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龍門式加工中心GDM2040 的理（lǐ）論計算與分析（xī）

2016-8-4 來源：大連（lián）三壘機器股份有限公司作者：葛陽

摘要（yào）：本文以龍門加工中心GDM2040 的（de）設（shè）計（jì）開發為案例，闡（chǎn）釋設計前期的理論計算和分析過程，通過對（duì）機床（chuáng）主驅動係統的計算和校核，分析主要支撐（chēng）件的有限元，以保證設計的合理（lǐ）性，既為該產品開發提供理論依據，也為相關機床的設計開發提供佐證。

關鍵詞：龍門式加工中心理（lǐ）論計算有限元分析

1、主參數表（biǎo）

根（gēn）據市場調研和產品改進計劃，提出產品（pǐn）的性能要求、需要滿足的新標準及工業造型要求等設計信息，確（què）定本機床的主要設計參（cān）數如表1 所示。

表1 機床主要（yào）的設計參數情況（kuàng）一覽表

2、主參數的計算及（jí）校核

2.1 主驅動係統計算

根據設計輸入信息，參考標杆產品配置，與液壓係統進行匹配計算（suàn），以確定動力係統的輸出功率、轉速，從而選擇適當的原動機；根據結構布置，進行係統的（de）熱平衡計算，以選擇合理（lǐ）的散熱方式及（jí）散熱器。

計算過程如下：

（1）主軸（zhóu）電機：西門子1PH7137-2QF03-0CA0；

（P = 2 2 / 3 0 K W，N m a x = 8 0 0 0 r / m，N r a t e = 1 5 0 0 r / m，T=140.1Nm）；

（2）主（zhǔ）軸轉速：10 ～ 6000r/m（低速檔：10 ～ 990，高速檔：990 ～ 6000）；

（3）錐孔型號：BT50（7:24）。

2.2 液壓係統計（jì）算（suàn）

由設計要求可知，本機床液壓係統各執行回路所需（xū）流（liú）量、壓力油由液壓站集中供給（gěi）。機床各執行回路工作時所需的壓力分別為：刀庫6MPa，附（fù）件頭拉緊（jǐn）5MPa，主軸（zhóu）換擋5MPa，主軸鬆刀6MPa，附件主軸鬆刀10MPa，C 軸夾緊放鬆5.5MPa，最大（dà）工作流量為（wéi）刀庫40L/min。本機（jī）床選用單電機加（jiā）變量葉片泵的方式為係統供油。由於液壓係統在傳動的過程中存在（zài）著局部壓力損失和沿程壓力損失，故選擇葉片變量泵出（chū）口處的壓（yā）力（lì）為10.5MPa。

（1）主機液（yè）壓站油泵的選（xuǎn）擇。當泵的效率取0.9，電機轉速為1500r/min 時，泵參考排量：

於是，油泵型號選擇PV7-1X/25-30RE01MC0-16，排量為30ml/min，最大流量43.5ml/min，最高工（gōng）作壓力（lì）為16MPa，廠家（jiā）力士樂，滿足使用要求。

（2）主機液壓站電機的選擇。油泵電（diàn）機選用Y 係列三相異步電動機（jī）。若（ruò）電機的效率為0.8，則所需的功率為：

故（gù），選用電機型號Y160M-4-B35，功率11KW，額定轉速1460r/min，滿足使用要求。

2.3 X 軸驅動係統（tǒng）校核

參數m=30000kg，X 行程為4200mm，Ve=20m/min，a=1m/s，μ=0.01，η=0.95，Fv=6178N，彈性模（mó）量E=210000；初選絲杠導程為P=0.04mm，傳動比i=5，載荷性質Kp 為1.2 ～ 1.5，取（qǔ）Kp=1.3，載荷影響係數Ka：1 ～ 3 級絲杠時，Ka=1；4 ～ 5 級絲杠時，Ka=0.9。初選5 級絲杠，所以Ka=0.9。

（1）絲杠選（xuǎn）型

摩擦力mg 0.01 30000 9.8 2940 R F = μ = × × = N

絲杠最（zuì）大載荷（hé）max 2940 6178 9118 R V F = F + F = + = N

（2）電機的選（xuǎn）擇（zé）

初選電機為1FT6105-8AF71

參數：額定扭矩Mn=31Nm，Mo=50Nm，Mj=110Nm，J=0.0168Kgm2

3、重（chóng）要部件的有限元

機床的床身、工作台、立柱（zhù）、橫梁等大型（xíng）基礎件是保證（zhèng）機床精度和剛性的基礎。這裏，我（wǒ）們選取鑄造的傳統工藝，通過合理和有效的（de）布筋結構（gòu），保證基礎（chǔ）件的剛性。通過三維建模和有限（xiàn）元分析（xī），結合計算機仿真，可得到如下圖1、圖2、圖3 和圖4 的（de）分析結果。仿真結果表明（míng），基礎件的（de）微觀變形量（liàng）滿足設計要求。