4.基于FluidSIM_P软件的膨胀管开槽机气控系统设计_丁时锋

2013 年 11 月 第 41 卷 第 22 期
机床与液压
MACHINE TOOL ＆ HYDＲAULICS
Nov. 2013 Vol. 41 No. 22
DOI： 10． 3969 / j. issn. 1001 － 3881. 2013. 22. 037
基于 FluidSIM-P 软件的膨胀管开槽机气控系统设计
第 22 期
丁时锋 等： 基于 FluidSIM-P 软件的膨胀管开槽机气控系统设计
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排气节流的速度调节控制。 2. 3 气动控制仿真及结果分析
在仿真之前设定气源压力，设定各单向节流阀的 开口参数，同时添加一个状态图，并在状态图上建立
各气缸的状态项，这样可以在仿真过程中观察各气缸 的位置变化及动作顺序。参数设定好之后，点击开始 仿真按钮就可以得到仿真结果，如图 4 为仿真时的气 动控制仿真过程图，图 5 为各气缸的动作状态图。
围的变化，实现了开槽长度的自由调节要求。
【7】ZHANG Jianmin，YANG Qing，WANG Yurong，et al． Exper-
3 结束语
imental Investigation of Cavitation in a Sudden Expansion
将虚拟仿真成功后的膨胀管开槽机气动回路模型 应用到实际生产，取得了良好效果。实践表明： 基于 FluidSIM-P 软件的膨胀管开槽机气动回路设计系统， 完全能够 实 现 与 真 实 系 统 控 制 运 行 相 一 致 的 效 果。
1. 2 膨胀管开槽机气控程序分析及校正 分析膨胀管开槽机主要动作 “送料—夹 紧—割
槽—取出成品”，设计 4 个气缸 A、B、C、D 分别控 制相关的动作。送料气缸 A： 气缸活塞杆伸出时送 料，送料完成后活塞杆缩回； 工件夹紧气缸 B： 气缸 活塞杆伸 出 时 夹 紧 工 件，气 缸 活 塞 杆 缩 回 时 松 开 工 件； 刀具气缸 C： 气缸活塞杆伸出时割槽，气缸活塞 杆缩回时退刀； 成品取出气缸 D： 气缸活塞杆缩回时 取出割槽完成后的工件成品。为了系统能够自动连续 工作，设计系统的工作循环为： 送料气缸 A 活塞杆 伸出送料→送料气缸 A 活塞杆缩回→夹紧气缸 B 活 塞杆伸出夹紧工件→刀具气缸 C 活塞杆伸出割槽→ 夹紧气缸 B 活塞杆缩回松开工件→成品取出气缸 D 活塞杆缩回取出工件成品→刀具气缸 C 活塞杆缩回 退刀→成品取出气缸 D 活塞杆伸出复位，准备下一 工作循环。由膨胀管开槽机工作循环可知此系统为时 序 逻 辑 气 控 系 统， 相 应 动 作 程 序 为 ［A1 A0 B1 C1 B0 D0 C0 D1 ］，程 序 中 下 标 1 表 示 相 应 气 缸 的活塞杆伸出动作，下标 0 表示相应气缸的活塞杆缩 回动作。动 作 程 序 ［A1 A0 B1 C1 B0 D0 C0 D1］ 的 程 序 相 位及信号关系如图 1 所示，从图 1 中可见有重复的信 号组合控制不同的动作，这将产生二义性，因此动作
关键词： 开槽机； 膨胀管； 气控系统； X-D 图； FluidSIM-P 中图分类号： TH137 文献标识码： B 文章编号： 1001 － 3881 （ 2013） 22 － 103 － 3
Design of Pneumatic Control System for Expansion Pipe Grooving Machine Based on FluidSIM-P
为了合理 设 计 和 实 现 所 要 求 的 动 作 顺 序， 根 据 X-D 图设计列写出各动作主控信号排除障碍后的执行 信号表达式，并考虑手动、启动、复位、调速、调夹 紧力等设备工作要求，基于 FluidSIM-P 软件的膨胀管 开槽机气动回路设计如图 3 所示。
图 3 基于 FluidSIM-P 软件的气动回路设计图 该气动系统由气源、手阀、气控换向阀、行程 的缸径值，同时每个气缸上设置标尺，定义一定距离 阀、单向节流阀、消声器和气缸等组成，图中手阀为 并与行程阀相关联，以便模拟行程阀的实际安装位 系统启动控制阀。每个气缸根据实际情况设置参数， 置。单向节流阀设置开口参数控制气流流量，实现对 输出力体现实际承载能力，活塞面积间接决定了气缸 气缸运动速度的控制，所有气缸都可实现进气节流和
收稿日期： 2012 － 10 － 17 作者简介： 丁时锋 （ 1975—） ，男，硕士，副教授，主要从事机电系统控制及自动化方向的研究。E － mail： s_f_ding750801
@ 163. com。
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机床与液压
第 41 卷
程序 ［A1 A0 B1 C1 B0 D0 C0 D1］ 为 非 标 准 程 序，该 非 标 准程序需要校正为标准程序。程序的校正可在适当位 置插入一对记忆元件 E1 E0 来消除重复小项，破坏其二 义性，校正后标准程序为 ［A1 E1 A0 B1 C1 B0 D0 E0 C0 D1 ］。
【2】刘健，吕原君． 基于 FluidSIM-Pneumatics 的检测设备气
