机床仿形刀架的计算机仿真

梁　纯

（江苏建筑职业技术学院机电工程学院　徐州　221116）



机床仿形刀架的计算机仿真

梁纯

（江苏建筑职业技术学院机电工程学院徐州221116）

摘要机床的液压仿形刀架是一种典型的机液伺服系统，具有反应快、刚性大、精度高等特点。本论文用仿真技术描述了系统的动态特性，并分析了系统的稳定性和误差。

关键词仿形刀架仿真稳定

一、引言

滑阀是机床仿形刀架的液压放大元件，用机械运动来控制流体的运动。在这个系统中，样件对触指的位移作用于滑阀的阀芯上，阀体与液压缸体刚性连结在一起，滑阀通过开口面积的变化，使得刀架产生位移。此位移量加工出与样件形状相同的工件，同时液压缸的输出位移能够连续不断地与滑阀的阀芯的输入位移相比较，得出两者之间的位置偏差，压力油输出到液压缸，驱动液压缸运动，使阀的开口量的偏差减小。所以滑阀是组合机床仿形刀架的一种主要控制元件，它的动、静态特性对仿形刀架的精度有很大的影响。

二、滑阀的一般特性

四边滑阀如图1所示。阀的四个可变节流口的流量分别为Qi，供油压力为，供油量为，负载流量为，通往负载液压缸两腔的压力分别为和，回油压力为，滑阀偏差为。由连续性方程可得：

根据节流公式可得通过各节流窗口的流量为

这里假设四个节流窗口是匹配而且对称的，即A1= A3，A2= A4，则

将式（3）和（4）代入式（7），可得

将式（8）和（9）代入式（4）和（6），后再代入式（1）可得

将式（10）展成泰勒级数，略去高阶无穷小，

三、液压缸流量连续性

可压缩流体连续性方程为

将式（12）用于液压缸的进油腔，并考虑内、外泄漏时，可得

同理，将式（12）用于回油腔时可得

将式（13）减式（14），假定两腔的初始容积相等，负载流量是和的平均值，，是液压缸总泄漏系数，并考虑到（15）则

四、液压缸和负载的力平衡

液压缸的输出力与负载力的平衡方程为

式（11）、（16）和（17）就是描述机液伺服系统滑阀在阶跃流量作用下过渡过程的微分方程。

五、稳定性

当不考虑外负载的干扰时，对式（11）、（16）进行拉普拉斯变换，有：

滑阀偏差与活塞位移的关系为

根据终值定理，系统的稳态误差

六、程序设计

运用动态特性曲线仿真程序，我们可以得到阶跃响应仿真曲线，如图2所示。从阶跃曲线中可以看到系统的调整时间大约为0.03秒左右。同理，可以求得系统的特征根的分布及系统的频率响应曲线。尽管仿真结果与实验结果一般比较接近，但总是存在一些误差。这些误差主要是由模型简化、参数选取、计算测试等过程中的偏差而引起。其中参数误差对计算结果影响最大。对于参数的测定，例如粘性阻尼系数和体积弹性模量等，也要由实验测定。在机液伺服系统中还含有许多非线形因素，例如阀的静特性、死区、饱和、非线形增益、游隙和摩擦等，由于他们很小，相对于线形负载可以忽略。

参考文献

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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

中图分类号TG502.32

文献标识码A

文章编号160513-7272

作者简介

梁纯，男，1980.11生，江苏省徐州市人，2006年7月毕业于中国矿业大学信息与电气工程学院控制理论与控制工程专业，获工学硕士学位，现任江苏建筑职业技术学院机电工程学院讲师，主要从事单片机与嵌入式系统方面的研究和开发工作。