分析平面磨床的換向運動

       分析了換向沖擊機理，摘要:對平面磨床的換向過程進行了簡單地討論。并比較了幾種常用換向方法的優(yōu)缺點。最后，引出了智能控制型換向系統(tǒng)，提出理想控制曲線的概念。
       關(guān)鍵詞:平面磨床
       其工作臺的運動是連續(xù)往復(fù)式運動，平面磨床是一種機械加工常用機床。對運動平穩(wěn)性、換向精度、換向頻率都有較高的要求。目前，平面磨床正向大型化、高速化發(fā)展，有些平面磨床的工作臺往復(fù)速度已經(jīng)達到40耐而n[〕。大型高速平面磨床的運動慣性很大，當其換向時，就會導(dǎo)致背壓急劇升高，從而引起換向沖擊，這會對機床發(fā)生災(zāi)難性的影響，所以換向平穩(wěn)性問題已成為制約磨床工作速度和加工精度提高的重要因素。
　　
       1、換向沖擊的機理
       由于在其液壓系統(tǒng)中，當液壓傳動平面磨床換向時。換向閥閥口瞬時關(guān)閉，油路突然斷開，使得回油腔的油液無法排泄。
       m和v越大，可以看出。動能就越大，換向沖擊也就越大。對于大慣量高速運行的平面磨床來說，其換向沖擊是巨大的這不僅影響了機床的加工精度，而且也妨礙了正常運行與使用壽命。
　
       2、常用液壓傳動換向方法分析
下面對它作一個簡單的分析對比。當前應(yīng)用于平面磨床的液壓傳動換向方法很多。
       2.1采用行程換向閥的換向方法
       換向閥芯上聯(lián)出一拔桿，為采用行程換向閥換向。利用工作臺上的行程擋塊推動拔桿來實現(xiàn)自動換向。工作臺慢速運動時，當換向閥到達中間位置，不管液壓缸左右兩腔或是都通壓力油、或是都通回油、或是都封閉，這時，液壓缸兩腔沒有液壓力推動，都會使工作臺運動停止，因而換向閥不能到達另一端，也就出現(xiàn)了所謂“死點”;另外當工作臺高速運動時，擋塊推動拔桿使換向閥變換方向非常快，液壓缸的一腔壓力突然由工作壓力p降低到0另一腔則由0突然上升到p這就出現(xiàn)了極大的換向沖擊。目前這種系統(tǒng)應(yīng)用在小型磨床上的比較多。
       2.2采用電磁換向閥的換向方法
       由行程擋塊推動行程開關(guān)發(fā)出換向信號，行程換向閥改為電磁換向閥的換向方法。使電磁鐵動作推動滑閥換向，可以防止“死點”但它一種開關(guān)型液壓閥，根據(jù)指令瞬間開啟或閉合，即瞬時接通或切斷回油通道，這樣的液壓換向系統(tǒng)在換向時會有很大的沖擊發(fā)生。
       2.3采用電液換向閥的換向方法
       再由控制油推動主閥換向。先導(dǎo)閥沒有換向前，用電液換向閥替換電磁換向閥便構(gòu)成了一種新的換向方法。電液換向閥由先導(dǎo)閥電磁滑閥和主閥液動滑閥組成。此系統(tǒng)是通過先導(dǎo)閥換向切換控制油路?？刂朴吐返挠土鞣较虿桓淖?，換向閥總保持在原來的一端，主油路方向不改變，工作臺總是可以繼續(xù)前進。一旦控制油路切換了方向，主閥閥芯就依照事先調(diào)定的速度移動到另一工作位置，主油路方向改變，工作臺也就換向運動，防止了換向“死點”

       這樣大慣量工作臺的動能就可以通過節(jié)流作用轉(zhuǎn)化為熱能而被消耗，電液換向閥主閥的控制油口大小是可調(diào)的即換向時間△t可以延長。能夠有效地減小換向沖擊，因此這種換向方法在很長時間內(nèi)居于主導(dǎo)地位。但其換向參數(shù)只能事先調(diào)定，不能根據(jù)工況的改變而改變，這對工況隨時改變的系統(tǒng)來說，不可能實現(xiàn)理想的換向。

