磁致伸缩位移传感器在精锻机夹头中的应用

磁致伸缩位移传感器在精锻机夹头中的应用
作者：王飞伟；朱秦岭；杨鹏飞；张少林；何宾；





       精锻机即径向精密锻造机，是一种高频次的精密锻压设备，主要以工业控制计算机作为主控制单元，将 CNC 技术和数字控制技术相结合，通过对现场各传感器采集的数值与各编码器反馈数值进行模数转换和计算，经主控单元与目标程序对比计算，输出不同命令到液压伺服油缸系统、液压伺服马达旋转系统、气动双向运动机构等来实现目标程序所需的执行动作，统一组成精锻机整体的闭环控制系统，实现精锻机的全自动化高精度锻造。锻造基体分为主机和夹头两大部分，主机包含齿轮传动箱体和锻造箱体，齿轮传动箱体用来实现 4 组大齿轮的锻造动力的均匀分散传动，锻造箱体用来完成工件的均匀锻造，主机两侧装配有大位移、长度不等的夹头，该夹头的位移值准确，根据主机锻造节奏可实时快速调节进给速度，从而完成工件的高质量的锻造。

 

夹头移动控制原理

    精锻机工作时，一台主电机驱动 4 组互对称的锤头对工件进行高频次锻打，同时主机两侧的夹头夹持住工件，按照预设程序进行往返移动来完成工件的锻造。由于每批次工件起始加工长度的多样性以及工件材料的特殊性，对于不同直径的工件，在不同道次锻造时要设定不同的变形量以及进给速度，从而确保锻造后工件的材料组织性能的一致性和稳定性。因此在整个精锻机锻造过程的控制中，对主机两侧夹头轴向往返夹持移动有着非常严格的控制精度的要求，要求保证在 0.1mm 以内。精锻机夹头轴向移动实时控制系统由上位机、CNC 控制器、数模转换板卡、液压伺服阀、夹头液压油缸、磁致伸缩位移传感器等组成，位移传感器轴向安装在夹头基体下部的导轨外侧，夹头轴向移动由伺服液压油缸进行推动。

 

    位移传感器实时检测夹头的位移值，并作为反馈信号送入 CNC 控制器，CNC 控制器对目标位移值和实际反馈位移值比对计算后，输出数字量控制信号，该信号经数模转换板卡，把数字量信号转换为模拟量信号，并输出给液压伺服阀，液压伺服阀根据输入信号的大小实时调节腔体液压油流量的多少，从而驱动夹头液压油缸伸缩完成整个夹头的轴向移动。精锻机高精度的锻造性能离不开夹头轴向移动的高精度，而夹头轴向移动的高精度就必然要求作为反馈环节的位移传感器也拥有准确的检测性能和特性参数。根据位移传感器的测量原理，常见的位移传感器大致可分为磁致伸缩式、差动变压器式、电感式、编码器式、超声波式和电阻式等。考虑到工业现场电磁干扰的复杂性，温湿度情况不稳定、现场震动大及油污粉尘多等恶劣因素，尤其是精锻机主机两侧夹头 5m和 7m 长位移数值的实时准确的检测需求，通过综合考虑，选用了磁致伸缩位移传感器作为核心测量元件。该传感器的感应元件与测量介质之间不直接接触，长期使用后不存在磨损的情况，且线性度高、迟滞特性和重复性好、可靠性高，非常适合工业锻造现场的使用环境，诸多优点完全优于其它类型的位移传感器，这些就严格保证了精锻机夹头移动位移的实时稳定的检测效果。

夹头位移检测原理

     夹头位移检测由磁致伸缩位移传感器来实现，其分为波导管、电路单元和位置磁铁 3 个部分。波导管由可弯曲的柔性外管保护并封装成一体，沿轴向安装在夹头床身下方的不锈钢套管内；电路单元固定在夹头床身端部；位置磁铁安装在精锻机夹头基体下部，跟随夹头基体一起轴向往复移动。当夹头末端的电路单元对波导管施加一定的电流激励脉冲后，电流脉冲就沿波导管向锻造主机方向传播，伴随产生一个围绕波导管的环形磁场，与此同时，夹头基体上的位置磁铁也会产生一个平行于波导管的磁场。根据磁致伸缩效应，在两磁场相遇处会产生扭力应变脉冲，这个应变脉冲以固定速度分别向波导管两端传播，其中传播到主机箱体侧无用的波被端部的阻尼消除掉，而有效的返回脉冲传播到电路单元内部参与计算，从而计算出位置磁铁的位移。精锻机主机右侧夹头选用的是磁致伸缩位移传感器，完全满足夹头双向移动时对精度检测的实时要求。

 

 

  磁致伸缩位移传感器在精锻机夹头位移检测中的应用，保证了设备运行的高精度和可靠性，节约大量宝贵的维修时间和检修成本，加快了进口设备技术的消化吸收与改造的步伐，促进了后续的设备管理与维修工作。





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