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英国BSA公司生产的SPEEDTUEN4200多滑体数控棒料车床zui大可配置七轴，其中五个轴是用比例伺服阀与线性光栅尺配合使用，实现滑体单闭环反馈控制。对于小规格、多轴机床，如果使用伺服电动机控制很难布置，利用比例阀与线性光栅尺解决了这个问题。机械结构简单，所占空间小，价格性能比小于伺服电动机控制，是机床行业多轴控制较理想的一种方法。国越贸易小编整理报道

1．伺服比例阎与放大器

伺服比例阀是把指令输入电压(通常10V)无级变换为成比例的液压输出信号。控制比例阀的流量或压力实现执行元件（液压缸）的运动。伺服比例阀与放大器框图如图69所示。

从图69中很容易看出指令电压与由被控量转换成的机械位移相比较，它们的差值（即控制偏差）传给由信号转换部分与功率放大部分组成的液压操作器。液压操作器的输出及控制比例阀，控制供人液压执行元件压力油的方向与流量，使被控对象沿控制偏差减小的方向动作。另外，当要求液压驱动系统的效率较高时，也有用控制阀改变泵输出流量和输出方向，从而控制供人液压执行元件的流量。流量与指令电压的曲线图如图70所示。

从图70中可以看出，指令电压与流量Q成正比。伺服比例阀与放大器构成了一个电压图70流量与指令电压曲线（无补偿）（或电流）与流量（或压力）的单闭环系统。由于采用液压作为驱动部件，发挥了液压驱动部分的力矩惯量比很大这个优点，同时信号的传递与运算采用电气控制，叉克服了液压这些方面的缺点，所以具有提高精度、衰减干扰、快速响应等优点。

伺服比例阀的压力流量特性可以近似表达为

式中：Q_m为负载流量；Kx为比例阀的流量增益；K_P0为K_x与零点压力增益K_px之比K_x/K_px求得；p_m为液压缸压差,p_s为供油压力,X为比例阀心位移。

而在直线良好的范围内为

Q_m=K_xX-K_Pp_m

伺服比例放大器可以对滞后等因素进行补偿，基本实现模拟电压与流量成线性关系。

2．数控机床采用伺服比例阀与光栅尺组合实现直线运动

国内外大部分机床厂采用数控系统和伺服放大器、伺服电动机通过滚珠丝杠实现机床直线运动。有两种情况：一种是利用伺服电动机内部编码器实现速度和位置反馈，通过伺服电动机旋转的角度换算成丝杠螺距实现半闭环直线运动；另一种是通过电动机旋转带动丝杠使用光栅尺作为位置反馈，实现单闭环直线运动。在数控机床上采用伺服比例阀替代伺服电动机，用液压缸替代丝杠，利用光栅尺作为单闭环位置控制系统，国内生产厂很少使用。现以BOSCH公司生产的伺服比例阀(BO811404046)为例，说明该系统的构成。伺服比例阀(BO811404046)系统框图如图71所示。模拟电压U_E与流量Q_PA线性关系图如图72所示。

从伺服比例阀(BO811404046)系统框图可以看出，Z2、Z16、B2、B12提供给放大器一个直流24V电源。Z20、B22是CNC供给放大器一个可连续变动的模拟电压，B8、B6是通过放大器的放大控制比例阀心位移，B30、R24、Z30、B22是阀心位置负反馈，ZA+、ZA-、ZB+、ZB-是一个CNC数控系统接收光栅尺位置负反馈。首先选定合适行程的液压缸，同时定购与液压缸行程相当的光栅尺，再选一个带模拟电压的数控系统。从图72可看出流量Q_PA与模拟电压U_E成正比，即Q_PA增大U_E增大，反之U_E减小Q_PA减小。在图69中，数控系统发出一个指令模拟电压输入到伺服比例阀放大器中。通过放大器放大，从B6、B8输出控制阀心的左右移动，从而控制油量的大小，即控制液压缸的位移大小。B30、B24、230、B22提供一个+15V的参考电压，实现阀心移动量的负反馈，使阀心定位。虽然伺服比例阀本身有一个位置反馈，但数控系统并不能知道其是否到位，所以在此基础之上，叉增加了一个光栅直尺。液压缸的左右移动，通过光栅直尺的位置反馈地回馈到数控系统中，这样比例阀的阀心控制是由伺服比例放大器的负反馈定位。而数控系统的运动指令又由光栅直尺作为保证，真正起到双保险作用。

利用伺服比例阀和线性光栅直尺配合使用，不但稳定可靠，而且解决了使机械设计感到特别头疼的空间局限性问题。使用此法在数控机床上可以实现多轴连续控制。系统小巧玲珑、简单可行，可以推广到各行各业，很有发展前景。