數控沖床是集機、電、液于一體的前沿產品，廣泛用于各類金屬薄板零件加工，是一次性自動完成多種復雜孔型和淺拉深成型的板材加工關鍵設備。有一種基于2D高頻數字閥的液壓控制系統方案可用于切削頻率為1000次/min的高端數控沖床。
(1)工況：
該高速數控沖床液壓裝置直接裝在沖頭上，控制沖頭完成沖孔、壓印、彎曲、成型等工藝。要求該液壓裝置可以控制滑塊的上、下運動速度和停滯位移連續可控，實現空程快速下行、慢速沖壓、快速回程;可以控制沖壓力的大小，并在整個行程中提供的工作壓力;沖壓頻率高，也即是要求可以設定沖裁加工工藝的速度、位置以及沖壓力的大小等參數。沖壓頻率與沖壓行程、沖壓板厚等參數有關，直接影響數控沖床的生產效率，針對沖壓頻率為1000次/min的液壓系統進行設計。該液壓系統其他參數為活塞行程40mm，沖壓力330kN.工作行程5mm，沖裁板厚1mm。
(2)核心控制元件
高速數控沖床液壓系統具有壓力高、流量大、頻率高的特點，其設計的關鍵是液壓核心控制元件和控制策略。數控沖床的伺服驅動技術發展趨勢是全數字化，全數字化不僅包括伺服驅動內部控制的數字化、伺服驅動到數控系統接口的數字化，而且還應該包括測量單元數字化。電液數字控制的實現方法一般有兩種:采用伺服閥或比例閥的傳統的間接數字控制模式和采用2D高頻數字閥的新型的直接數字控制模式。前者需D/A轉換接口，具有系統復雜、價錢昂貴、維護麻煩、溫漂、零漂、滯環等缺點;后者無須D/A轉換接口，具有重復精度高、無滯環、抗污染能力強等優點。2D高頻數字閥的結構簡單，換向可靠，抗污染能力強，具有重復精度高、無滯環的優點，利于得到高的頻率，可實現直接數字化控制，工作壓力為40MPa，公稱流量為400L/min，響應時間3ms，頻寬200Hz，是高速數控沖床液壓系統控制元件的比較好選擇，故該液壓系統采用2D高頻數字閥作為核心控制元件。
(3)系統方案
考慮到該沖床在工作進給時負載較大，速度較低，而在快進、快退時負載較小，速度較高，從節省能量、減少發熱考慮，泵源系統宜選用高、低壓雙泵供油。此外為了更大幅度地調節快進、快退時的速度，實現快速沖壓，同時也為了減小油缸活塞的直徑，該液壓系統采用液動閥控制的差動連接。另外在進油路中采用蓄能器儲存能量，補償油缸快速下行時的流量。考慮到換向、機械沖擊在管路內會產生壓力尖峰，產生噪聲，在回油路中采用蓄能器吸收這些沖擊，實現換向以及運行平穩并降低噪聲。根據以上分析確定的液壓原理如圖所示。
高速數控沖床液壓系統控制原理圖
1- 高壓泵;2-低壓泵;3-順序閥;4.6-單向閥;5-溢流閥;7.11-蓄能器;8-液動閥;9-2D高頻數字閥;10-油缸;12-電磁閥;13-過濾器;14-油箱
(4)結論
液壓控制系統采用2D高頻伺服閥作為核心控制元件。 響應頻率高達1000次/min，直接通過改變2D高頻數字閥的閥芯轉速，也即改變閥芯旋轉速度驅動步進電動機1來改變整個液壓系統的頻率，使得該液壓系統更具柔性。該 2D 高頻伺服閥直接由步進電動機驅動，無須D/A轉換，直接將輸入信號轉換為與步數成比例的閥輸出信號，實現了完全數字控制，控制重復精度高、無滯環，系統結構簡單。此外，該液壓控制系統能設定沖頭的上死點、下死點、工作行程以及油缸輸出載荷大小。