图 5 各气缸的动作状态图 仿真结果分析： 从仿真过程中可直接动态观察到 各气缸动作顺序，也可从图 5 分析各气缸的位移得出 各气 缸 动 作 顺 序 为 A1 —A0 —B1 —C1 —B0 —D0 —C0 — D1 ，结果符合设计动作要求。通过改变单向节流阀 开口大小，可观察到气缸的速度变化，实现了速度调 节目标。通过控制气源压力大小，可观察到气缸输出 力大小变化，实现了夹紧力调节目标。仿真时通过改 变与行程阀相关联气缸活塞标尺的位置距离定义来模 拟行程阀的实际安装位置，可观察到刀具气缸移动范
图 4 气动控制仿真过程图
FluidSIM-P 软件为从事气动系统研究和设计的工作者
提供了一个良好的开发平台，在设计过程中能及时发
现设计缺陷，提高产品质量，节省设计时间，有效降ຫໍສະໝຸດ 低设计成本。参考文献：
【1】杨存智． 基于 FluidSIM Pneumatics 软件的气动及机电一
体化设计［J］． 煤矿机械，2004（ 9） ： 63 － 65．
图 1 程序相位及信号关系
1. 3 用 X-D 图法设计膨胀管开槽机气控系统的标 准程序
图 2 行程程序 X-D 图
X-D 图法是信号 － 动作状态图法的简称［8］，它是 依据行程程序的工作程序将各执行动作和信号在整个 循环过程 中 的 状 态 用 相 应 的 图 线 表 示 在 X-D 图 中， 并从该图中找出和排除障碍，求出被控程序动作的执 行 信 号。 根 据 膨 胀 管 开 槽 机 校 正 后 标 准 程 序 ［A1 E1 A0 B1 C1 B0 D0 E0 C0 D1］ 设 计 的 X-D 图 如 图 2 所 示，信号 q 为手动输入启动信号，由 X-D 图可设计 列写出各动作主控信号排除障碍后的执行信号表达 式。 2 基于 FluidSIM-P 软件的膨胀管开槽机气控系统 设计及仿真 2. 1 FluidSIM-P 软件特点
Keywords： Grooving machine； Expansion pipe； Pneumatic system； X-D diagram； FluidSIM-P
气动技术具有节能、环保、低成本等优点，广泛 应用于自动加工和装配设备及各种自动生产线上。为 了实现气动控制系统的可靠性设计及提高设计效率， 应用相应的气动控制仿真软件是一种很好的选择。目 前较为流行的典型气动控制仿真软件有德国研发的 FluidSIM-P 软件，FluidSIM-P 软件将 CAD 功能和仿真 功能紧密联系在一起，可对基于元件物理模型的回路 图进行实际仿真［1 －3］。阐述了基于 FluidSIM-P 软件的 膨胀管开槽机气控系统设计，并将其应用到某企业的 膨胀管十字槽开口工艺加工设备上，该设备操作简 单、加工速度快、精度高，取得了良好效果。 1 膨胀管开槽机气控系统程序设计 1. 1 膨胀管开槽机气控系统工作要求
动控制分析［J］． 制造业自动化，2008，30（ 5） ： 18 － 20． 【3】邓朴树，李自光． 当前液压系统仿真技术发展现状及趋
势［J］． 机床与液压，2003（ 1） ： 20 － 22． 【4】马开春． 膨胀管技术及膨胀工具的改进与计算［J］． 科
学技术与工程，2012（ 20） ： 900 － 903． 【5】朱海波，余增硕，唐成磊，等． 膨胀管膨胀参数优化和膨
DING Shifeng，LI Qingxiang，WANG Liqun，HAN Zedong，HUANG Qiang （ Jiujiang University，Jiujiang Jiangxi 332005，China）
Abstract： The program about the pneumatic control system of expansion pipe grooving machine was analyzed and corrected based on its working requirements． The standard procedure of pneumatic control system was designed by using X-D diagram，the signal expressions of the cylinder main control signal after removing obstacles were implemented． The pneumatic circuit of the expansion pipe grooving machine was designed and the simulation was completed based on FluidSIM-P software． The actual operation of the pneumatic control system achieved good results．
膨胀螺丝广泛应用于防护栏、雨蓬等在水泥及砖 等材料上的紧固，膨胀螺丝一般由螺杆和膨胀管等部 件组成。膨胀管一端有若干切口，膨胀管开槽机就是 用于膨胀管的自动切口工艺，通过改变不同形式的刀 具一次性可开成 4 个口 （ 十字槽） 或其他形式的多 个口［4 －7］。膨胀管开槽机主要动作为： 送料—夹紧— 割槽—取出成品。根据不同材质、不同壁厚的实际膨 胀管，工作过程中要求速度可调，夹紧力和开槽长度 也能够自由调节。