课程设计任务书
目录
1 引言 (3)
2 液压仿形刀架动态特性分析
2．1 动态特性方程的建立 (4)
2.2 动态特性分析 (7)
2.3 对伺服阀输入位移的动特性分析 (8)
2.4对负载力扰动的动态特性 (9)
2.5 结论 (10)
3液压刀架的工作原理 (10)
4结束语 (11)
5参考文献 (12)
液压仿形刀架系统的设计
1 引言
液压仿形刀架是仿形机床的重要组成部分，可以仿照样板的形状加工各种轮廓的轴类零件和旋转表面，生产效率高，应用较为广泛。
液压仿形刀架的动态特性对于零件的加工质量和精度有较大的影响，因而，对其动态性能进行研究具有实际意义。
摘要：为保证液压仿形机床的加工质量，仿形刀架的动态特性应满足一定的要求。
对机液位置伺服系统的动态特性进行了理论分析，其结果对于提高此类机床的加工质量具有一定借鉴。
关键词：机液位置伺服系统；动态特性；稳定性。
2 液压仿形刀架动态特性分析
2．1 动态特性方程的建立
液压仿形刀架由控制滑阀(伺服阀)、液压缸和反馈机构三部分组成。
控制滑阀的阀体与液压缸相连，与杠杆一起构成反馈机构。
位置指令由样板给出，经杠杆作用在滑阀的阀芯上。
液压缸体跟随滑阀运动缸轴线方向产生仿形运动。
其原理简图如图l所示：
由图l可知，液压缸受力平衡方程为：
式中：pL —负载压力，PL=P1-P2；A—液压缸有效作用面
积；M—活塞折算质量； X—液压缸位移；B—粘性阻尼系数；
K—工作部件弹性刚度；FL—外负载。
对式(1)进行拉氏变换，得:
由液流连续方程，可以得到液压缸右腔的流量平衡方程:
式中：
QL—负载流量；kl1, kl2—分别为液压缸的内、外泄漏系数；
V10—进油腔初始容积；—油液体积模量。
同样，液压缸左腔的流量平衡方程为:
式中：v20—回油腔初始容积；其它符号意义同前。
由于伺服阀是配作且对称的，空载时两腔压力相等均为Pp／2；有负载时，两腔压力的增减数值相等，方向相反，即 dp1／dt+dp 2／dt=0。
液压缸处于中位时V1o= V2o=V／2( v—液压缸两腔总容积)，若设kl=kl1一kl2／2，则由式(3)、(4)可得
对式(5)进行拉氏变换，得
以理想的零开口伺服阀为研究对象，则其流量一压力特性方程为[1 2]
式中：Pp —供油压力；Q—伺服阀流量；Cd—流量系数；W —伺服阀面积梯度；X1—伺服阀位移；—油液密度。
式(7)拉氏变换后得
考虑到一般以液压缸为执行元件的系统，可以忽略阻尼、工作部件的弹性和泄漏影响，以便使问题简化即令B=0，k=0，kl=0，由式(2)、(6)和(8)整理可得
当不考虑负载的影响时，有
因此，仿形刀架系统输出对伺服阀输入的开环传递函数为
式中： k—系统开环增益(或速度放大系数)；Wn—系统无阻尼固
有频率；—系统阻尼比。
且有
系统输出对负载力的传递函数为
2.2 动态特性分析
由式(11)可知，系统的开环传递函数由开环增益、液压固有频率和阻尼比三个参数决定。
下面分别分析它们对系统动态性能的响。
2.2.1 稳定性分析
根据控制理论可知，利用Routh稳定性判据可以判别闭环系统的稳定性，对于图1所示系统的闭环传递函数为
式中：H—反馈环节传递函数{为一比例环节，由图1知H =a/(a+b)}
式(15)为所有未加校正的液压位置伺服系统的设计规定了一个设计准则。
要提高K就必须增大Wn和，减小H，而Wn和由液压系统决定，H则由结构决定。
可见，影响仿形刀架系统稳定性的因素包括结构使用两方面。
元件及反馈机构的尺寸是结构方面的因素，而系统压力、阀口开度、负载及油液体积模量是使用方面的因素。
由于液压伺服系统经常工作在零位附近，此处的流量增益最大，压力增益最小。
因此，零位的稳定。
性最为重要，若该点稳定，则在其它工作
点一定稳定。
此外，为了增加系统的稳定性，机械结构的刚度、反馈刚度应尽可能大。
在伺服系统中还存在许多非线性因素对稳定性的影响，主要包括阀的压力～流量特性、死区、饱和、非线性增益、游隙和摩擦等这些因素很难用理论精确分析，一般要通过试验才能得出结果。
2.3 对伺服阀输入位移的动特性分析
(1)系统开环增益。
液压缸的输出速度与阀的输入位移成比例，比例系数即为开环增益。
它表明液压缸速度控制的灵敏度。
