵，因此对液压油及过滤要求降低，减少了泵的磨损和系统的噪声，提高了使用寿命和系统的可靠性。

美国、德国、俄罗斯、瑞士等国家对直驱式电液伺服系统的研究目前集中在电动静液驱动器（EHA）、注塑机、制砖厂和液压电梯上，在国外已有用于飞机、舰船、压力机、轧机、材料试验机、印刷机、钢厂连铸设备、水渠闸门和六自由度运动平台等十余种实际应用例子。

日本钢管株式会社(NKK)福山制铁所连铸设备采用第一电气株式会社（Japan's Electric Co., Ltd.）设计的无阀电液伺服系统，节能效果十分明显，每年电费从 500 万日元锐减为9万日元，只占改造前的1.8%。

东京海洋大学的练习船“汐路丸”号舵机于 1998 年改造时也采用了日本第一电气株式会社设计生产的无阀电液伺服驱动的舵机装置，所需电力只为改造前的10%，该系统投入使用5年来，运行状况大大超过改造前。

日本油研在发展电液比例伺服控制系统的同时，对直驱式容积控制电液伺服系统已有十几年的研究，并取得了很大的成果。

油研公司与国外知名主机厂合作，成功的开发出用于数控机床的DDVC液压伺服直驱系统，其关键液压元件为双向高效高压柱塞泵，配合油研公司其它阀类和传感器等控制元件构成完整的液压动力单元：
该泵具有高压、高效、低噪音、可正反向旋转、耐污染性强等特点，在主机上的使用取得了显著的节能效果；
做为日本油研海外最大代理商和合作伙伴的爱力公司，爱力公司在推广该项产品的同时，正着手开发直驱电液伺服系统；其应用领域和潜在市场包括锻压机、升降机、注塑机、试验机等等。

参考资料：
1、《行程阀控制的位置精度及其在液压折弯机上的应用》—北京工业大学林道盛安国平田越朱永豪，锻压机械3 / 9 3；
2、《小型高精度制御可能なACサ-ボ驱动油压パツケ-ジ》，日本機械学会誌2008，日本油研大場孝一
3、《AC-サ-ボモ-タ直接驱动双方向回转ボンブにょゐ省ェネ油压サ-ボシステム》，[J]油空压技术2001，日本油研大場孝一
4、《国内外折弯机技术的最新发展》，济南铸锻所朱乃燔
5、《液压技术在折弯机上的应用》，苏州技师学院赵淳，液压与气动2011
6、《直接驱动容积控制电液传动系统》，哈尔滨工业大学刘庆和，机床与液压2009。