【正文】 M paPP pn ?? 液壓泵的最大流量應(yīng)為： max)( qKq lp ?? 注： pq 為液壓泵的最大流量 max)( q? 為同時(shí)動(dòng)作的個(gè)執(zhí)行元件所需的流量之和的最大值，如果溢流閥此時(shí) 正常工作需增加 3L/min2 lK 為系統(tǒng)泄漏系數(shù)，在 所以 m i n/)( m a x LqKq lp ????? 因?yàn)橄到y(tǒng)壓力較高，但系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，故選用 NB型內(nèi)嚙合齒輪泵，考慮到容積效率等因素選用排量為 min/25mL ，額定壓力為 25Mpa，最大壓力為 32Mpa，額定轉(zhuǎn)速為 1500r/min，額定功率為 17Kw的齒輪泵，型號(hào)為： FGNBB 25? （ 7） 、電動(dòng)機(jī)的選擇 電動(dòng)機(jī)的功率? nVPP pp ??? 注： pP 為系統(tǒng)壓力，考慮到系統(tǒng)管路損失，因此取系統(tǒng)壓力為 pV 為齒輪泵排量， rmLVp /25? n 為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使用四極電機(jī)， min/1500rn ? ? 為機(jī)械效率取 所以 KwnVPP pp 366 ??? ???????? ??? 電機(jī)采用臥式安裝方式，具體型號(hào)為： 4180 ?MY ： 油管尺寸一般由選用的液壓元件接口尺寸而定，也可以通過(guò)管路允許的流速進(jìn)行計(jì)算： 某型重型數(shù)控機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 39 取壓油管允許的流速為 4m/s， mmvqd ????，圓整為 d=12mm。 （ 4） 、點(diǎn)擊 ，進(jìn)行仿真分析。圖 16的出口 流量的大小， 2s內(nèi)有一定的流量實(shí)現(xiàn)雙向節(jié)流閥的壓力在 2s時(shí)突然躍變，在 2s8s時(shí)由于雙向節(jié)流閥的作用，不需要流量從而進(jìn)行保壓，在 8s10s液壓系統(tǒng)進(jìn)行泄壓，流量變成反方向泄壓。上圖的仿真基本說(shuō)明此液壓系統(tǒng)能夠完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求，但是輸入信號(hào)和輸出信號(hào)間存在一定的滯后性，這就需要在快速響應(yīng)方面進(jìn)行研究。 （ 5） 、滑枕?yè)锨a(bǔ)償 液壓系統(tǒng)仿真分析： 首先輸入一個(gè)上力的信號(hào)，如圖 ： 圖 輸出與輸入比較結(jié)果為： 圖 由圖可以看出當(dāng)滑枕伸出時(shí)，受到的力逐漸變大，液壓系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)三位四通閥給液壓桿一個(gè)力從而拉動(dòng)拉桿來(lái)補(bǔ)償誤差，但是液壓桿上的力處于波動(dòng)狀態(tài)不利于實(shí)現(xiàn)精確的補(bǔ)償誤差，說(shuō)明這個(gè)液壓系統(tǒng)還存在缺陷，不夠穩(wěn)定，這就需要在穩(wěn)定性方面進(jìn)行研究。我們可以利用 AMEsim進(jìn)行仿真分析，就可以十分直觀而且明確地得出液壓系統(tǒng)中各種部分的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)以及液壓參數(shù)。 主要工作成果： （ 1）、根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)主軸箱的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括傳動(dòng)比的選擇、齒輪的選擇、軸的設(shè)計(jì)和校核、端蓋、鍵和軸承的設(shè)計(jì)。 （ 4）、通過(guò)仿真得到的數(shù)據(jù)具體的進(jìn)行分析。 （ 2） 、在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)和 仿真時(shí)同樣也忽略了一些影響因素，在以后的工作中應(yīng)該完善模型使其更加接近自然狀態(tài)下的工作參數(shù)。 工作的缺點(diǎn)和建議： （ 1） 、由于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間不夠充足，在主軸箱設(shè)計(jì)時(shí)忽略了如床身、立柱、滑枕等部件對(duì)主軸箱的影響，設(shè)計(jì)的有些理想化。 （ 2）、重點(diǎn)研究重型機(jī)床的主軸箱重心平衡補(bǔ)償、滑枕變形補(bǔ)償、主軸箱夾緊、滑枕夾緊以及刀具松開的液壓系統(tǒng)并對(duì)上述液壓系統(tǒng)的液壓缸、液壓泵等液壓部件進(jìn)行設(shè)計(jì)和選型。 