一种高精度伺服压力机的液压缓冲回路系统及压力机

本申请涉及压力机制造与控制，特指一种高精度伺服压力机的液压缓冲回路系统及压力机。

背景技术：

1、伺服压力机是现代精密锻造和冲压成型工艺中的核心装备。在进行精密冲压作业时，伺服压力机的滑块带动上模具高速下行。在模具接触工件并对下工作台进行冲压的瞬间，会产生巨大的机械冲击能量。为了保护模具和机床结构，现有的伺服压力机通常在下工作台配备液压缓冲垫回路。该回路主要通过液压缸持续压缩液压油，并利用溢流阀的节流泄压作用来吸收和耗散破坏性动能。

2、然而，该类常规液压缓冲系统在实际高频冲压场景中存在明显缺陷。在连续的高频压缩与节流泄压工况下，由于油液的内摩擦和节流发热，会导致液压油温度快速且持续地上升。液压油的体积弹性模量和粘度受温度影响会发生显著改变，不可避免地导致液压油发生受热膨胀。在冲压工艺末端至关重要的保压定型阶段，这种受热产生的体积微小膨胀会转化为了内部压力的增加，进而直接推动缓冲活塞向上产生不受控的微小位移。这种现象引起了液压缓冲特性的严重热漂移，致使伺服压力机下死点的最终物理定位精度难以维持在±0.01mm以内，导致高精密工件产生大量次品。针对这种由液压油温升引起的微米级热漂移问题，传统机械式液压缓冲回路难以实现主动式的精确补偿。

技术实现思路

1、本申请解决的技术问题是提供一种高精度伺服压力机的液压缓冲回路系统及压力机，用于消除高频冲压工况下液压油温升引起的容积膨胀问题，解决由此造成的微米级定位偏差缺陷。

2、为解决上述技术问题，本申请第一方面提供了一种高精度伺服压力机的液压缓冲回路系统。该系统包括双级缓冲执行机构，该双级缓冲执行机构包括主缸体、滑动连接在所述主缸体内的主缓冲活塞，以及同轴套设在所述主缓冲活塞内部的微调活塞。所述主缓冲活塞的下端面与所述主缸体的内底壁合围形成主缓冲油腔，所述微调活塞的下端面与所述主缓冲活塞内部的空腔底壁合围形成微调缓冲油腔。该系统还包括比例溢流阀组，所述主缓冲油腔连通至所述比例溢流阀组。该系统还包括压电微容积补偿总成，其包括补偿副缸体、滑动密封配置在所述补偿副缸体内的补偿柱塞，以及与所述补偿柱塞连接的压电叠堆执行器。所述补偿副缸体内腔连通至所述微调缓冲油腔。该系统还包括温度传感器，安装于所述微调缓冲油腔内壁。该系统还包括控制器，与所述温度传感器和所述压电叠堆执行器电性连接。所述控制器被配置为接收所述温度传感器采集的油温数据，根据所述油温数据计算液压油的热膨胀体积，并输出控制电压驱动所述压电叠堆执行器带动所述补偿柱塞回缩以扩大所述补偿副缸体内腔的容积。

3、可选地，所述主缓冲活塞的外侧壁与所述主缸体的内侧壁之间设置有主密封组件。所述微调活塞的外侧壁与所述主缓冲活塞内部空腔的侧壁之间设置有微调密封组件。所述微调缓冲油腔与所述主缓冲油腔通过所述主缓冲活塞的实体结构进行完全物理隔离。

4、可选地，所述主缓冲活塞内部设置有阶梯状的同轴导向孔。所述微调活塞包括依次连接的导向段和工作段。所述导向段的外径匹配滑动于所述同轴导向孔的上部大径段。所述工作段延伸至所述同轴导向孔的下部小径段并与所述主缓冲活塞内部空腔底壁合围形成所述微调缓冲油腔。所述微调密封组件包括嵌设于所述同轴导向孔内壁的至少两道聚四氟乙烯挡圈和设置于两道所述聚四氟乙烯挡圈之间的弹性橡胶o型圈。所述微调活塞的工作行程处于全部所述聚四氟乙烯挡圈的轴向跨度范围内。

5、可选地，所述压电叠堆执行器的输出端与所述补偿柱塞的一端同轴刚性连接。所述补偿柱塞的另一端延伸至所述补偿副缸体内腔中与液压油接触。所述压电叠堆执行器的最大主动回缩行程设定为第一阈值。

