龍門式加工中心GDM2040 的理論計算與分析
2016-8-4 來源：大連三壘機器股份有限公司 作者：葛 陽
摘 要：本文以龍門加工中心GDM2040 的設(shè)計開發(fā)為案例，闡釋設(shè)計前期的理論計算和分析過程，通過對機床主驅(qū)動系統(tǒng)的計算和校核，分析主要支撐件的有限元，以保證設(shè)計的合理性，既為該產(chǎn)品開發(fā)提供理論依據(jù)，也為相關(guān)機床的設(shè)計開發(fā)提供佐證。
關(guān)鍵詞：龍門式加工中心 理論計算 有限元分析
1、主參數(shù)表
根據(jù)市場調(diào)研和產(chǎn)品改進計劃，提出產(chǎn)品的性能要求、需要滿足的新標(biāo)準(zhǔn)及工業(yè)造型要求等設(shè)計信息，確定本機床的主要設(shè)計參數(shù)如表1 所示。
表1 機床主要的設(shè)計參數(shù)情況一覽表
2、主參數(shù)的計算及校核
2.1 主驅(qū)動系統(tǒng)計算
根據(jù)設(shè)計輸入信息，參考標(biāo)桿產(chǎn)品配置，與液壓系統(tǒng)進行匹配計算，以確定動力系統(tǒng)的輸出功率、轉(zhuǎn)速，從而選擇適當(dāng)?shù)脑瓌訖C；根據(jù)結(jié)構(gòu)布置，進行系統(tǒng)的熱平衡計算，以選擇合理的散熱方式及散熱器。
計算過程如下：
（1）主軸電機：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）主軸轉(zhuǎn)速：10 ～ 6000r/m（低速檔：10 ～ 990，高速檔：990 ～ 6000）；
（3）錐孔型號：BT50（7:24）。
2.2 液壓系統(tǒng)計算
由設(shè)計要求可知，本機床液壓系統(tǒng)各執(zhí)行回路所需流量、壓力油由液壓站集中供給。機床各執(zhí)行回路工作時所需的壓力分別為：刀庫6MPa，附件頭拉緊5MPa，主軸換擋5MPa，主軸松刀6MPa，附件主軸松刀10MPa，C 軸夾緊放松5.5MPa，最大工作流量為刀庫40L/min。本機床選用單電機加變量葉片泵的方式為系統(tǒng)供油。由于液壓系統(tǒng)在傳動的過程中存在著局部壓力損失和沿程壓力損失，故選擇葉片變量泵出口處的壓力為10.5MPa。
（1）主機液壓站油泵的選擇。當(dāng)泵的效率取0.9，電機轉(zhuǎn)速為1500r/min 時，泵參考排量：
于是， 油泵型號選擇PV7-1X/25-30RE01MC0-16， 排量為30ml/min，最大流量43.5ml/min，最高工作壓力為16MPa，廠家力士樂，滿足使用要求。
（2） 主機液壓站電機的選擇。油泵電機選用Y 系列三相異步電動機。若電機的效率為0.8，則所需的功率為：
故，選用電機型號Y160M-4-B35，功率11KW，額定轉(zhuǎn)速1460r/min，滿足使用要求。
2.3 X 軸驅(qū)動系統(tǒng)校核
參數(shù)m=30000kg，X 行程為4200mm，Ve=20m/min，a=1m/s，μ=0.01，η=0.95，F(xiàn)v=6178N， 彈性模量E=210000； 初選絲杠導(dǎo)程為P=0.04mm， 傳動比i=5， 載荷性質(zhì)Kp 為1.2 ～ 1.5，取Kp=1.3，載荷影響系數(shù)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）絲杠選型
摩擦力mg 0.01 30000 9.8 2940 R F = μ = × × = N
絲杠最大載荷max 2940 6178 9118 R V F = F + F = + = N
（2）電機的選擇
初選電機為1FT6105-8AF71
參數(shù)： 額定扭矩Mn=31Nm，Mo=50Nm，Mj=110Nm，J=0.0168Kgm2
3、重要部件的有限元
機床的床身、工作臺、立柱、橫梁等大型基礎(chǔ)件是保證機床精度和剛性的基礎(chǔ)。這里，我們選取鑄造的傳統(tǒng)工藝，通過合理和有效的布筋結(jié)構(gòu)，保證基礎(chǔ)件的剛性。通過三維建模和有限元分析，結(jié)合計算機仿真，可得到如下圖1、圖2、圖3 和圖4 的分析結(jié)果。仿真結(jié)果表明，基礎(chǔ)件的微觀變形量滿足設(shè)計要求。
4、結(jié)語
該機床GDM2040 龍門式加工中心已完成生產(chǎn)和測試，各項參數(shù)如快移速度、切削性能及精度都達到了設(shè)計指標(biāo)，證明產(chǎn)品設(shè)計前期的理論計算及分析是合理的。同時，本文提及的理論計算及分析，也可為類似產(chǎn)品的開發(fā)提供理論依據(jù)。
參考文獻
[1] 丁江民，周光富. 復(fù)合混凝土機床床身及其動靜態(tài)性能研究[J]. 制作技術(shù)與機床，2014，（1）：88-91.
[2] 武鋒，王傳洋，劉新寧. 落地鏜銑床加工中心滑枕變形分析[J].組合機床與自動化技術(shù)，2014，（1）：136-138.
[3] 楊淑琴，張建潤，焦國旺，楊家富.TH42160 龍門加工中心的動態(tài)特性分析[J]. 林業(yè)機械與木工設(shè)備，2010，（2）：25-27.
[4] 楊玉萍，張森，季彬彬，邱自學(xué). 立式加工中心床身結(jié)構(gòu)動態(tài)特性有限元分析[J]. 機械設(shè)計與制造，2014，（1）：174-176.
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