某型重型數(shù)控機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 46 第四章 結(jié)論 全文工作總結(jié)： 隨著科技的進(jìn)步、生產(chǎn)的提高，大噸位機(jī)床的使用性能要求也逐步提高，對(duì) 重型數(shù)控鏜銑床的需求量也越來(lái)越大。溢流閥出口流量圖 ，但隨著時(shí)間的推移，溢流趨于穩(wěn)定，整個(gè)液壓系統(tǒng)的性能也逐步趨于穩(wěn)定，說(shuō)明這個(gè)液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性良好。需要松開時(shí)恢復(fù)成初始信號(hào)，液壓桿就沒(méi)有力的輸出從而松開。 （ 3） 、主軸箱 夾緊液壓系統(tǒng)仿真分析： 首先輸入一個(gè)模擬的信號(hào)，如 圖 ： 某型重型數(shù)控機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 42 圖 輸出與輸入比較結(jié)果為： 圖 由上圖可以看出，當(dāng)主軸箱需要加緊時(shí)，輸入一個(gè)信號(hào)，液壓系統(tǒng)可以通過(guò)調(diào)節(jié)三位四通閥使液壓桿或得一個(gè)力，并且保壓，從而實(shí)現(xiàn)夾緊。需要松開時(shí)恢復(fù)成初始信號(hào)，液壓桿就沒(méi)有力的輸出從而松開。 圖 （ 2） 、點(diǎn)擊 ， 檢查錯(cuò)誤并對(duì)每個(gè)模型進(jìn)行命名。 校核液壓缸可靠性： 因?yàn)?22222 40)70100()(4 cmdDA ?????? ? 且 23m inm in 510 cmvqA ???? ，所以液壓缸設(shè)計(jì)可靠。 液壓缸內(nèi)徑 mmPFD cm 4 61 ???? ?????? ? 根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)表 24將液壓缸的內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列 mmD 63? ，所以mmd 45? 。 取 Mpa100][ ?? 則 mmPD 10101002 1001020][2 66 ??? ???? ?? 缸體外徑為： mmDD 1 2 02101 0 021 ?????? ? 根據(jù)液壓系統(tǒng)與維修設(shè)計(jì)手冊(cè) 157頁(yè)表選 mmD 1201 ? 所以液壓缸的型 號(hào)為： DRBLBIWY 1 0 0141 0 01 計(jì)算最大流量： m i n/ 22m a x LvDq ????? ? （ 2） 、刀具夾緊系統(tǒng)液壓缸的計(jì)算 根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)表 21確定液壓缸的工作壓力為 7Mpa、 ?Dd 、最大負(fù)載為 F1=50000N、回油背壓力為零、 ?cm? 。 校核液壓缸可靠性： 因?yàn)?22222 )4563()(4 cmdDA ?????? ? 且 23m inm in 510 cmvqA ???? ，所以液壓缸設(shè)計(jì)可靠。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及查閱相關(guān)資料，靠近 銑軸方向承受的壓力為 3000N，后面導(dǎo)軌上承受的壓力為每個(gè) 2021N。 （ 1） 、主軸箱的自身重力 TK6920重型數(shù)控鏜銑床主軸箱的箱體材料為 HT200，密度為 3/ mkg ，尺寸為mmmmmm 1 8 4 01 5 6 09 5 0 ?? ，根據(jù)第二章主軸箱的三維建模，運(yùn)用 Creo進(jìn)行重力分析，某型重型數(shù)控機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 32 得出自身重力為 4980N。當(dāng) YB6接通時(shí)液壓油進(jìn)過(guò)三位四通閥的右端回到液壓箱使液壓桿縮回，液壓桿松開從而使主軸箱或滑枕有一個(gè)自由度可以向相關(guān)方向移動(dòng)。液壓原理 圖如 ： 某型重型數(shù)控機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 29 圖 刀具夾緊原理圖 圖 單向閥 溢流閥 減壓閥 三位四通閥 雙向節(jié)流閥 液壓缸 液壓泵 過(guò)濾器 刀具夾緊原理：當(dāng) YB2接通時(shí)液壓油經(jīng)過(guò)減壓閥 3，三位四通閥右腔進(jìn)入液壓缸左端使液壓桿縮回，拉釘拉緊從而使刀具夾緊。