6、可选地，所述压电微容积补偿总成还包括预紧外壳和碟形弹簧组。所述压电叠堆执行器和所述补偿柱塞均设置于所述预紧外壳内。所述预紧外壳的一端法兰连接于所述补偿副缸体，所述预紧外壳的另一端设置有配备调节螺纹的端盖。所述碟形弹簧组套设于所述补偿柱塞的外部，且两端分别抵接于所述预紧外壳的内部台阶和所述补偿柱塞外壁设置的凸缘上。所述碟形弹簧组配置为对所述补偿柱塞施加背离所述微调缓冲油腔方向的轴向推力。

7、可选地，所述温度传感器采用铂电阻温度传感器。所述温度传感器的探头穿透所述主缓冲活塞的侧壁裸露于所述微调缓冲油腔内部区域。

8、可选地，所述控制器中内置有液压油的热膨胀特性数学模型。所述控制器通过比较所述油温数据与初始基准温度获得温度变化量，并结合所述微调缓冲油腔和所述补偿副缸体内腔的初始总容积计算所述热膨胀体积。

9、可选地，所述控制器还配置有位移计算模块和电压转换模块。所述位移计算模块被配置为根据所述热膨胀体积除以所述补偿柱塞的横截面积，计算出基础目标回缩位移量。所述位移计算模块利用预先标定的压力补偿系数对所述基础目标回缩位移量进行修正，生成补偿压缩变形后的位移修正量。所述电压转换模块根据压电逆效应的迟滞非线性特性曲线，将所述位移修正量转换为非线性的驱动电压脉冲并输出至所述压电叠堆执行器。

10、为解决上述技术问题，本申请第二方面提供了一种控制方法，应用于上述第一方面所述的高精度伺服压力机的液压缓冲回路系统。该方法包括：接收所述温度传感器采集的微调缓冲油腔内的实时油温数据。计算所述实时油温数据与初始基准温度之间的温度变化量。根据所述温度变化量、液压油的体积膨胀系数以及所述微调缓冲油腔的基础容积，计算因受热产生的热膨胀体积量。依据所述热膨胀体积量和所述补偿柱塞的有效截面积，确定所述补偿柱塞的目标补偿位移。生成与所述目标补偿位移对应的控制电压指令。输出所述控制电压指令至所述压电微容积补偿总成的压电叠堆执行器，驱动所述补偿柱塞回缩对应距离。

11、为解决上述技术问题，本申请第三方面提供了一种高精度伺服压力机。该高精度伺服压力机包括上述第一方面所述的高精度伺服压力机的液压缓冲回路系统。

12、综上所述，本申请实施例提供的液压缓冲回路系统及控制方法，通过创新的同轴套设双级缓冲物理结构，分别形成了独立的主缓冲油腔和微调缓冲油腔。这种双级结构实现了大冲程动能吸收和微冲程热漂移调节的完全物理隔离，使得压电执行元件免受硬性机械冲击的损坏。本申请增设了闭环响应的压电微容积补偿回路，利用温度反馈结合内部热膨胀容积计算模型，动态驱动压电叠堆执行器进行补偿。通过扩大补偿副缸体内的容积精确抵消由于高频泄压发热导致的液压油热膨胀体积，使得微调活塞在保压阶段的机械位置能够严格保持恒定。通过这种动能吸收与微米级主动补偿的深度耦合协同配合，成功突破了传统节流缓冲回路难以克服的热漂移瓶颈，实现了伺服压力机下死点的微米级高精度定点控制，降低了精密冲压成型工艺的废品率。

1.一种高精度伺服压力机的液压缓冲回路系统，其特征在于，包括：双级缓冲执行机构，包括主缸体、滑动连接在所述主缸体内的主缓冲活塞，以及同轴套设在所述主缓冲活塞内部的微调活塞；所述主缓冲活塞下端面与所述主缸体内底壁合围形成主缓冲油腔，所述微调活塞下端面与所述主缓冲活塞内部空腔底壁合围形成微调缓冲油腔；比例溢流阀组，所述主缓冲油腔连通至所述比例溢流阀组；压电微容积补偿总成，包括补偿副缸体、滑动密封配置在所述补偿副缸体内的补偿柱塞，以及与所述补偿柱塞连接的压电叠堆执行器；所述补偿副缸体内腔连通至所述微调缓冲油腔；温度传感器，安装于所述微调缓冲油腔内壁；控制器，与所述温度传感器和所述压电叠堆执行器电性连接，所述控制器被配置为接收所述温度传感器采集的油温数据，根据所述油温数据计算液压油的热膨胀体积，并输出控制电压驱动所述压电叠堆执行器带动所述补偿柱塞回缩扩大所述补偿副缸体内腔的容积。

