基于FluidSIM机床夹紧机构电液系统仿真技术

彭海燕 李海胜

摘 要：本文主要依托对机床夹紧机构液压系统的工作原理及要求，基于FluidSIM平台进行液压回路和气电气控制系统的设计及仿真，为系统的优化提供保障。

关键词：FluidSIM；机床夹紧机构；电液系统仿真

1 FluidSIM仿真软件的功能特点

FluidSIM是专门用于液压、气压传动及电液压、电气动的模拟仿真设计软件。FluidSIM软件具有专业的绘图功能、系统仿真功能和综合演示功能。其图库含有100多种标准液压、气压及电气元件，各元件具备实际元件的特点及功能参数。通过软件的绘图功能进行液压回路的设计，通过强大的仿真功能可以对绘制好的回路进行仿真，实现显示和控制回路的动作，可以帮助我们设计出结构简单、工作可靠、效率较高的最优回路。

2 机床夹紧机构电液系统工作原理

机床夹紧机构是组合机床装夹工件的主要部件，其由液压缸驱动，在电气和液压装置的配合下实现对工件的夹紧和松开。其工作循环如图1所示，实现“快进→预夹紧→夹紧→止位停止→快退→原位停止”的半自动工作循环。

机床夹紧机构的工作过程是：当系统开始工作时，换向阀16油路接通，高压油直接进入液压缸无杆腔，系统快速移动；当碰到减速行程开关后，换向阀11工作，调速阀控制液压缸的运行速度，液压缸减速夹紧；当碰到止停开关时，液压缸停止保持工作状态；当时间继电器计时结束时，液壓缸快速返回。

3 机床夹紧机构电液系统仿真

3.1 液压控制回路仿真设计

根据机床夹紧机构系统原理图，启动FluidSIM-H，使用系统的标准液压、电气元件，在编辑状态下建立和修改系统回路图。其方法为：使用电脑鼠标从元件库中把所需的元件拖拽到绘图区相应位置松开，然后根据系统元件连接回路。

根据机床夹紧机构的液压系统图及工作要求，设计其液压控制回路，如图2所示。

3.2 电气控制回路仿真设计

FluidSIM软件元件库中有大量的电气元件：电源、开关及继电器，同时也有各种继电器的线圈和常闭、常开触点等。其使用方法跟液压回路的设计方法一样，但这个模块还需要完成一个功能，就是需要将电气元件和液压元件之间通过标签建立起联系。根据机床夹紧机构的工作要求，设计其电气控制回路，如图3所示。

3.3 仿真

3.3.1快速进给

按下启动按钮，电磁铁M1通电，先导电磁阀4的左位接入系统，由液压源1输出的压力油经先导电磁阀4进入液控换向阀3的左侧，使液控换向阀3换至左位，同时，换向阀16下行工作，液控换向阀3右侧的控制油经阀4回油箱。

这时系统中油液的流动油路如下：

进油路：液压源1→单向阀2→液控换向阀3左位→换向阀16→液压缸左腔（无杆腔）；

回油路：液压缸右腔→液控换向阀3左位→单向阀9→换向阀16→液压缸左腔（无杆腔）。这时形成差动回路。因为快进时夹紧机构液压缸负载小，系统压力低，外控顺序阀10关闭，液压缸为差动连接，所以夹紧机构快速进给。

电气系统工作：SB1常开（+）→SB2常闭（+）→KZ2常闭（+）→KZ1线圈（+）→M1（+），KZ1常开触点（+）形成自锁；同时KZ5常闭（+）→M4线圈（+）。

3.3.2预夹紧

进油路：液压源1→单向阀2→液动阀3左位→调速阀12→调速阀14→液压缸左腔（无杆腔）；

回油路：液压缸右腔→液动阀3左位→外控顺序阀10→背压阀11一油箱。

电气系统工作：SB1常开（+）→SB2常闭（+）→KZ2常闭（+）→KZ1线圈（+）→M1（+），KZ1常开触点（+）形成自锁；SQ1（+）→KZ4（+）→KZ3、KZ5、M3线圈（+），KZ3（+）形成自锁，同时KZ5常闭（-）→M4线圈（-）。

3.3.3夹紧

进油、回油路线跟上步一样，其电气系统工作：上步通电不变，SQ2（+）→KT线圈（+）。

3.3.4快速退回

延时继电器停留时间到时后，给出夹紧机构快速退回的信号，电磁铁M1、M3断电，M2通电，先导电磁阀4的右位接入控制油路，使液动阀3右位接入主油路。同时，KZ6得电，M4得电，换向阀16接通，实现快速退回。

进油路：液压源1→单向阀2→液动阀3右位（液压源1→换向阀4右位）→液压缸右腔；

回油路：液压缸左腔→换向阀16→液动阀3→油箱。

电气系统工作：SB1常开（+）→SB2常闭（+）→（时间继电器KT计时完成）KT常开（+）→KZ2、KZ4、KZ6、M2线圈（+），KZ2（+）形成自锁，同时KZ6常开（+）→M4线圈（+）。

4 结语

基于FluidSIM平台对机床夹紧机构电液系统进行液压回路和电气控制系统设计及仿真，实现类似系统的绿色设计，提高设计效率节约成本；通过系统提供的参数设计，优化合理的设计方案；同时，也为排除系统故障提供方便。

参考文献：

[1] 王积伟.液压与气压传动.机械工业出版社，2009.

[2] 陆望龙.典型液压元件结构600例.化学工业出版社，2009.

[3] FESTO Electrohydraulics Section 费斯托（中国）有限公司.

[4] 李铁钢.基于FluidSIM的电液系统仿真技术.沈阳工程学院学报（自然科学版）.