开环系数K直接影响闭环系统的稳定性和响应速度，提高开环增益可以提高闭环系统的响应速度，但从式（15）可知，伺服阀的开环增益增大将可能使系统的稳定性变坏，因此，K应选择适当的值，不应过大，以保证稳定性要求。
液压缸有效面积A通常是根据负载条件或固有的频率要求确定的，因此，K主要由增益量Kq来保证。
为了改善零位附近的稳定性，可采用非线性流量增益的阀。
（2）液压固有频率。
液压固有频率表示伺服缸响应的快速性，固有频率高，响应速度快。
通常Wn是系统各环节中最低的频率，因此它是液压伺服系统响应速度的上限。
由式（12）可见，影响液压固有频率的因素有：液压缸上的惯性负载M、总压缩容积A和系统的有效体积弹性模量βe。
要提高液压固有频率Wn就要减小V和M、增大A和βe。
通常减小M是有限的，为了减小V，阀应与缸靠近，采用短管连接或使用短行程缸，以使V 减到最低程度。
增大A可以提高Wn，但效果不明显，同时使结构增
大；增大βe，使系统的稳定性趋好，措施是减少混入系统油液空气含量，并避免使用软管，增大管件刚度。
（3）阻尼比。
阻尼比表示私服系统的相对稳定性，并对伺服系统的稳定性和动态品质产生影响，而液压固有频率表示响应的快速性，因此，在性能上二者相互制约。
开环增益和液压固有频率的变换范围较小，一般不超过2～3倍，而阻尼比的变化范围较大，可达20～30倍。
采用正开口的滑阀和增加泄漏通道可以增加阻尼比，但但会造成功率损失增大，系统静态刚度降低。
2.4对负载力扰动的动态特性
对负载力扰动的动特性是指负载力变化对液压缸输出速度的影响。
在伺服系统设计时，有时需要分析液压缸的动态刚度。
动态刚度可由式（13）可得
在低频段，由式（16）可知1-FL/X|=W/Kp，此时，伺服液压缸相当于一个阻尼系数为1/Kp的粘性阻尼器；在高频段，负载惯性将显著增加，阻止液压缸速度的变化；因而动态刚度增大；当负载恒定时，得到静态刚度1- FL/X|W=0=0。
2.5 结论
为了提高液压仿形刀架系统的工作精度和稳定性，改善动态性能，必须从结构和使用条件等多方面采取措施，系统参数的选择应该兼顾稳定性和动态响应速度两方面，如果加工精度要求较高的场合，则对于稳定性尤其应该注意。
3液压刀架的工作原理
1、松开刀架电动机与刀架内一蜗杆相连，刀架电动机转动时与蜗杆配套的涡轮转动发信盘坏了的时候可能不转，此涡轮与一条丝杠为一体的（称为“涡轮丝杠”）当丝杠转动时会上升（与丝杠旋合的螺母与刀架是一体的，当松开时刀架不动作，所以丝杠会上升），丝杠上升后使位于丝杠上端的压板上升即松开刀架；
2、控刀架换刀，刀架松开后，丝杠继续转动，刀架在摩擦力的作用下与丝杠一起转动即换刀；
3、定位在刀架的刀位上有一个用永磁铁做的感应器，当转到系统所需的刀位时磁感应器发出信号刀架电动机开反；
4、锁紧刀架是用类似于棘轮的机构装的只能沿一个方向旋转，发信盘坏了的时候也是不可能转，当丝杠反转时刀架不能动作丝杠就带着压板向下运动将刀架锁紧，换刀完成。
刀架电动机转动时与蜗杆配套的涡轮转动发信盘坏了的时候可能不转，此涡轮与一条丝杠为一体的（称为“涡轮丝杠”）当丝杠转动时会上升（与丝杠旋合的螺母
与刀架是一体的，当松开时刀架不动作，所以丝杠会上升），丝杠上升后使位于丝杠上端的压板上升即松开刀架。
4结束语
通过这一周的液压课程设计，使自己又学到了很多知识，例如团队合作精神，对液压系统有了更全面更丰富的认识。
在课程设计过程中，虽然出现了很多这样那样的问题，但通过在图书馆或网上查阅资料，将所有资料认真整理、仔细研究、和同学一起讨论，最终得到了完美的答案，使得这次的液压课程设计顺利完成。
这次的课程设计对我们来说是一次很好的锻炼，充分的将我们学到的所有知识都利用起来，通过对简单液压系统的设计，是我们对液压系统有了更全面、更深一层的认识。
我们通过查阅资料解决了在设计中所出现的种种问题，使我们对液压产生了更浓厚的兴趣，更是对我们综合能力的确认和提高，在设计思想、方法和技能各方面都得到了很好的锻炼，使我们对以后的学习和工作中有了更多的热情。
5参考文献
1梁洪杰《液压与传动案例教程》西安科技大学出版社 2010 2杨征瑞《电液比例与伺服控制》冶金工业出版社 2009 3黄敏《热工与流体力学基础》机械工业出版社 2003。
