基于FluidSIM-H的組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真

張曉霞 柳堃

摘 要：本研究利用FluidSIM-H軟件對(duì)組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和仿真，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)的可行性和有效性，有助于提高工作人員對(duì)液壓系統(tǒng)和電氣控制的認(rèn)識(shí)和實(shí)際應(yīng)用能力，使設(shè)計(jì)更貼近生產(chǎn)實(shí)際。該軟件為液壓系統(tǒng)的改進(jìn)和更新提供了技術(shù)保證，為生產(chǎn)中處理異常情況提供了一個(gè)理論解決的途徑。

關(guān)鍵詞：組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái);FluidSIM-H;設(shè)計(jì);仿真

中圖分類號(hào)：TB24文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）29-0030-03

Abstract： This study used FluidSIM-H software to design and simulate the hydraulic system of the power sliding table of modular machine tool， and verified the feasibility and effectiveness of the designed hydraulic system， which helped to improve the staff's understanding and practical application ability of hydraulic system and electrical control， and made the design closer to the actual production. The software provides a technical guarantee for the improvement and update of the hydraulic system， and provides a theoretical solution for handling abnormal situations in production.

Keywords： power sliding table of modular machine tool;FluidSIM-H;design;simulation

組合機(jī)床作為一種高效率的專用機(jī)床，在大批、大量機(jī)械加工的生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，而液壓和氣壓傳動(dòng)技術(shù)是組合機(jī)床機(jī)械的重要組成部分。組合機(jī)床中工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)都是通過(guò)液壓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，液壓系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作靈活、操作方便、調(diào)速范圍大、可無(wú)級(jí)調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)[1]，因此液壓系統(tǒng)在組合機(jī)床中得到了廣泛的應(yīng)用。

液壓控制系統(tǒng)是由機(jī)械裝置、液壓控制回路、電氣控制系統(tǒng)、PLC和計(jì)算機(jī)等綜合組成的現(xiàn)代新型自動(dòng)化控制系統(tǒng)，是現(xiàn)代控制技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)合的重要產(chǎn)物之一[2]。利用FluidSIM軟件進(jìn)行液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的模擬仿真，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)回路中存在的顯性或隱性問(wèn)題，以便修改設(shè)計(jì)回路，縮短設(shè)計(jì)周期[3-4]。本文應(yīng)用FluidSIM-H軟件對(duì)組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真，動(dòng)態(tài)地展示了工作臺(tái)的工作過(guò)程。

1 軟件介紹

FluidSIM軟件是一款專門(mén)用來(lái)模擬仿真液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的軟件[5-6]。軟件分為兩個(gè)，其中的FluidSIM-H軟件用于液壓系統(tǒng)仿真，而FluidSIM-P軟件用于氣壓系統(tǒng)仿真。軟件的圖形庫(kù)包含大部分的液壓（或氣壓）元件，只需要新建文件，用鼠標(biāo)左鍵把所需的元件拖到空白的繪圖區(qū)域，然后用油管（或氣管）連接管路即可。在軟件中還可以設(shè)計(jì)和液壓系統(tǒng)配套的電氣控制圖，只需要把液壓設(shè)計(jì)圖中的元件和電氣控制圖中的元件用標(biāo)簽關(guān)聯(lián)即可進(jìn)行模擬仿真。

2 組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 液壓回路的設(shè)計(jì)

組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓控制系統(tǒng)要求能實(shí)現(xiàn)快進(jìn)→工進(jìn)→快退→停止的工作循環(huán)過(guò)程。由于組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)主要完成直線運(yùn)動(dòng)，因此液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件為液壓缸。根據(jù)組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)的功能和工作要求，為了減少成本，該組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓控制系統(tǒng)采用雙泵供油的方式，用液控順序閥實(shí)現(xiàn)低壓大流量泵卸荷，用直動(dòng)式溢流閥控制高壓小流量泵的供油壓力。雙泵供油與單泵供油相比較，在工進(jìn)時(shí)系統(tǒng)效率比較小。考慮到組合機(jī)床用于鉆孔加工，對(duì)位置定位精度要求較高，本設(shè)計(jì)采用了壓力繼電器，當(dāng)滑臺(tái)碰上死擋鐵后，系統(tǒng)壓力升高，壓力繼電器發(fā)出快退信號(hào)，操作電磁換向閥換向。利用FluidSIM-H軟件設(shè)計(jì)出的液壓系統(tǒng)如圖1所示。該液壓系統(tǒng)主要由液壓泵、單向閥、背壓閥、溢流閥、換向閥、調(diào)速閥、壓力繼電器、行程閥等組成。