液壓系統(tǒng)圖如 ： 某型重型數(shù)控機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 28 圖 主軸箱 定滑輪 鋼絲繩 液壓缸 動(dòng)滑輪組 鏜桿 支架（連接滑輪）行程油缸 液控單向閥 1電磁換向閥 1伺服閥 1單向閥 1液壓泵 1 過(guò)濾器 1溢流閥 注：液壓缸 9固定在立柱上，鋼絲繩兩端分別連接主軸箱前后兩端。 主軸箱平衡液壓系統(tǒng) TK6920重型數(shù)控落地銑鏜床主軸箱的工作原理是：主軸箱通過(guò)絲杠傳動(dòng)，沿著立柱靜壓導(dǎo)軌 (Y軸 )上下運(yùn)動(dòng)。 圖 主軸 箱 某型重型數(shù)控機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 26 附圖： 圖 主軸箱裝配圖 某型重型數(shù)控機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 27 第三章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真分析 機(jī)床液壓系統(tǒng)介紹 TK6920重型數(shù)控落鏜銑床的液壓系統(tǒng)由四個(gè)獨(dú)立的部分組成： 第一部分提供機(jī)床精度補(bǔ)償，其中包括：主軸箱重心平衡補(bǔ)償、滑枕變形補(bǔ)償、附件重量補(bǔ)償。 7是軸 II以及齒輪 0 03和 04。10是用來(lái)支撐軸 I、軸 II和軸 III滾動(dòng)軸承的基座同時(shí)對(duì)主軸箱起支撐作用。 （ 2） 、初選深溝球軸承 6021 型號(hào)： 261 6 01 0 5 ????? BDd （ 3） 、軸承端蓋的設(shè)計(jì)： 軸承端蓋如圖所示： 取螺栓直徑 3d =10，數(shù)目為 4 mmdDd 31 ?????? mmddd 2 1 8 312 ?????? mmde 3 ???? 某型重型數(shù)控機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 24 取 mmm 17? mmmmDd 1 4 5154 ??? （ 4）、軸 的示意圖： 主軸箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)主傳動(dòng)系統(tǒng)初步的到傳動(dòng)系統(tǒng)的空間位置草圖，如圖 所示： 圖 傳動(dòng)系統(tǒng)的空間位置 某型重型數(shù)控機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 25 依據(jù)設(shè)計(jì)得到的軸箱的外形輪廓、滑枕部件、導(dǎo)軌部件以及齒輪和軸系數(shù)據(jù)最終建立主軸箱體和主軸箱裝配的二維圖，如圖附圖 。 校核強(qiáng)度： B 截面處的強(qiáng)度： Mp aWM B 3 ????? 某型重型數(shù)控機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 20 所以 ][ 1???? C 截面處的強(qiáng)度： Mp aWM C 3 ????? 所以 ][ 1???? 綜上所訴：本軸的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)使用要求。 因?yàn)榛碜陨磔^重，所以在箱體內(nèi)部直線運(yùn)動(dòng)，采用靜壓導(dǎo)軌。在滑枕前端面可以安裝附件（如垂直銑頭，平旋盤等），并且在滑枕前端蓋上安裝有附件識(shí)別開關(guān)。 第二章 主軸箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 總體結(jié)構(gòu)分析 本文所論述的主軸箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖 所示 圖 主軸箱的結(jié)構(gòu) 在這個(gè)重型數(shù)控機(jī)床的主軸箱中包含了主軸箱的重力補(bǔ)償部件 1，活塞、油缸和一根鋼絲繩連接通過(guò)液壓油缸動(dòng)態(tài)的拉緊與松開形成與重心相反方向的力來(lái)保證主軸箱不斷的處于平衡狀態(tài)中。 EASYS5 是當(dāng)今世界上主流的液壓仿真軟件，某型重型數(shù)控機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 11 功能強(qiáng)大，包含了 70 多種主要的液壓原部件 , 涵蓋了液壓系統(tǒng)仿真的主要方面，具有一些對(duì)應(yīng)真實(shí)物理部件的仿真模型 , 如 : 馬達(dá)、泵、閥液壓油等等 , 用戶只要如同組裝真實(shí)的液壓系統(tǒng)一樣 , 把相應(yīng)的零件圖標(biāo)從庫(kù)里取出 , 設(shè)定參數(shù)，連接各個(gè)部件 , 就可以構(gòu)造用戶的液壓系統(tǒng) , 而不必關(guān)心具體部件背后復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型 , 因此 EASYS 的液 壓系統(tǒng)仿真軟件非常適合工程人員使用。 