数控冲床是集机、电、液于一体的前沿产品，广泛用于各类金属薄板零件加工，是一次性自动完成多种复杂孔型和浅拉深成型的板材加工关键设备。有一种基于2D高频数字阀的液压控制系统方案可用于切削频率为1000次/min的高端数控冲床。

(1)工况：

     该高速数控冲床液压装置直接装在冲头上，控制冲头完成冲孔、压印、弯曲、成型等工艺。要求该液压装置可以控制滑块的上、下运动速度和停滞位移连续可控，实现空程快速下行、慢速冲压、快速回程;可以控制冲压力的大小，并在整个行程中提供的工作压力;冲压频率高，也即是要求可以设定冲裁加工工艺的速度、位置以及冲压力的大小等参数。冲压频率与冲压行程、冲压板厚等参数有关，直接影响数控冲床的生产效率，针对冲压频率为1000次/min的液压系统进行设计。该液压系统其他参数为活塞行程40mm，冲压力330kN.工作行程5mm，冲裁板厚1mm。

(2)核心控制元件

      高速数控冲床液压系统具有压力高、流量大、频率高的特点，其设计的关键是液压核心控制元件和控制策略。数控冲床的伺服驱动技术发展趋势是全数字化，全数字化不仅包括伺服驱动内部控制的数字化、伺服驱动到数控系统接口的数字化，而且还应该包括测量单元数字化。电液数字控制的实现方法一般有两种:采用伺服阀或比例阀的传统的间接数字控制模式和采用2D高频数字阀的新型的直接数字控制模式。前者需D/A转换接口，具有系统复杂、价钱昂贵、维护麻烦、温漂、零漂、滞环等缺点;后者无须D/A转换接口，具有重复精度高、无滞环、抗污染能力强等优点。2D高频数字阀的结构简单，换向可靠，抗污染能力强，具有重复精度高、无滞环的优点，利于得到高的频率，可实现直接数字化控制，工作压力为40MPa，公称流量为400L/min，响应时间3ms，频宽200Hz，是高速数控冲床液压系统控制元件的比较好选择，故该液压系统采用2D高频数字阀作为核心控制元件。

(3)系统方案

     考虑到该冲床在工作进给时负载较大，速度较低，而在快进、快退时负载较小，速度较高，从节省能量、减少发热考虑，泵源系统宜选用高、低压双泵供油。此外为了更大幅度地调节快进、快退时的速度，实现快速冲压，同时也为了减小油缸活塞的直径，该液压系统采用液动阀控制的差动连接。另外在进油路中采用蓄能器储存能量，补偿油缸快速下行时的流量。考虑到换向、机械冲击在管路内会产生压力尖峰，产生噪声，在回油路中采用蓄能器吸收这些冲击，实现换向以及运行平稳并降低噪声。根据以上分析确定的液压原理如图所示。

高速数控冲床液压系统控制原理图

1-     高压泵;2-低压泵;3-顺序阀;4.6-单向阀;5-溢流阀;7.11-蓄能器;8-液动阀;9-2D高频数字阀;10-油缸;12-电磁阀;13-过滤器;14-油箱

(4)结论

      液压控制系统采用2D高频伺服阀作为核心控制元件。 响应频率高达1000次/min，直接通过改变2D高频数字阀的阀芯转速，也即改变阀芯旋转速度驱动步进电动机1来改变整个液压系统的频率，使得该液压系统更具柔性。该 2D 高频伺服阀直接由步进电动机驱动，无须D/A转换，直接将输入信号转换为与步数成比例的阀输出信号，实现了完全数字控制，控制重复精度高、无滞环，系统结构简单。此外，该液压控制系统能设定冲头的上死点、下死点、工作行程以及油缸输出载荷大小。