2.如权利要求1所述的高精度伺服压力机的液压缓冲回路系统，其特征在于，所述主缓冲活塞的外侧壁与所述主缸体的内侧壁之间设置有主密封组件；所述微调活塞的外侧壁与所述主缓冲活塞内部空腔的侧壁之间设置有微调密封组件；所述微调缓冲油腔与所述主缓冲油腔通过所述主缓冲活塞的实体结构进行完全物理隔离。

3.如权利要求2所述的高精度伺服压力机的液压缓冲回路系统，其特征在于，所述主缓冲活塞内部设置有阶梯状的同轴导向孔；所述微调活塞包括依次连接的导向段和工作段；所述导向段的外径匹配滑动于所述同轴导向孔的上部大径段，所述工作段延伸至所述同轴导向孔的下部小径段并与所述主缓冲活塞内部空腔底壁合围形成所述微调缓冲油腔；所述微调密封组件包括嵌设于所述同轴导向孔内壁的至少两道聚四氟乙烯挡圈和设置于两道所述聚四氟乙烯挡圈之间的弹性橡胶o型圈，所述微调活塞的工作行程处于全部所述聚四氟乙烯挡圈的轴向跨度范围内。

4.如权利要求1所述的高精度伺服压力机的液压缓冲回路系统，其特征在于，所述压电叠堆执行器的输出端与所述补偿柱塞的一端同轴刚性连接，所述补偿柱塞的另一端延伸至所述补偿副缸体内腔中与液压油接触，所述压电叠堆执行器的最大主动回缩行程设定为第一阈值。

5.如权利要求4所述的高精度伺服压力机的液压缓冲回路系统，其特征在于，所述压电微容积补偿总成还包括预紧外壳和碟形弹簧组；所述压电叠堆执行器和所述补偿柱塞均设置于所述预紧外壳内；所述预紧外壳的一端法兰连接于所述补偿副缸体，所述预紧外壳的另一端设置有配备调节螺纹的端盖；所述碟形弹簧组套设于所述补偿柱塞的外部，且两端分别抵接于所述预紧外壳的内部台阶和所述补偿柱塞外壁设置的凸缘上；所述碟形弹簧组配置为对所述补偿柱塞施加背离所述微调缓冲油腔方向的轴向推力。

6.如权利要求1所述的高精度伺服压力机的液压缓冲回路系统，其特征在于，所述温度传感器采用铂电阻温度传感器，所述温度传感器的探头穿透所述主缓冲活塞的侧壁裸露于所述微调缓冲油腔内部区域。

7.如权利要求1所述的高精度伺服压力机的液压缓冲回路系统，其特征在于，所述控制器中内置有液压油的热膨胀特性数学模型，所述控制器通过比较所述油温数据与初始基准温度获得温度变化量，并结合所述微调缓冲油腔和所述补偿副缸体内腔的初始总容积计算所述热膨胀体积。

8.如权利要求7所述的高精度伺服压力机的液压缓冲回路系统，其特征在于，所述控制器还配置有位移计算模块和电压转换模块；所述位移计算模块被配置为根据所述热膨胀体积除以所述补偿柱塞的横截面积，计算出基础目标回缩位移量；所述位移计算模块利用预先标定的压力补偿系数对所述基础目标回缩位移量进行修正，生成补偿压缩变形后的位移修正量；所述电压转换模块根据压电逆效应的迟滞非线性特性曲线，将所述位移修正量转换为非线性的驱动电压脉冲并输出至所述压电叠堆执行器。

9.一种控制方法，应用于如权利要求1至8中任一项所述的高精度伺服压力机的液压缓冲回路系统，其特征在于，包括：接收所述温度传感器采集的微调缓冲油腔内的实时油温数据；计算所述实时油温数据与初始基准温度之间的温度变化量；根据所述温度变化量、液压油的体积膨胀系数以及所述微调缓冲油腔和所述补偿副缸体内腔的初始总容积，计算因受热产生的热膨胀体积量；依据所述热膨胀体积量和所述补偿柱塞的有效截面积，确定所述补偿柱塞的目标补偿位移；生成与所述目标补偿位移对应的控制电压指令；输出所述控制电压指令至所述压电微容积补偿总成的压电叠堆执行器，驱动所述补偿柱塞回缩对应距离。

10.一种高精度伺服压力机，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的高精度伺服压力机的液压缓冲回路系统。