Копировально-фрезерные станки и станки с программным управлением имеют в своем составе гидравлические усилители, которые позволяют незначительные силы (порядка 3H) ощупывающих механических систем и мощности шаговых двигателей (порядка 150 Вт) увеличивать до значений, достаточных для перемещения рабочих органов станка. Усилительное гидравлическое устройство, сообщающее ведомому звену исполнительного механизма движения, согласованные с перемещением ведущего звена чувствительного элемента, называют гидравлическим усилителем следящего привода. Обладая высокой точностью согласованных движений, надежностью работы, быстродействием, малыми размерами, большим коэффициентом усиления, усилители получили широкое распространение в гидрокопировальных станках. Незначительные силы, действующие на чувствительный элемент, позволяют использовать копиры, изготовленные не только из металла, но и из пластмасс, дерева, гипса и других легкообрабатываемых материалов.
В принципе гидравлические усилители представляет собой гидродвигатели (гидромоторы) со следящим золотником, который оказывает управляющее воздействие по принципу жесткой обратной связи на шаговый двигатель станка и движение щупа. Необходимые силы выходного звена обеспечиваются путем отбора мощности от независимого источника энергии, питающего гидроусилитель.
Гидроусилители бывают двух видов: силовые с линейным перемещением и усилители крутящих моментов. На рис. 1, а показана конструктивная схема силового усилителя с четырехкромочным золотником. В нейтральном положении четыре кромки k следящего золотника 1 совпадают с кромками выточек его корпуса (практически зазор не превышает 0,016-0,020 мм). Пружина 3 прижимает золотник к копиру 2 и удерживает его в заданном положении. Цилиндр 5 может передвигаться с суппортом, шток с поршнем неподвижны.
Рис. 1. Схемы гидроусилителей с четырехкромочным золотником
При нейтральном положении золотника магистральные каналы 4 перекрыты. Если переместить золотник вверх и удерживать его в этом положении, то через образовавшиеся кольцевые щели верхняя полость цилиндра соединится с напорной магистралью, а нижняя - со сливной. Цилиндр, а вместе с ними и корпус золотника, начнут перемещаться вверх. Они будут двигаться до тех пор, пока золотник снова не окажется в нейтральном положении. Аналогичное движение произойдет при смещении плунжера вниз. Таким образом, силовой цилиндр повторяет движения золотника 1. Задающим устройством является копир: его рабочий профиль устанавливает золотник в заданное положение (при движении по стрелке А).
Рассмотренная система обладает большой точностью воспроизведения профиля и реагирует на очень малое смещение золотника (порядка 0,025 мм). Золотник изготовляют с высокой точностью и тщательно притирают к отверстию в корпусе.
Основные параметры таких систем (точность, скорость, эффективную тяговую силу при воспроизведении профиля, жесткость и устойчивость) определяют расчетом и составлением характеристик работы.
В схеме усилителя крутящих моментов (рис. 2) в качестве силового органа применен гидромотор 4, выходной вал 5 которого соединен с исполнительным механизмом. Чувствительным элементом является крановый золотник. Втулка 2 золотника жестко соединена с левым концом вала 5, а пробка 1 - с задающим устройством 3. Масло от насоса через отверстия 6 и 10 попадает в золотник. При нейтральном положении пробки относительно втулки указанные отверстия перекрыты. Для уменьшения зоны нечувствительности гидроусилителя перекрытие выполняется минимальным (0,05-0,08 мм).
Рис. 2. Схема гидроусилителя крутящих моментов
Вращение вала гидромотора задается угловым положением пробки 1 Тогда масло из золотника через отверстия 13 и 9 поступает в гидромотор, а по отводящей трассе через отверстия 7 и 8, 11 и 12 - на слив. Вместе с валом вращается по часовой стрелке и втулка 2. Вращение ее происходит до тех пор, пока она не окажется в нейтральном положении относительно пробки. В связи с необходимостью пропуска через щели золотника масла, потребляемого гидромотором, наблюдается некоторое рассогласование поворота выходного и входного валов на угол δ. Конструкция гидроусилителей типа МГ18-1 допускает работу при значительных углах рассогласования, доходящих до 15°. Угол δ зависит от частоты вращения вала гидромотора, нагрузки и давления масла.
Для перемещения рабочих органов с помощью гидроусилителей требуются малые управляющие усилия, выполняемые обычно вручную или электродвигателями малой мощности. Если входной вал вращается от импульсного двигателя, например шагового электрического ШД-5, система работает как следящий шаговый электрогидравлический привод и применяется в системах программного управления.
Гидроусилители в станках характеризуются коэффициентом усиления, который определяется как отношение усилия или крутящего момента на выходе к значению этих параметров на входе усилителя:
k = Pвых/Pвх = Mкр.вых/Mкр.вх.
