齒輪流量計在機床液壓系統中的應用

　　摘要：分析了齒輪流量計在常規液壓系統中的應用，介紹了齒輪流量計在機床液壓系統中的應用實例，解決了以往機床液壓系統設計上的不足。
　　
　　關鍵字：齒輪流量計機床液壓系統位置監測
　　
　　機床液壓系統作為輔助動力源，是機床*的一部分，如主軸松卡刀、重力平衡、功能部件卡緊松開、刀庫驅動等都離不開液壓驅動。為確保機床可靠運行，每執行一個動作命令，在動作完成后必須檢測到可靠的動作完成信號，才能執行下一步動作，以防止錯誤信號引起機床誤動作，導致安全事故的發生。因而機床液壓系統執行元件到位信號檢測非常重要。
　　
　　流量計作為檢測元件廣泛應用于煤炭、石化行業，作為流量檢測控制元件，高精度流量計在航空航天液壓伺服控制系統中有一定的應用，但較少在常規的機床液壓系統中應用。文中基于流量計發出的脈沖數可真實反映油缸行程的原理，將齒輪流量計應用在機床液壓系統中，解決了以往系統設計上的不足，取得了不錯的效果。
　　
　　1齒輪流量計簡介
　　
　　流量計種類較多，功能原理大不相同，應用領域也有所不同。齒輪流量計是根據齒輪馬達原理，兩圓柱齒輪在測量腔內由液流驅動無接觸運行；齒輪的運動由位于蓋板內的兩個無接觸的傳感器檢測，在傳感器室和計量環室之間，裝有一非磁性抗壓隔板；當計量機構轉動一個齒時，傳感器發出一脈沖信號，對應一個齒的油量ΔV通過流量計，通過前置放大器，把信號轉換為一方波信號；兩通道檢測，可有更高的分辨率，并確認流量方向。
　　
　　齒輪流量計，精度較高，黏溫特性好，工作壓力高，價格相對較低，適合在機床液壓系統中應用。其結構如圖1所示。　　2齒輪流量計在機床液壓系統中的應用
　　
　　2.1卡緊松開到位檢測應用
　　
　　機床上液壓卡緊松開輔助動作很多，如：主軸松卡刀，伺服軸抱閘松卡，交換托盤時拖盤的松卡，交換雙擺頭時雙擺頭的松卡等。而執行卡緊松開動作的油缸多植入在各功能部件內部，由于機械結構緊湊，很難在內部直接安裝接近開關或位移傳感器以獲取位置進行到位信號。有些功能部件在結構允許的情況下，將活塞位移動作傳遞到功能部件外部再進行檢測，如主軸松卡刀、轉臺松卡等。但旋轉軸環形抱閘、托盤卡緊拉釘、雙擺頭交換拉釘等，使用時需將卡緊機構插裝在機械體內部，由于結構所限就無法直接測得位移信號。通常做法是采用壓力信號來代替位移信號，即松卡壓力達到設定值不變標志著活塞運動停止，從而間接判斷松卡動作已完成，原理圖如圖2所示。但如果由于某些原因導致油缸在中間位置卡死時，就會發出錯誤信號，造成機床誤動作，導致安全事故的發生。　　
　　某公司在承擔國家重大專項高速龍門五軸加工中心的研制中，雙擺頭交換是由4個自鎖拉釘實現雙擺頭松卡。為了解決上述問題，在液壓松卡回路中設置了流量計，作為卡緊松開到位檢測元件。流量計可以通過檢測通過的油量，真實地檢測到油缸卡緊松開是否到位。由于流量計設置在回路上，不受機械結構尺寸所限制，成功地解決了雙擺頭松卡到位檢測的問題。其原理圖如圖3所示。　　
　　設每個拉釘卡緊所需油量V0=10mL，卡緊動作所需總油量為4V0=40mL，作者選取德國KRACHT公司VC0.2型號齒輪流量計，齒輪幾何容積ΔV=0.245mL，即每發出一個脈沖信號齒輪流量計通過0.245mL油量，則完成卡緊動作所需脈沖數為：　　拉釘松開時，流量計測量同一油腔的油量，脈沖數與卡緊動作相同，但方向相反。因而，執行拉釘松卡動作后，通過檢測流量計接收的脈沖數是否達到相應數值（檢測脈沖數與拉釘狀態對應關系見表1），來判斷該動作是否正確完成，雙通道脈沖信號可以檢測出流量計轉動方向，從而判斷是松開還是卡緊動作。　　2.2位置檢測應用
　　
　　具有托盤交換功能的機床，托盤交換器升降多采用液壓驅動，為了避免托盤交換器、托盤及轉臺之間的沖擊，需要在其相互接觸之前切換為低速，接觸之后高速運行。通常做法是在油缸行程過程中設置行程開關或接近開關，發出速度切換信號，原理圖如圖4所示。此方案的缺點是：（1）設置行程開關或接近開關需要一定的空間；（2）設定點調整不便，且設定點個數受空間所限；（3）易受環境干擾，發出錯誤信號。
　　
　　為解決上述問題，該公司采用在高速立式加工中心托盤交換器液壓回路上配置齒輪流量計的方法，提升油缸位移測量，在油缸行程中間位置設定相應的速度切換點，從而實現托盤交換器速度控制，原理圖如圖5所示。　　設定點脈沖數計算公式：　　式中：nset為設定發訊點脈沖數；
　　
　　lset為設定發訊點位置；
　　
　　l0為油缸總行程；
　　
　　D為油缸直徑；
　　
　　ΔV為流量計幾何容積。
　　
　　3結語
　　
　　基于發出的脈沖數可真實反映油缸行程的原理，齒輪流量計可應用于液壓系統中進行位置監控與檢測。齒輪流量計具有不占用機械設計空間、位置檢測設定點靈活、不易受環境干擾等優點，在機床液壓系統中有著比較廣闊的應用前景。