一文解析CA500伺服系统在数控折弯机上的应用

传统的数控折弯机液压系统多采用普通三相异步电机驱动油泵，能耗大、温升高、效率低、部件易损坏。随着节能减排日益受到重视，使用电液伺服系统驱动油泵的新型数控折弯机应运而生。本文拟结合四方CA500伺服驱动器搭配CM500伺服电机，介绍一种针对数控折弯机液压系统的电液伺服调速方案，有效降低系统能耗及液压油的温升，同时提高了设备运行可靠性。

电液伺服系统的特点

电液伺服系统是指以伺服元件（伺服阀或伺服泵）为控制核心的液压控制系统，它通常由指令装置、控制器、放大器、液压源、伺服元件、执行元件、反馈传感器及负载组成。

（1）伺服系统是一个位置跟踪系统。输出位移自动地跟随输入位移的变化规律而变化，体现为位置跟随运动。

（2）伺服系统是一个功率放大系统。推动滑阀阀芯所需的功率很小，而系统的输出功率却可以很大，可带动较大的负载运动。

（3）伺服系统是一个负反馈系统。输出位移之所以能够精确地复现输入位移的变化。是因为控制滑阀的阀体和液压缸体固连在一起，构成了一个负反馈控制通路。液压缸输出位移，通过这个反馈通路回输给滑阀阀体，并与输入位移相比较。从而逐渐减小和消除输出位移和输入位移之间的偏差，直到两者相同为止。因此负反馈环节是液压伺服系统中必不可少的重要环节。负反馈也是自动控制系统具有的主要特征。

电液伺服系统工作原理

电液伺服系统是一个有误差系统。当液压缸位移和阀芯位移之间不存在偏差时，系统就处于静止状态。由此可见，若使液压缸克服工作阻力并以一定的速度运动，首先必须保证滑阀有一定的阀口开度，这就是电液伺服系统工作的必要条件。液压缸运动的结果总是力图减少这个误差，但在其工作的任何时刻也不可能完全消除这个误差。没有误差，伺服系统就不能工作。

电液伺服系统的基本原理是：反馈信号与输入信号相比较得出偏差信号，利用该偏差信号控制液压能源输入到系统的能量，使系统向着减小偏差的方向变化，直至偏差等于零或足够小，从而使系统的实际输出与希望值相符。

CA500伺服系统在数控折弯机上的应用

一、工艺简介

数控折弯机的一个工作循环可分为快下、慢下、保压、卸荷、返程这几个状态。设备工作时，系统控制油泵运转，并配合液压油路控制单元的工作，从而控制液压系统的流量，达到各工作状态下的合理压力值。其具体工作流程如下：

机器滑块快速下行时，压力油通过液压阀组进入油缸上腔，油缸下腔的油液经液压阀组返回到液压泵中，机器的滑块因自重快速下降，被打开的充液阀对油缸上腔进行充液；机器滑块低速工进时，压力油通过液压阀组流入油缸上腔继续推动滑块下降；当机器滑块返程时，压力油经液压阀组进入油缸下腔，油缸活塞杆拉动滑块上升，油缸上腔油液通过打开的充液阀流回油箱，至此完成一次工作循环。

图一、数控折弯机液压原理图

二、系统方案

传统折弯机的液压系统通过定量泵和比例换向阀来调节系统的流量，由于系统需要的实际流量是变化的，而油泵输出流量是恒定的，因此必定有一部分流量需要溢流，产生能量损失；另一方面，阀控液压系统的设定压力总是要高于实际需要的压力，这也造成了能量的损失。同时节流调速方式存在主压力阀溢流，造成噪音及液压油的发热量较大，温升较高，降低了液压油的使用寿命，增加了维护成本。

针对传统折弯机液压系统的缺点，以及设备的成型工序、工艺特点，设计了采用四方CA500伺服驱动器、CM500伺服电机以及齿轮泵来调节液压系统流量及压力的控制系统。

具体系统方案如下：

图二、系统方案图

数控系统根据光栅尺的位置反馈经由特点算法得出系统所需流量、压力大小，对应输出0～±10V模拟量控制信号给到CA500，实时调整油泵的转速，并配合液压油路控制单元的工作，满足不同工序端的压力及流量需求。

方案采用容积调速的原理，通过调节伺服电机的转速来改变油泵的流量及系统压力，避免了传统节流调速方案所造成的能量损耗，特别是在保压和卸荷阶段，油液的输出很小，油泵几乎可以停止运转，极大程度减少了能量损耗。同时伺服驱动系统的响应时间更短，设备工作时快下和返程速度更快，效率更高。

三、系统配线方案及说明

1、 电气接线图如下：

图三、电气接线图

2、主要设定参数：

3、方案优势：

※ CA500伺服驱动器采用重载型设计，低频转矩大，动态响应快，过载能力强，可120%负载长期运行；

※ CM500伺服电机采用高性能稀土永磁材料，抗去磁能力强。电机转子采用特殊结构和工艺，外壳防护等级为IP54，绝缘等级为F级，保证系统运行的可靠性；

※ 泵控技术代替常规阀控技术，消除节流损耗，节能效果显著，节能率可达25%。

※ 降低了液压油的温升，延长了液压油的使用寿命，减少系统维护成本；

※ 折弯机快下、慢下、保压、卸荷、返程各工序段运行时噪音明显下降，改善工作环境；

※ 简化的调试功能（四方电机免调试），最大程度减少客户调试参数，安装使用方便。

四、小结

本文介绍了一种基于四方CA500系列伺服驱动器和CM500伺服电机的数控折弯机电液伺服方案。该方案有效降低了系统能耗，运行噪音小、系统响应快，提高了效率，且运行稳定可靠，保护功能强大，操作简单方便。既能够满足折弯机成型工艺要求，提高产品质量和产量，又减少了设备维护费用，为用户创造了良好的经济效益，目前已批量应用于多个数控折弯机伺服系统。