电动缸与气缸

随着工厂自动化的要求越来越高 ,电动缸应运而生 。所谓电动缸 ( 也称为电动执行器 ) 就是用各种电动机( 如 AC 伺服电动机 、步进电动机 、DC 电动机 ) 带动各种螺杆( 如滑动螺杆 、滚珠螺杆 ) 旋转 ,通过螺母转化为直线运动 ,并推动滑台沿各种导轨 ( 如滑动导轨 、滚珠导轨 、高刚性直线导轨 ) 象气缸那样作往复直线运动 。

为适应不同 的要求 ,电动缸 已有多种 品种规格 。

下面介绍一些品种的电动缸的动作原理 、结构特点 、特性及其具有的功能 。最后 ,将电动缸与气缸作一比较 ,便可了解如何正确选用电动缸和气缸 。

1　电动执行器 LX ※、LJ1 和 LG1 系列这类电动机执行器的结构以 LXF 系列为例 ,如图1所示 。步进电动机 1 通过联轴节 2 带动螺杆 5 转动 ,与螺母 4 成为一体的外筒 6 便在螺杆的推动下作直线运动 。端板 10 将外筒与滑台 9 连在一起 ,滑台便在外筒的推动下沿直线导轨 8 作直线运动 。工件可安装在端板或滑台上 。在外筒内装有磁环 3,在器体 12 的侧沟内可安装磁性开关 ,这样便可检知执行器的伸出行程 。

限位器 11 限制了执行器的最 大行程 。当滑台运行至行程端部时 ,缓冲垫 7 起缓冲作用 。在返回运动中 ,当传感器板 13 挡住微型光电传感器 14 的光时 ,表示执

行器已返回到原点 。15 是电动机盖 。

LX ※、LJ1和 LG1 系列的主要规格见表 1 。从表中可见 ,LG1 与 LJ1 相比 ,LG1 高度小且长度短 ,但 LJ1刚性高 ,且电动机功率有较大的 ,故可搬送更大质量的负载 。LX ※系列行程短 ,电动机功率小 ,只可搬送小质 量负载 。最大速 度与电动 机功率 、搬送质 量等因素 有关 。电动机功率大 、搬送质量小 ,则搬送速度高 。导轨刚性高 ,则承载能力强 。

重复定位精度与进给螺杆的形式有关 。LJ1 和 LX ※系列除水平安装规格外 ,还有竖直安装规格 ,竖直安装的电动执行器应带制动器 ,在停电时可防止负载下落 。LG1 系列只有水平安装规格 。LX ※、LJ1 和 LG1 系 列电动 执行 器的主 要规格( 水平安装 、无制动器时 ) 有水平安装规格 。LX ※、LJ1 和 LG1 系列有 AC 伺服电动机驱动执行器动作 ,LX ※系列还有步进电动机驱动执行器动作的规格 。

AC 伺服电动机配有编码器 ( 能检出电动机回转位置的装置 ) 。 可根据控制器发出的移动命令来驱动电动机 ,通过编码器 ,便可将滑台的位置反馈至控制器 ,以确认滑台的 位置是否正确 ,其控制原 理如图 2 所示 。可见 ,AC 伺服电动机的控制是闭环控制 ,故可靠性极高 ,控制速度可达 1000 mm /s ,但成本也高 。

LC1 系列是 AC 伺服电动 机的专用控制 器 ,整个控制系统如图 3 所示 。可使用设定软件 ( 通过 PC) 可示教盒向控制器输入位置 、速度和加速度等参数及动作程序 ,以便实现对位置和速度的控制 。LC1 系列控制器可实 现最多 1008 点的 准确 定位 。利用 PLC 或操作盘 上 的 按钮 , 发 送 开关 指 令 ,实 现 自 动 或 手动控制 。

设备 。其控制原理如图 4 所示 。当步进电动机驱动器接收到一个脉冲信号 ( 即移动命令 ), 便驱动步进电动机按设定的方向转动一个固定的角度 ( 称为步进角 ) 。

这样 ,便可通过控制脉冲个数来改变转角大小 。通过螺杆转化为滑台的直线位移大小 ,从而达到 准确定位的目的 。同时 ,还可以通过控制脉冲频率来 改变电动机转动的速度和角加速度 ,从而达到改变滑 台运动的目的 。

