基于FluidSIM機床夾緊機構(gòu)電液系統(tǒng)仿真技術(shù)

彭海燕 李海勝

摘 要：本文主要依托對機床夾緊機構(gòu)液壓系統(tǒng)的工作原理及要求，基于FluidSIM平臺進行液壓回路和氣電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計及仿真，為系統(tǒng)的優(yōu)化提供保障。

關(guān)鍵詞：FluidSIM；機床夾緊機構(gòu)；電液系統(tǒng)仿真

1 FluidSIM仿真軟件的功能特點

FluidSIM是專門用于液壓、氣壓傳動及電液壓、電氣動的模擬仿真設(shè)計軟件。FluidSIM軟件具有專業(yè)的繪圖功能、系統(tǒng)仿真功能和綜合演示功能。其圖庫含有100多種標準液壓、氣壓及電氣元件，各元件具備實際元件的特點及功能參數(shù)。通過軟件的繪圖功能進行液壓回路的設(shè)計，通過強大的仿真功能可以對繪制好的回路進行仿真，實現(xiàn)顯示和控制回路的動作，可以幫助我們設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、效率較高的最優(yōu)回路。

2 機床夾緊機構(gòu)電液系統(tǒng)工作原理

機床夾緊機構(gòu)是組合機床裝夾工件的主要部件，其由液壓缸驅(qū)動，在電氣和液壓裝置的配合下實現(xiàn)對工件的夾緊和松開。其工作循環(huán)如圖1所示，實現(xiàn)“快進→預(yù)夾緊→夾緊→止位停止→快退→原位停止”的半自動工作循環(huán)。

機床夾緊機構(gòu)的工作過程是：當系統(tǒng)開始工作時，換向閥16油路接通，高壓油直接進入液壓缸無桿腔，系統(tǒng)快速移動；當碰到減速行程開關(guān)后，換向閥11工作，調(diào)速閥控制液壓缸的運行速度，液壓缸減速夾緊；當碰到止停開關(guān)時，液壓缸停止保持工作狀態(tài)；當時間繼電器計時結(jié)束時，液壓缸快速返回。

3 機床夾緊機構(gòu)電液系統(tǒng)仿真

3.1 液壓控制回路仿真設(shè)計

根據(jù)機床夾緊機構(gòu)系統(tǒng)原理圖，啟動FluidSIM-H，使用系統(tǒng)的標準液壓、電氣元件，在編輯狀態(tài)下建立和修改系統(tǒng)回路圖。其方法為：使用電腦鼠標從元件庫中把所需的元件拖拽到繪圖區(qū)相應(yīng)位置松開，然后根據(jù)系統(tǒng)元件連接回路。

根據(jù)機床夾緊機構(gòu)的液壓系統(tǒng)圖及工作要求，設(shè)計其液壓控制回路，如圖2所示。

3.2 電氣控制回路仿真設(shè)計

FluidSIM軟件元件庫中有大量的電氣元件：電源、開關(guān)及繼電器，同時也有各種繼電器的線圈和常閉、常開觸點等。其使用方法跟液壓回路的設(shè)計方法一樣，但這個模塊還需要完成一個功能，就是需要將電氣元件和液壓元件之間通過標簽建立起聯(lián)系。根據(jù)機床夾緊機構(gòu)的工作要求，設(shè)計其電氣控制回路，如圖3所示。

3.3 仿真

3.3.1快速進給

按下啟動按鈕，電磁鐵M1通電，先導(dǎo)電磁閥4的左位接入系統(tǒng)，由液壓源1輸出的壓力油經(jīng)先導(dǎo)電磁閥4進入液控換向閥3的左側(cè)，使液控換向閥3換至左位，同時，換向閥16下行工作，液控換向閥3右側(cè)的控制油經(jīng)閥4回油箱。

這時系統(tǒng)中油液的流動油路如下：

進油路：液壓源1→單向閥2→液控換向閥3左位→換向閥16→液壓缸左腔（無桿腔）；

回油路：液壓缸右腔→液控換向閥3左位→單向閥9→換向閥16→液壓缸左腔（無桿腔）。這時形成差動回路。因為快進時夾緊機構(gòu)液壓缸負載小，系統(tǒng)壓力低，外控順序閥10關(guān)閉，液壓缸為差動連接，所以夾緊機構(gòu)快速進給。

電氣系統(tǒng)工作：SB1常開（+）→SB2常閉（+）→KZ2常閉（+）→KZ1線圈（+）→M1（+），KZ1常開觸點（+）形成自鎖；同時KZ5常閉（+）→M4線圈（+）。

3.3.2預(yù)夾緊

進油路：液壓源1→單向閥2→液動閥3左位→調(diào)速閥12→調(diào)速閥14→液壓缸左腔（無桿腔）；

回油路：液壓缸右腔→液動閥3左位→外控順序閥10→背壓閥11一油箱。

電氣系統(tǒng)工作：SB1常開（+）→SB2常閉（+）→KZ2常閉（+）→KZ1線圈（+）→M1（+），KZ1常開觸點（+）形成自鎖；SQ1（+）→KZ4（+）→KZ3、KZ5、M3線圈（+），KZ3（+）形成自鎖，同時KZ5常閉（-）→M4線圈（-）。

3.3.3夾緊

進油、回油路線跟上步一樣，其電氣系統(tǒng)工作：上步通電不變，SQ2（+）→KT線圈（+）。

3.3.4快速退回

延時繼電器停留時間到時后，給出夾緊機構(gòu)快速退回的信號，電磁鐵M1、M3斷電，M2通電，先導(dǎo)電磁閥4的右位接入控制油路，使液動閥3右位接入主油路。同時，KZ6得電，M4得電，換向閥16接通，實現(xiàn)快速退回。

進油路：液壓源1→單向閥2→液動閥3右位（液壓源1→換向閥4右位）→液壓缸右腔；

回油路：液壓缸左腔→換向閥16→液動閥3→油箱。

電氣系統(tǒng)工作：SB1常開（+）→SB2常閉（+）→（時間繼電器KT計時完成）KT常開（+）→KZ2、KZ4、KZ6、M2線圈（+），KZ2（+）形成自鎖，同時KZ6常開（+）→M4線圈（+）。

4 結(jié)語

基于FluidSIM平臺對機床夾緊機構(gòu)電液系統(tǒng)進行液壓回路和電氣控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真，實現(xiàn)類似系統(tǒng)的綠色設(shè)計，提高設(shè)計效率節(jié)約成本；通過系統(tǒng)提供的參數(shù)設(shè)計，優(yōu)化合理的設(shè)計方案；同時，也為排除系統(tǒng)故障提供方便。

參考文獻：

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