       3、電液比例換向系統(tǒng)
       工況改變的情況下，上述換向方法都是主動控制型換向。無法適應(yīng)新工況對換向的要求，另外都會發(fā)生一定的換向沖擊。于是采用電液伺服閥并實行閉環(huán)控制的液壓換向系統(tǒng)應(yīng)運而生。這種系統(tǒng)是一種智能控制換向系統(tǒng)，由微型計算機實現(xiàn)對其換向機構(gòu)的自動化控制。該方案既充分利用了電液伺服閥的各種優(yōu)點，又可將多種成熟的微機控制技術(shù)應(yīng)用到系統(tǒng)上。這種液壓換向系統(tǒng)換向精度很高，而且沖擊較小，使得大型高速平面磨床的換向平穩(wěn)性得到極大的提高。
       所以這種換向系統(tǒng)一般只適用于較高精度要求的系統(tǒng)中。但因電液伺服閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高且抗污染能力差。
       研究將電液比例閥引人大型高速平面磨床的液壓換向系統(tǒng)中。電液比例閥是介于開關(guān)型的液壓閥與伺服閥之間的一種液壓元件。除了控制精度及響應(yīng)快速性方面還不如伺服閥外，因此。其它方面的性能和控制水平與伺服閥的相當，其動、靜態(tài)性能足以滿足大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用的要求，而且其抗污染性強且造價低。

       4、控制戰(zhàn)略的研究

       換向閥主閥芯的運動規(guī)律對于換向沖擊和換向性能有決定性的作用，換向過程中。稱這種閥芯運動規(guī)律為控制曲線。對于電液比例換向系統(tǒng)的設(shè)計來說，最重要的就是控制曲線的選定。而控制策略的研究，也就是尋找一條理想控制曲線，使得電液比例換向系統(tǒng)實現(xiàn)平穩(wěn)無沖擊換向。通常的適用條件下，理想控制曲線是一條光滑的高次曲線，換向初始時刻加速度由0逐漸增加，消除了激進等減速曲線在開始時加速度突變而產(chǎn)生的沖擊。然后加速度取得最大值，實現(xiàn)快速減速，當速度快接近0時候，加速度減小，平穩(wěn)過渡到0這種曲線很好地克服了激進等減速曲線的局限性，而且還解決了提高工作速度與提高換向精度之間的矛盾。無論換向時的初速度有多大，只要控制液壓缸依照理想曲線運動，理論上就能在換向終點實現(xiàn)零沖擊和零誤差。
 
       人們都希望機床實現(xiàn)理想換向。所謂理想換向是指，任何工況下，機床速度都可以依照某一理想曲線無突變的光滑減小，閥門關(guān)閉瞬間，速度剛好減為零，即動能全部轉(zhuǎn)化為熱能被損耗。理想的換向過程是無沖擊的系統(tǒng)中的換向方式和換向控制參數(shù)對換向沖擊有決定性的作用，平面磨床采用液壓傳動。設(shè)計新的液壓換向系統(tǒng)已迫在眉睫。下面從換向方法和控制策略的角度來討論磨床的換向沖擊問題。
       與采用電液伺服閥的液壓換向系統(tǒng)工作原理類似，采用電液比例閥的液壓換向系統(tǒng)。通過微機輸入控制比例閥閥芯的開度大小，來實現(xiàn)對平面磨床工作臺的運動位移或速度的控制，而進行換向的這種系統(tǒng)的閥芯位移是由微機輸人的控制曲線來調(diào)節(jié)的所以能夠?qū)崿F(xiàn)適時對比例閥閥芯開度大小進行調(diào)節(jié)，能適應(yīng)各種不同的工作情況。平面磨床采用該液壓換向系統(tǒng)進行換向時，配合以理想控制曲線便能實現(xiàn)理想的平穩(wěn)無沖擊換向過程。此過程中，工作臺的動能同樣是通過節(jié)流作用轉(zhuǎn)化為熱能而消耗的對于大型高速平面磨床來說，該換向系統(tǒng)具有很高的使用價值。  配合理想控制曲線，平面磨床采用電液比例閥的液壓傳動換向系統(tǒng)。實現(xiàn)了以主動減小流量來降低速度，最終達到平穩(wěn)無沖擊換向的目的----一種智能控制型換向系統(tǒng)，工況改變的情況下也能實現(xiàn)理想換向。這種液壓傳動換向系統(tǒng)對輸出的位移或速度實現(xiàn)了很好的智能化控制，使得換向過程具有一定的可控制性，因而有非常廣泛的應(yīng)用范圍