電動缸與氣缸

隨著工廠自動化的要求越來越高 ,電動缸應運而生 。所謂電動缸 ( 也稱為電動執行器 ) 就是用各種電動機( 如 AC 伺服電動機 、步進電動機 、DC 電動機 ) 帶動各種螺桿( 如滑動螺桿 、滾珠螺桿 ) 旋轉 ,通過螺母轉化為直線運動 ,并推動滑臺沿各種導軌 ( 如滑動導軌 、滾珠導軌 、高剛性直線導軌 ) 象氣缸那樣作往復直線運動 。

為適應不同 的要求 ,電動缸 已有多種 品種規格 。

下面介紹一些品種的電動缸的動作原理 、結構特點 、特性及其具有的功能 。最后 ,將電動缸與氣缸作一比較 ,便可了解如何正確選用電動缸和氣缸 。

1　電動執行器 LX ※、LJ1 和 LG1 系列這類電動機執行器的結構以 LXF 系列為例 ,如圖1所示 。步進電動機 1 通過聯軸節 2 帶動螺桿 5 轉動 ,與螺母 4 成為一體的外筒 6 便在螺桿的推動下作直線運動 。端板 10 將外筒與滑臺 9 連在一起 ,滑臺便在外筒的推動下沿直線導軌 8 作直線運動 。工件可安裝在端板或滑臺上 。在外筒內裝有磁環 3,在器體 12 的側溝內可安裝磁性開關 ,這樣便可檢知執行器的伸出行程 。

限位器 11 限制了執行器的最 大行程 。當滑臺運行至行程端部時 ,緩沖墊 7 起緩沖作用 。在返回運動中 ,當傳感器板 13 擋住微型光電傳感器 14 的光時 ,表示執

行器已返回到原點 。15 是電動機蓋 。

LX ※、LJ1和 LG1 系列的主要規格見表 1 。從表中可見 ,LG1 與 LJ1 相比 ,LG1 高度小且長度短 ,但 LJ1剛性高 ,且電動機功率有較大的 ,故可搬送更大質量的負載 。LX ※系列行程短 ,電動機功率小 ,只可搬送小質 量負載 。最大速 度與電動 機功率 、搬送質 量等因素 有關 。電動機功率大 、搬送質量小 ,則搬送速度高 。導軌剛性高 ,則承載能力強 。

重復定位精度與進給螺桿的形式有關 。LJ1 和 LX ※系列除水平安裝規格外 ,還有豎直安裝規格 ,豎直安裝的電動執行器應帶制動器 ,在停電時可防止負載下落 。LG1 系列只有水平安裝規格 。LX ※、LJ1 和 LG1 系 列電動 執行 器的主 要規格( 水平安裝 、無制動器時 ) 有水平安裝規格 。LX ※、LJ1 和 LG1 系列有 AC 伺服電動機驅動執行器動作 ,LX ※系列還有步進電動機驅動執行器動作的規格 。

AC 伺服電動機配有編碼器 ( 能檢出電動機回轉位置的裝置 ) 。 可根據控制器發出的移動命令來驅動電動機 ,通過編碼器 ,便可將滑臺的位置反饋至控制器 ,以確認滑臺的 位置是否正確 ,其控制原 理如圖 2 所示 。可見 ,AC 伺服電動機的控制是閉環控制 ,故可靠性極高 ,控制速度可達 1000 mm /s ,但成本也高 。

LC1 系列是 AC 伺服電動 機的專用控制 器 ,整個控制系統如圖 3 所示 。可使用設定軟件 ( 通過 PC) 可示教盒向控制器輸入位置 、速度和加速度等參數及動作程序 ,以便實現對位置和速度的控制 。LC1 系列控制器可實 現最多 1008 點的 準確 定位 。利用 PLC 或操作盤 上 的 按鈕 , 發 送 開關 指 令 ,實 現 自 動 或 手動控制 。

設備 。其控制原理如圖 4 所示 。當步進電動機驅動器接收到一個脈沖信號 ( 即移動命令 ), 便驅動步進電動機按設定的方向轉動一個固定的角度 ( 稱為步進角 ) 。

這樣 ,便可通過控制脈沖個數來改變轉角大小 。通過螺桿轉化為滑臺的直線位移大小 ,從而達到 準確定位的目的 。同時 ,還可以通過控制脈沖頻率來 改變電動機轉動的速度和角加速度 ,從而達到改變滑 臺運動的目的 。

