電動缸與氣缸

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

為適應(yīng)不同 的要求 ,電動缸 已有多種 品種規(guī)格 。

下面介紹一些品種的電動缸的動作原理 、結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 、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(zhí)行器 LX ※、LJ1 和 LG1 系列這類電動機(jī)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)以 LXF 系列為例 ,如圖1所示 。步進(jìn)電動機(jī) 1 通過聯(lián)軸節(jié) 2 帶動螺桿 5 轉(zhuǎn)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(yùn)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(dǎo)軌 8 作直線運(yùn)動 。工件可安裝在端板或滑臺上 。在外筒內(nèi)裝有磁環(huán) 3,在器體 12 的側(cè)溝內(nèi)可安裝磁性開關(guān) ,這樣便可檢知執(zhí)行器的伸出行程 。

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

行器已返回到原點(diǎn) 。15 是電動機(jī)蓋 。

LX ※、LJ1和 LG1 系列的主要規(guī)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(jī)功率有較大的 ,故可搬送更大質(zhì)量的負(fù)載 。LX ※系列行程短 ,電動機(jī)功率小 ,只可搬送小質(zhì) 量負(fù)載 。最大速 度與電動 機(jī)功率 、搬送質(zhì) 量等因素 有關(guān) 。電動機(jī)功率大 、搬送質(zhì)量小 ,則搬送速度高 。導(dǎo)軌剛性高 ,則承載能力強(qiáng) 。

重復(fù)定位精度與進(jìn)給螺桿的形式有關(guān) 。LJ1 和 LX ※系列除水平安裝規(guī)格外 ,還有豎直安裝規(guī)格 ,豎直安裝的電動執(zhí)行器應(yīng)帶制動器 ,在停電時可防止負(fù)載下落 。LG1 系列只有水平安裝規(guī)格 。LX ※、LJ1 和 LG1 系 列電動 執(zhí)行 器的主 要規(guī)格( 水平安裝 、無制動器時 ) 有水平安裝規(guī)格 。LX ※、LJ1 和 LG1 系列有 AC 伺服電動機(jī)驅(qū)動執(zhí)行器動作 ,LX ※系列還有步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動執(zhí)行器動作的規(guī)格 。

AC 伺服電動機(jī)配有編碼器 ( 能檢出電動機(jī)回轉(zhuǎn)位置的裝置 ) 。 可根據(jù)控制器發(fā)出的移動命令來驅(qū)動電動機(jī) ,通過編碼器 ,便可將滑臺的位置反饋至控制器 ,以確認(rèn)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(jī)的控制是閉環(huán)控制 ,故可靠性極高 ,控制速度可達(dá) 1000 mm /s ,但成本也高 。

LC1 系列是 AC 伺服電動 機(jī)的專用控制 器 ,整個控制系統(tǒng)如圖 3 所示 ?？墒褂迷O(shè)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(shù)及動作程序 ,以便實(shí)現(xiàn)對位置和速度的控制 。LC1 系列控制器可實(shí) 現(xiàn)最多 1008 點(diǎn)的 準(zhǔn)確 定位 。利用 PLC 或操作盤 上 的 按鈕 , 發(fā) 送 開關(guān) 指 令 ,實(shí) 現(xiàn) 自 動 或 手動控制 。

設(shè)備 。其控制原理如圖 4 所示 。當(dāng)步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號 ( 即移動命令 ), 便驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度 ( 稱為步進(jìn)角 ) 。

這樣 ,便可通過控制脈沖個數(shù)來改變轉(zhuǎn)角大小 。通過螺桿轉(zhuǎn)化為滑臺的直線位移大小 ,從而達(dá)到 準(zhǔn)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(jī)轉(zhuǎn)動的速度和角加速度 ,從而達(dá)到改變滑 臺運(yùn)動的目的 。

因滑臺的位置不能反饋回控制器 ,故 應(yīng)在電動執(zhí)行器的器體溝槽內(nèi)安裝磁性開關(guān) ,來確認(rèn) 滑臺位移至何位置 。由上可見 ,步進(jìn)電動機(jī)是開環(huán)控制 ,控制可靠性不及 AC 伺服電動機(jī) ,但成 本低 ?？刂扑俣?可達(dá)200 mm /s ?？刂?LX ※系列電動執(zhí)行器的步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)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(yīng) 的脈沖控制器 ,其控制系統(tǒng)如圖 5 所示 。由 PLC 發(fā)出指令 ,電脈沖控制器產(chǎn)生正 、反脈沖 ,經(jīng) LC6D 驅(qū)動器將發(fā)生的脈沖信號進(jìn)行放大 ,以驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)回轉(zhuǎn) 。LC6C 系列自身具有脈沖控制功能 ,其控制系統(tǒng)如圖 6 所示 。使用時 ,按預(yù)先設(shè)定的位置和運(yùn)動速度 ,由 PLC 等發(fā)送開關(guān)指令 ,擊活 LC6C 內(nèi)部相應(yīng)的地址號 ,由 PLC 產(chǎn)生正 、反脈沖 ,并將其放大 ,驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)回轉(zhuǎn) 。此驅(qū)動器最多可實(shí)現(xiàn) 28 個點(diǎn)的準(zhǔn)確定位 。

