梁　純

（江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院　徐州　221116）

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機(jī)床仿形刀架的計算機(jī)仿真

梁純

（江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院徐州221116）

摘要機(jī)床的液壓仿形刀架是一種典型的機(jī)液伺服系統(tǒng)，具有反應(yīng)快、剛性大、精度高等特點。本論文用仿真技術(shù)描述了系統(tǒng)的動態(tài)特性，并分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和誤差。

關(guān)鍵詞仿形刀架仿真穩(wěn)定

一、引言

滑閥是機(jī)床仿形刀架的液壓放大元件，用機(jī)械運(yùn)動來控制流體的運(yùn)動。在這個系統(tǒng)中，樣件對觸指的位移作用于滑閥的閥芯上，閥體與液壓缸體剛性連結(jié)在一起，滑閥通過開口面積的變化，使得刀架產(chǎn)生位移。此位移量加工出與樣件形狀相同的工件，同時液壓缸的輸出位移能夠連續(xù)不斷地與滑閥的閥芯的輸入位移相比較，得出兩者之間的位置偏差，壓力油輸出到液壓缸，驅(qū)動液壓缸運(yùn)動，使閥的開口量的偏差減小。所以滑閥是組合機(jī)床仿形刀架的一種主要控制元件，它的動、靜態(tài)特性對仿形刀架的精度有很大的影響。

二、滑閥的一般特性

四邊滑閥如圖1所示。閥的四個可變節(jié)流口的流量分別為Qi，供油壓力為，供油量為，負(fù)載流量為，通往負(fù)載液壓缸兩腔的壓力分別為和，回油壓力為，滑閥偏差為。由連續(xù)性方程可得：

根據(jù)節(jié)流公式可得通過各節(jié)流窗口的流量為

這里假設(shè)四個節(jié)流窗口是匹配而且對稱的，即A1= A3，A2= A4，則

將式（3）和（4）代入式（7），可得

將式（8）和（9）代入式（4）和（6），后再代入式（1）可得

將式（10）展成泰勒級數(shù)，略去高階無窮小，

三、液壓缸流量連續(xù)性

可壓縮流體連續(xù)性方程為

將式（12）用于液壓缸的進(jìn)油腔，并考慮內(nèi)、外泄漏時，可得

同理，將式（12）用于回油腔時可得

將式（13）減式（14），假定兩腔的初始容積相等，負(fù)載流量是和的平均值，，是液壓缸總泄漏系數(shù)，并考慮到（15）則

四、液壓缸和負(fù)載的力平衡

液壓缸的輸出力與負(fù)載力的平衡方程為

式（11）、（16）和（17）就是描述機(jī)液伺服系統(tǒng)滑閥在階躍流量作用下過渡過程的微分方程。

五、穩(wěn)定性

當(dāng)不考慮外負(fù)載的干擾時，對式（11）、（16）進(jìn)行拉普拉斯變換，有：

滑閥偏差與活塞位移的關(guān)系為

根據(jù)終值定理，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差

六、程序設(shè)計

運(yùn)用動態(tài)特性曲線仿真程序，我們可以得到階躍響應(yīng)仿真曲線，如圖2所示。從階躍曲線中可以看到系統(tǒng)的調(diào)整時間大約為0.03秒左右。同理，可以求得系統(tǒng)的特征根的分布及系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線。盡管仿真結(jié)果與實驗結(jié)果一般比較接近，但總是存在一些誤差。這些誤差主要是由模型簡化、參數(shù)選取、計算測試等過程中的偏差而引起。其中參數(shù)誤差對計算結(jié)果影響最大。對于參數(shù)的測定，例如粘性阻尼系數(shù)和體積彈性模量等，也要由實驗測定。在機(jī)液伺服系統(tǒng)中還含有許多非線形因素，例如閥的靜特性、死區(qū)、飽和、非線形增益、游隙和摩擦等，由于他們很小，相對于線形負(fù)載可以忽略。

參考文獻(xiàn)

［1］衡成洪，韋光榮.車床液壓伺服系統(tǒng)的工作原理［J］.內(nèi)燃機(jī)配件. 2007（02）：15-18.

［2］秦月霞，湯愛君，胡德金.非圓仿形車削加工誤差補(bǔ)償系統(tǒng)［J］.機(jī)床與液壓. 2006（07）：36-39.

［3］夏傳良，劉秀婷，張志軍，陳兆柱.計算機(jī)集成制造系統(tǒng)仿真建模［J］.山東機(jī)械. 2004（06）：25-27.

［4］李自光，游張平.基于Simulink的液壓伺服系統(tǒng)動態(tài)仿真［J］.中國工程機(jī)械學(xué)報. 2004（01）：9-11.

［5］鄧樂.液壓仿形刀架動態(tài)特性分析［J］.組合機(jī)床與自動化加工技術(shù). 2003（06）：56-59.

The Computer Simulating Study on the Profiling Tool Carrier

Liang Chun
（Mechanical and Electrical Engineering Institute，Jiangsu Vocational Institute of Architectural Technology Xuzhou 221116）

AbstractThe profiling tool carrier is a typical hydraulic servo system. It is rapid to react，high rigidity and higher precision. Using the simulating technology，this paper has described the dynamic characteristic of the system and analyzed stabilization and errors of the system.

KeywordsProfiling tool carrier Simulating Stabilization

中圖分類號TG502.32

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號160513-7272

作者簡介

梁純，男，1980.11生，江蘇省徐州市人，2006年7月畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院控制理論與控制工程專業(yè)，獲工學(xué)碩士學(xué)位，現(xiàn)任江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院講師，主要從事單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)方面的研究和開發(fā)工作。