因滑臺的位置不能反饋回控制器 ,故 應在電動執行器的器體溝槽內安裝磁性開關 ,來確認 滑臺位移至何位置 。由上可見 ,步進電動機是開環控制 ,控制可靠性不及 AC 伺服電動機 ,但成 本低 。控制速度 可達200 mm /s 。控制 LX ※系列電動執行器的步進電動機驅動器有 LC6C 和 LC6D 兩個系列 。LC6D 系列自身沒有脈沖控制功能 ,故使用時必須配置相應 的脈沖控制器 ,其控制系統如圖 5 所示 。由 PLC 發出指令 ,電脈沖控制器產生正 、反脈沖 ,經 LC6D 驅動器將發生的脈沖信號進行放大 ,以驅動步進電動機回轉 。LC6C 系列自身具有脈沖控制功能 ,其控制系統如圖 6 所示 。使用時 ,按預先設定的位置和運動速度 ,由 PLC 等發送開關指令 ,擊活 LC6C 內部相應的地址號 ,由 PLC 產生正 、反脈沖 ,并將其放大 ,驅動步進電動機回轉 。此驅動器最多可實現 28 個點的準確定位 。

2 　導軌一體型電動執行器 LTF 系列LTF 系列電動 執行器比 LX ※、LJ1 和 LG1 系列的結構簡單 、安裝空間小 、質量輕 、滑臺行走精度高 ( 參見表 2) 。

它采用臺座型直線導軌 ,即臺座與直線導軌為一體化結構 。螺母與滑 臺也一 體化 。其結構 如圖 7 所示 。用專用控制器 LC1 或 LC8 系列來控制 AC 伺服電動機帶動進給螺桿回轉 ,通過螺母推動滑臺沿臺座型直線導軌作往復直線運動 。其主要 規格如表 3 所示 ,垂直安裝時 ,電動機應帶制動器 。

3 　無需程序設計的無桿電動缸 e—MY2C MY 2H 系列

這種電動缸是由直流電動機驅 動齒輪傳送帶 ,通過移動體來帶動滑臺沿兩種導軌 ( M Y2C 為凸輪隨動導軌 、M Y2H 為高精度直線導軌 ) 作往復直線運動 。其外形及各部分名稱如圖 8 所示 。其驅動部與導向部可以分開 ,見圖 9。控制器部也可從驅動部分開 ,以提高維護性 ,且使用方便 。即可手提控制器 ,在隨意的場所資料的設定 。控制器部是電 動缸的控制 、設定和顯示的單 元 。I /O 電纜是 輸入 /輸出信號電 纜線 。輸入信號有驅動指令信號 ( 如向電動機端驅動 、向末端驅動 、向中間位置驅動 ) 及非常停止信號 ( 由 PLC 、PC 等發出) 。 輸出信號有定位完成信號 、異常檢出信號 ( 如非常停止 、外部輸出異常 、電源異常 、驅動異常 、溫度異常 、行程異常 、電動機異常和 控制器異常 ) 和 READY信號 。驅動部與導向部要安裝成一體時 ,將 驅動部的移動體插入導 向部的滑臺上 ,再均勻緊固 驅動部的 4個固定螺釘便可 。

氣動比例技術的應用領域日趨廣泛 。從 2002 年開始 ,我公司生產的數控激光切割機上采用了 SMC 公司的 ITV2000 系列電氣比例閥 ,取得了滿意的效果 。激光加工技術是近 20 年來發展起來的 一項高新技術 ,它已廣泛應用于切割 、焊接 、金屬材料表面處理 、模具快速成型 、激光雕刻等方面 ,并且新的應用領域還在不斷地被開發 。

數控激光切割機是把激光作為一種加工手段對金屬和非金屬板材進行零件加工 ,通過數控系統控制 X 軸和 Y 軸的伺服電動機來完成平面的復合運動 ,激光通過數控機床上的反射鏡片和聚焦鏡片在板材上對圖形進行切割 ,對不同板厚的金屬板材來說 ,切割的工藝參數是不一樣的 ,工藝參數包括 :激光功率 、切割速度和輔助氣體壓力 。就輔助氣體而言 ,切割不同材料時所使用的氣體種類是不一樣的 ,切割普通碳板要使用氧氣 ,切割不銹鋼鋼板要使用氮氣 ,切割非金屬材料要使用壓縮空氣 。下面針對切割普通碳板討論一下工藝參數 ( 激光功率 :隨著板厚的增加而加大 ;切割速度 :隨著板厚的增加而減小 ;輔助氣體壓力 :隨著板厚的增加而減小 ) 。

在零件切割過程中 ,一般分 兩步進行 。第一步沿被切割圖形的輪廓用激光打孔 ,為保證切割質量 ,防止蹦孔 ,激光應采用一定頻率和占空比的脈沖波 ,并且此的氣體壓 力為低壓 ,一般設 定在 0. 08 ～0. 1 M Pa。第二步激光切割 ,當鋼板被打穿后 ,數控系統將激光從脈沖波轉換為連續波并開始切割輪廓 ,此時的氣體壓力為高壓 ,其壓力大小根據板厚而定 。

在原來的數控系統中是用兩個減壓閥和兩個二位二通電磁閥進行氣體壓力設定和控制 ,其中一個減壓閥設定為低壓 ,另一個減壓閥設定為高壓 ,分別通過二位二通電磁閥控制通斷 。數控激光切割機對激光器的切割功率和切割速度可以控制 ,切不同板厚時 ,氣壓設定只能用手動調壓 。氣動原理如圖 1 所示 。