2 　導(dǎo)軌一體型電動執(zhí)行器 LTF 系列LTF 系列電動 執(zhí)行器比 LX ※、LJ1 和 LG1 系列的結(jié)構(gòu)簡單 、安裝空間小 、質(zhì)量輕 、滑臺行走精度高 ( 參見表 2) 。

它采用臺座型直線導(dǎo)軌 ,即臺座與直線導(dǎo)軌為一體化結(jié)構(gòu) 。螺母與滑 臺也一 體化 。其結(jié)構(gòu) 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(jī)帶動進(jìn)給螺桿回轉(zhuǎn) ,通過螺母推動滑臺沿臺座型直線導(dǎo)軌作往復(fù)直線運(yùn)動 。其主要 規(guī)格如表 3 所示 ,垂直安裝時 ,電動機(jī)應(yīng)帶制動器 。

3 　無需程序設(shè)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(jī)驅(qū) 動齒輪傳送帶 ,通過移動體來帶動滑臺沿兩種導(dǎo)軌 ( M Y2C 為凸輪隨動導(dǎo)軌 、M Y2H 為高精度直線導(dǎo)軌 ) 作往復(fù)直線運(yùn)動 。其外形及各部分名稱如圖 8 所示 。其驅(qū)動部與導(dǎo)向部可以分開 ,見圖 9。控制器部也可從驅(qū)動部分開 ,以提高維護(hù)性 ,且使用方便 。即可手提控制器 ,在隨意的場所資料的設(shè)定 ?？刂破鞑渴请?動缸的控制 、設(shè)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(qū)動指令信號 ( 如向電動機(jī)端驅(qū)動 、向末端驅(qū)動 、向中間位置驅(qū)動 ) 及非常停止信號 ( 由 PLC 、PC 等發(fā)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(qū)動異常 、溫度異常 、行程異常 、電動機(jī)異常和 控制器異常 ) 和 READY信號 。驅(qū)動部與導(dǎo)向部要安裝成一體時 ,將 驅(qū)動部的移動體插入導(dǎo) 向部的滑臺上 ,再均勻緊固 驅(qū)動部的 4個固定螺釘便可 。

氣動比例技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域日趨廣泛 。從 2002 年開始 ,我公司生產(chǎn)的數(shù)控激光切割機(jī)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(shù)是近 20 年來發(fā)展起來的 一項(xiàng)高新技術(shù) ,它已廣泛應(yīng)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(yīng)用領(lǐng)域還在不斷地被開發(fā) 。

數(shù)控激光切割機(jī)是把激光作為一種加工手段對金屬和非金屬板材進(jìn)行零件加工 ,通過數(shù)控系統(tǒng)控制 X 軸和 Y 軸的伺服電動機(jī)來完成平面的復(fù)合運(yùn)動 ,激光通過數(shù)控機(jī)床上的反射鏡片和聚焦鏡片在板材上對圖形進(jìn)行切割 ,對不同板厚的金屬板材來說 ,切割的工藝參數(shù)是不一樣的 ,工藝參數(shù)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?dú)?,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(shù) ( 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(jìn)行 。第一步沿被切割圖形的輪廓用激光打孔 ,為保證切割質(zhì)量 ,防止蹦孔 ,激光應(yīng)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(shè) 定在 0. 08 ～0. 1 M Pa。第二步激光切割 ,當(dāng)鋼板被打穿后 ,數(shù)控系統(tǒng)將激光從脈沖波轉(zhuǎn)換為連續(xù)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(jù)板厚而定 。

在原來的數(shù)控系統(tǒng)中是用兩個減壓閥和兩個二位二通電磁閥進(jìn)行氣體壓力設(shè)定和控制 ,其中一個減壓閥設(shè)定為低壓 ,另一個減壓閥設(shè)定為高壓 ,分別通過二位二通電磁閥控制通斷 。數(shù)控激光切割機(jī)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(shè)定只能用手動調(diào)壓 。氣動原理如圖 1 所示 。