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N F N 对组合机床滑台动态性能的调查报告 ） 出处： 1981 文献作者 ： 翻译页数 ： 144 对组合机床滑台动态性能 的调查报告 本报告处理调查 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： 调速阀出口流量； 滑台滑动摩擦力 滑台与油缸的质量 12 自调背压阀阀心质量 油缸无杆腔及有杆腔的液容； 自调背压阀弹簧柔度； 自调背压阀阀口液阻 自调背压阀弹簧的初始预紧力； 管路的等效液感 管路的等效液容： 油缸无杆腔及有杆腔内容积； 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。 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黄河科技学院毕业设计 (文献翻译 ) 第 1 页 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。 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 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 12。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 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准确地描述和分析线性系统，该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 ）和流变量（流量 v）。 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。 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 仿真结果分别如图 4和图5所示。 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 4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黄河科技学院毕业设计 (文献翻译 ) 第 2 页 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。 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。 改善措施 通过研究的结果表明，以自调背压调速系统作为驱动系统的滑台，其动态特性要比传统的调速系统好的。要减少滑台的前冲量，就必需在负载消失的瞬间时候迅速提高油缸有杆腔的背压力；要提高滑台的运动平稳性就需增加系统的刚性，主要措施在于减小油液的体积。从系统的结构得知，油缸有杆腔与排油管之间有一很大的容积，如图 6a 所示。它的存在方面延迟和衰减了自调背压阀的作用，另一方面也降低了系统的刚性，它会限制了前冲特性和运动平稳性的进一步改善。因此，改善滑台动态特性可从两个方法进行处理：即改 变油缸容积和改变自调背压阀结构尺寸。通过一系统结构性参数的仿真计算以及结果的比较可以得出这样的结果：当把油缸有杆腔与排油管间容积 3之比由原来的 时，如图 6时，把自调背压阀阀芯底端直径由原来的 103尼三角槽边长从原来的 使滑台的前冲量减小 30%,过渡过程时间明显缩短了，滑台的运动平稳性也将会得到很大的改善。 结论 通过理论上的分析和计算机仿真研究实验 ,很明显的是自调背压调速系统作为组合机床滑台的驱动系统是很有推广使用 价值的。影响滑台动态特性的主要因素是油缸内部结构性和自调节背压阀的尺寸。假如能对其进行合理设计，可使滑台的动态特性得到显著地改善。同时，也说明了采用有束缚力的曲线图和状态空间分析法研究复杂非线性液压系统的动态特性是既方便又有效的方法。 黄河科技学院毕业设计 (文献翻译 ) 第 3 页 附录 英文原文 翻译文献： N F N 对组合机床滑台动态性能的调查报告 ） 文献作者： 出处： 1981 翻译页数： 144 N F N s in of of of to is It is if of s be f ei in in i of h i,C2 of in 3 of 9 of e2 of 4J5 in Cg in in in , r:, in on 河科技学院毕业设计 (文献翻译 ) 第 4 页 * of of s on it in to a by of to of in of be By of of to is is as In to s it is to be on on he is is to of in s of is of to At is to In of is To as as be on a as It is by , of is of of in to of of in s is in so be It is in is to a of of it is of By of in of is to be he is a as to of on of by of of is by a in be in 河科技学院毕业设计 (文献翻译 ) 第 5 页 of it is a in of in of of by of of is in a of of of at 1of at F of or is F. of A a is an or in So be in on s is is by th s s in of of of of in of in is is a of in at s of to of so in 41 黄河科技学院毕业设计 (文献翻译 ) 第 6 页 to of is a of of It be on of of at of s at is of be in In of 0% in s. It is a in an in on as of s In to of of be as as of is to be of in to of of is t be of is s is of is in of is t is by of as is of To s of to be in of s on to s it is to in of It is is a of as is of is it is to To of s be on be 3 is .5 as b; 142 黄河科技学院毕业设计 (论文 )文献翻译 第 7 页 of of is 0 mm 3 mm of of is mm be 0%, of is In s be It is y of it is as in is of In of be it is of is a in of 1 1981 2 on of 1987 (
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