因滑台的位置不能反馈回控制器 ,故 应在电动执行器的器体沟槽内安装磁性开关 ,来确认 滑台位移至何位置 。由上可见 ,步进电动机是开环控制 ,控制可靠性不及 AC 伺服电动机 ,但成 本低 。控制速度 可达200 mm /s 。控制 LX ※系列电动执行器的步进电动机驱动器有 LC6C 和 LC6D 两个系列 。LC6D 系列自身没有脉冲控制功能 ,故使用时必须配置相应 的脉冲控制器 ,其控制系统如图 5 所示 。由 PLC 发出指令 ,电脉冲控制器产生正 、反脉冲 ,经 LC6D 驱动器将发生的脉冲信号进行放大 ,以驱动步进电动机回转 。LC6C 系列自身具有脉冲控制功能 ,其控制系统如图 6 所示 。使用时 ,按预先设定的位置和运动速度 ,由 PLC 等发送开关指令 ,击活 LC6C 内部相应的地址号 ,由 PLC 产生正 、反脉冲 ,并将其放大 ,驱动步进电动机回转 。此驱动器最多可实现 28 个点的准确定位 。

2 　导轨一体型电动执行器 LTF 系列LTF 系列电动 执行器比 LX ※、LJ1 和 LG1 系列的结构简单 、安装空间小 、质量轻 、滑台行走精度高 ( 参见表 2) 。

它采用台座型直线导轨 ,即台座与直线导轨为一体化结构 。螺母与滑 台也一 体化 。其结构 如图 7 所示 。用专用控制器 LC1 或 LC8 系列来控制 AC 伺服电动机带动进给螺杆回转 ,通过螺母推动滑台沿台座型直线导轨作往复直线运动 。其主要 规格如表 3 所示 ,垂直安装时 ,电动机应带制动器 。

3 　无需程序设计的无杆电动缸 e—MY2C MY 2H 系列

这种电动缸是由直流电动机驱 动齿轮传送带 ,通过移动体来带动滑台沿两种导轨 ( M Y2C 为凸轮随动导轨 、M Y2H 为高精度直线导轨 ) 作往复直线运动 。其外形及各部分名称如图 8 所示 。其驱动部与导向部可以分开 ,见图 9。控制器部也可从驱动部分开 ,以提高维护性 ,且使用方便 。即可手提控制器 ,在随意的场所资料的设定 。控制器部是电 动缸的控制 、设定和显示的单 元 。I /O 电缆是 输入 /输出信号电 缆线 。输入信号有驱动指令信号 ( 如向电动机端驱动 、向末端驱动 、向中间位置驱动 ) 及非常停止信号 ( 由 PLC 、PC 等发出) 。 输出信号有定位完成信号 、异常检出信号 ( 如非常停止 、外部输出异常 、电源异常 、驱动异常 、温度异常 、行程异常 、电动机异常和 控制器异常 ) 和 READY信号 。驱动部与导向部要安装成一体时 ,将 驱动部的移动体插入导 向部的滑台上 ,再均匀紧固 驱动部的 4个固定螺钉便可 。

气动比例技术的应用领域日趋广泛 。从 2002 年开始 ,我公司生产的数控激光切割机上采用了 SMC 公司的 ITV2000 系列电气比例阀 ,取得了满意的效果 。激光加工技术是近 20 年来发展起来的 一项高新技术 ,它已广泛应用于切割 、焊接 、金属材料表面处理 、模具快速成型 、激光雕刻等方面 ,并且新的应用领域还在不断地被开发 。

数控激光切割机是把激光作为一种加工手段对金属和非金属板材进行零件加工 ,通过数控系统控制 X 轴和 Y 轴的伺服电动机来完成平面的复合运动 ,激光通过数控机床上的反射镜片和聚焦镜片在板材上对图形进行切割 ,对不同板厚的金属板材来说 ,切割的工艺参数是不一样的 ,工艺参数包括 :激光功率 、切割速度和辅助气体压力 。就辅助气体而言 ,切割不同材料时所使用的气体种类是不一样的 ,切割普通碳板要使用氧气 ,切割不锈钢钢板要使用氮气 ,切割非金属材料要使用压缩空气 。下面针对切割普通碳板讨论一下工艺参数 ( 激光功率 :随着板厚的增加而加大 ;切割速度 :随着板厚的增加而减小 ;辅助气体压力 :随着板厚的增加而减小 ) 。

在零件切割过程中 ,一般分 两步进行 。第一步沿被切割图形的轮廓用激光打孔 ,为保证切割质量 ,防止蹦孔 ,激光应采用一定频率和占空比的脉冲波 ,并且此的气体压 力为低压 ,一般设 定在 0. 08 ～0. 1 M Pa。第二步激光切割 ,当钢板被打穿后 ,数控系统将激光从脉冲波转换为连续波并开始切割轮廓 ,此时的气体压力为高压 ,其压力大小根据板厚而定 。

在原来的数控系统中是用两个减压阀和两个二位二通电磁阀进行气体压力设定和控制 ,其中一个减压阀设定为低压 ,另一个减压阀设定为高压 ,分别通过二位二通电磁阀控制通断 。数控激光切割机对激光器的切割功率和切割速度可以控制 ,切不同板厚时 ,气压设定只能用手动调压 。气动原理如图 1 所示 。