对组合机床滑台动态性能的调查报告-------英文翻译与英文原文(可编辑)

翻译文献：（对组合机床滑台动态性能的调查报告）

文献作者：Peter Dransfield,

出处：Peter Dransfield, Hydraulic Control System-Design and Analysis of TheirDynamics, Springer-Verlag, 1981

中文译文：

对组合机床滑台动态性能的调查报告

【摘要】这一张纸处理调查利用有束缚力的曲线图和状态空间分析法对组合机床滑台的滑动影响和运动平稳性问题进行分析与研究，从而建立了滑台的液压驱动系统一自调背压调速系统的动态数学模型。通过计算机数字仿真系统，分析了滑台产生滑动影响和运动不平稳的原因及主要影响因素。从那些中可以得出那样的结论，如果能合理地设计液压缸和自调背压调压阀的结构尺寸.

本文中所使用的符号如下：

s1-流源，即调速阀出口流量；

Sel―滑台滑动摩擦力

R一滑台等效粘性摩擦系数：

I1―滑台与油缸的质量

12―自调背压阀阀心质量

C1、c2―油缸无杆腔及有杆腔的液容；

C2―自调背压阀弹簧柔度；

R1, R2自调背压阀阻尼孔液阻，

R9―自调背压阀阀口液阻

Se2―自调背压阀弹簧的初始预紧力；

I4, I5―管路的等效液感

C5、C6―管路的等效液容：

R5, R7-管路的等效液阻；

V3, V4―油缸无杆腔及有杆腔内容积；

P3, P4―油缸无杆腔及有杆腔的压力

F―滑台承受负载，

V―滑台运动速度。本文采用功率键合图和状态空间分折法建立系统的运动数学模型，滑台的动态特性可以能得到显著改善。

一、引言

在组合机床正常工作中，滑台运动速度的大小和它的方向以及所承受负载的变化都将以程度不同地影响其工作性能。特别是在工进过程中。滑台上负载的突然消失引起的前进以及负载的周期性变化而引起的运动不平稳性，都将影响被加工件的表面质量，在严重的情况下会使刀具折断掉。根据大连机床厂要求，作者采用有束缚力的曲线图和状态空间分析法建立组合机床滑台的新型液压驱动系统一自调背压调速系统的动态数学模型。为了改善滑台的动态特性，有必要去分析找出滑台产生前冲和运动不平稳的原因以及主要的影响因素，但那必须通过计算机数字仿真和研究得出最后的结果。

二、动态数学模型

组合机床滑台的液压驱动系统一自调背压调速系统的工作原理图如图I所示。这个系统是用来完成"工进一停止一快退”的工作循环。当滑台在工进时，三位四通换向阀处于图示右位，油泵的供油压力在滥流阀的有效作用下近似地几乎保持恒定，该油液流经过换向阀和

调速阀后进入油缸的无杆腔，以推动滑台向前移动；与此同时，从油缸有杆腔排出的压力油经自调背压阀和换向阀流回油箱了。在这个过程中，两个单向阀和溢流阀的工作状态始终都没有任何变化。对与象组合机床滑台的液压驱动系统一自调背压调速系统这样的复杂非线性的系统，为了便于研究它的动态特性，建立一个仅着重考虑主要影响因素的合理简单的动态数学模型是尤其重要的[1][2]。从理论分析和试验研究的列举中可以得知：该系统的过程时间是远大于调速阀的过程时间的，当油缸无杆腔有效承压面积很大时，调速阀出口流量的瞬时的超调反映为滑台运动速度的变化是很小的[2]。为了更加拓宽和深入研究系统的动态特性，使研究工作能在微型计算机上有效地进行，本文章对原模型[2]做进一步简化处理，假定调速阀在系统的整个通过过程中输出时候恒定的流量，这被看作其为流源。这样，系统的动态模型的结构简图如图2所示，它是由油缸、滑台，自凋背压阀和联接管路等组成。。

功率键合图是一功效流图，它是按着系统的能量传递方式，以实际结构为基础，用集中参数把子系统之间的作用关系抽象地表示为阻性元R、容性元C和感性元I的三种作用元。采用这种方法建模物理概念清晰，结合状态空间分析法可以较准确地描述和分析线性系统，该方法在时域中研究复杂非线性系统动态特性的一种有效的方法。

根据自调背压调速系统各元件的主要特性和建模规则[1]，得出了图3所示的系统的功率键合图。图中每根键上的半箭头表示功率流向，构成功率的两个变量是力变量（油压P 或作用力F）和流变量（流量q或速度v）。O结点表示在系统中属于并联连接，各键上的力变量相等而流变量之和为零；1结点表示在系统中属于串联连接，各键上流变量相等而力变量之和为零。TF表示不同能量形式间的变换器，TF下标注的字母表示力变量或流变量的转换比值。键上的短横杠表示该键上两变量间的因果关系。全箭头表示控制关系。在三种作用元中容性元和感性元的力变量与流变量之间具有积分或微分关系，因此，根据图3可推导出具有九个状态变量的复杂非线性状态方程。本文对滑台动态特性的研究是从滑台的前冲和运动平稳性两方面入手，用四阶定步长Runge-Kutta法在IBM-PC微型计算机上进行数字仿真,仿真结果分别如图4和图5所示。

三、滑台前冲

滑台前冲现象是作用在滑台上的负载突然消失（如钻削工作的情况引起的。在此过程中，滑台的负载F、运动速度V、油缸两腔压力P3和P4的变化可从图4仿真结果看出。当滑台在负载的作用下匀速运动时，油缸无杆腔油液压力较高．油液中聚集了大量的能量。当负载突然消失时，该腔油压随之迅速降低，油液从高压态转入低压态的过程中向系统释放很多能量，致使滑台高速向前冲击。然而，滑台的前冲使油缸有杆腔油液受压引起背压升高，从而消耗掉系统中的一部分能量，对滑台的前冲起到一定的抑制作用。应当看到，在所研究的系统中，自调背压阀的入口压力要受到油缸两腔油压的综合性作用。在负载消失的瞬间，自调背压阀的压力将会迅速地上升，并稳定地处在高于初始背压的数值以上。从图中可见，自调背压调速系统在负载消失瞬间油缸背压力升高的幅度大于传统的调速系统，所以，其油缸有杆腔中油液吸收的能量就多；结果，滑台的前冲量比传统调速系统要小大约20%。可见采用自调背庄调速系统作为驱动系统的滑台在抑制前冲方面具有良好的特性，其中自调背压阀起了很大作用。

四、滑台的运动平稳性

当作用于滑台上的负载作周期变化时（比如说铣削加工的情况），滑台的运动速度将要产生一定的波动。为于保证加工质量的要求，必须尽可能地减小其速度波动的范围。而从讨论问题的方便性出发来说，假设负载按正弦波的规律变化，从而得到的数字仿真结果如图5所示。由此可见这个系统与传统的调速系统有着相同的变化规律以及非常接近的数值数字。其中的原因是负载的变化幅度不大，油缸两腔的压力也就没有较大变化，从而最终导致自调背压阀的作用不够明显显示。