基于FluidSIM機床夾緊機構電液系統仿真技術

彭海燕 李海勝

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

關鍵詞：FluidSIM；機床夾緊機構；電液系統仿真

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計軟件。FluidSIM軟件具有專業的繪圖功能、系統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。通過軟件的繪圖功能進行液壓回路的設計，通過強大的仿真功能可以對繪制好的回路進行仿真，實現顯示和控制回路的動作，可以幫助我們設計出結構簡單、工作可靠、效率較高的最優回路。

2 機床夾緊機構電液系統工作原理

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

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

3 機床夾緊機構電液系統仿真

3.1 液壓控制回路仿真設計

根據機床夾緊機構系統原理圖，啟動FluidSIM-H，使用系統的標準液壓、電氣元件，在編輯狀態下建立和修改系統回路圖。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相應位置松開，然后根據系統元件連接回路。

根據機床夾緊機構的液壓系統圖及工作要求，設計其液壓控制回路，如圖2所示。

3.2 電氣控制回路仿真設計

FluidSIM軟件元件庫中有大量的電氣元件：電源、開關及繼電器，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系。根據機床夾緊機構的工作要求，設計其電氣控制回路，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，先導電磁閥4的左位接入系統，由液壓源1輸出的壓力油經先導電磁閥4進入液控換向閥3的左側，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右側的控制油經閥4回油箱。

這時系統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液壓缸負載小，系統壓力低，外控順序閥10關閉，液壓缸為差動連接，所以夾緊機構快速進給。

電氣系統工作：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預夾緊

進油路：液壓源1→單向閥2→液動閥3左位→調速閥12→調速閥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，給出夾緊機構快速退回的信號，電磁鐵M1、M3斷電，M2通電，先導電磁閥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 結語

基于FluidSIM平臺對機床夾緊機構電液系統進行液壓回路和電氣控制系統設計及仿真，實現類似系統的綠色設計，提高設計效率節約成本；通過系統提供的參數設計，優化合理的設計方案；同時，也為排除系統故障提供方便。

參考文獻：

[1] 王積偉.液壓與氣壓傳動.機械工業出版社，2009.

[2] 陸望龍.典型液壓元件結構600例.化學工業出版社，2009.

[3] FESTO Electrohydraulics Section 費斯托（中國）有限公司.

[4] 李鐵鋼.基于FluidSIM的電液系統仿真技術.沈陽工程學院學報（自然科學版）.