2.2 電氣控制回路的設(shè)計(jì)

FluidSIM-H軟件除了可以對(duì)液壓系統(tǒng)回路進(jìn)行設(shè)計(jì)，還可以對(duì)液壓系統(tǒng)回路相配套的電氣控制回路進(jìn)行設(shè)計(jì)。只要把電氣控制回路和液壓系統(tǒng)回路用標(biāo)簽關(guān)聯(lián)起來(lái)，電氣控制回路就可以對(duì)液壓系統(tǒng)回路進(jìn)行控制。組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)回路的動(dòng)作需要電氣控制回路發(fā)出信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)組合動(dòng)作要求和電氣控制回路的設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)的電氣控制回路如圖2所示;再利用FluidSIM-H軟件的自動(dòng)關(guān)聯(lián)功能把組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)中的電磁換向閥1YA和2YA與相對(duì)應(yīng)的電氣控制回路中的電氣元件電磁線圈1YA和2YA關(guān)聯(lián)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

2.2.1 快進(jìn)。按下起動(dòng)按鈕SB2，電磁換向閥7的電磁鐵1YA通電，閥7左位接入系統(tǒng)，液壓油經(jīng)二位二通行程閥2進(jìn)入液壓缸的無(wú)桿腔，實(shí)現(xiàn)快進(jìn)。

2.2.2 工進(jìn)。當(dāng)行程壓塊壓下行程閥2，液壓油由電磁換向閥7的左位經(jīng)調(diào)速閥5進(jìn)入液壓缸的無(wú)桿腔，實(shí)現(xiàn)工進(jìn)。

2.2.3 快退。當(dāng)滑臺(tái)碰上死擋塊后，系統(tǒng)壓力升高，壓力繼電器發(fā)出快退信號(hào)，操縱電磁換向閥7換向?qū)崿F(xiàn)快退。按下快退按鈕SB3，電磁換向閥7實(shí)現(xiàn)換向，處于右位，液壓油進(jìn)入液壓缸的有桿腔，液壓缸無(wú)桿腔的液壓油經(jīng)單向閥回油箱，實(shí)現(xiàn)液壓缸的快退。

2.2.4 停止。按下停止按鈕SB1，電磁換向閥7處于中位，液壓缸停在退回位置不變。

3 液壓回路控制的仿真

組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)原理圖和對(duì)應(yīng)的電氣控制圖搭建完成并建立關(guān)聯(lián)，經(jīng)FluidSIM-H軟件檢查無(wú)誤后就可以進(jìn)行模擬仿真。在FluidSIM-H軟件仿真的過(guò)程中，通過(guò)操作與液壓系統(tǒng)原理圖相關(guān)聯(lián)的按鈕SB1、SB2和SB3來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)組合動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)的控制。通過(guò)模擬仿真動(dòng)力滑臺(tái)液壓控制系統(tǒng)，本研究能模擬回路的動(dòng)作過(guò)程，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性，從而判斷所設(shè)計(jì)的回路是否達(dá)到要求，提高設(shè)計(jì)效率，縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。

4 結(jié)語(yǔ)

使用FluidSIM-H軟件對(duì)設(shè)計(jì)的組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真，可以使所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)控制的動(dòng)作更清晰、更直觀，驗(yàn)證了液壓系統(tǒng)控制的合理性、可靠性，提高了工作人員對(duì)液壓系統(tǒng)和電氣控制的認(rèn)識(shí)和實(shí)際應(yīng)用能力。在進(jìn)行模擬仿真的過(guò)程中，人們可以對(duì)設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行修改，使其控制更加貼近生產(chǎn)實(shí)際，達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計(jì)。用FluidSIM-H軟件進(jìn)行模擬仿真，為液壓系統(tǒng)的改進(jìn)和革新提供了技術(shù)保證，為生產(chǎn)中處理異常情況提供了一個(gè)理論解決的途徑。

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