AMESim 軟件最早由法國(guó) IMAGINE 公司在 1995 年推出的基于鍵合圖的液壓系統(tǒng)建模仿真和各種參數(shù)分析軟件。由于方案一屬于傳統(tǒng)的主軸箱設(shè)計(jì)，箱體的強(qiáng)度、剛度都比較好，適合重型數(shù)控鏜銑床的主軸箱結(jié)構(gòu)案故選擇 TK69 系列前端不開口的主軸主軸箱結(jié)構(gòu)。液壓系統(tǒng)的仿真在對(duì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的作用越來(lái)越大正在逐步變打。 圖 基于 EASY5 的液壓系統(tǒng)建模 通過(guò)實(shí)驗(yàn)以及液壓系統(tǒng)的仿真結(jié)果對(duì)比如圖 所示，分析液壓系統(tǒng)特性，得出分析結(jié)果。 圖 主軸箱以及滑枕夾緊液壓系統(tǒng)原理圖 （ 4）滑枕的撓度補(bǔ)償液壓系統(tǒng)，如圖 所示。 圖 系列數(shù)控車床主軸箱實(shí)體圖 方案四：數(shù)控銑床主軸箱機(jī)構(gòu)，如圖 所示。在理論論證時(shí)需要對(duì)主軸箱、滑枕、立柱等部件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度分析，以保證鏜銑床的加工精度以及可靠性。 液壓系統(tǒng)主要以配重錘平衡、蓄能器平衡、壓力控制閥平衡和 PID 補(bǔ)償四種方法 [21]為主，運(yùn)用上述的液壓系統(tǒng)軟件對(duì)平衡后的系統(tǒng)仿真，得到最優(yōu)的平衡措施。主要運(yùn)用 PRO/E[13]， CAD、 matlab[14]以及 Solid Works[15] 三種軟件對(duì)機(jī)床主軸建模，結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)主要采用 matlab 軟件，模態(tài)分析和熱特性分析時(shí)主要運(yùn)用ANSYS進(jìn)分析 [16][17]，主軸箱的補(bǔ)償分析時(shí)主要運(yùn)用 CAE[18]。分析時(shí)，采用 Block Lanczos 法求解，得出通過(guò)增加加強(qiáng)筋、固定螺栓的預(yù)緊力、改變約束位置等來(lái)調(diào)整方滑枕的剛度，起到提高固有頻率的目的 [6]。對(duì)于機(jī)床的動(dòng)力分析時(shí)采用有限元及結(jié)構(gòu)優(yōu)化（ CAE）技術(shù)相結(jié)合的手段 [4]，提高機(jī)床性能。 某型重型數(shù)控機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 2 研究現(xiàn)狀 本次課題研究共查閱相關(guān)文獻(xiàn)共 50篇，年份分布圖 1所示 圖 1年份分布圖 從圖中看出文獻(xiàn)主要集中在 20211013年，這說(shuō)明文獻(xiàn)的實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，對(duì)本論文研究具有重大的借鑒意義。重型數(shù)控落地式鏜銑床早已列為振興國(guó)家裝備制造業(yè)“數(shù)控機(jī)床發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃”，是我國(guó)重點(diǎn)扶持的行業(yè)，但由于重型數(shù)控落地鏜銑機(jī)床的體積大，噸位重，生產(chǎn)制造成本高，這有必要在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行多方面的分析，降低機(jī)械振動(dòng)，減少部件的彎曲變形從而提高加工工件的生產(chǎn)質(zhì)量。在 1958年國(guó)內(nèi)研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)國(guó)人的不懈努力，在 50余年間數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)和制作技巧飛躍式前進(jìn)和進(jìn)步，但是中國(guó)的機(jī)床結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)多半仍然處于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)使用一般的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，雖然這些計(jì)算具有可靠性、科學(xué)性，但是對(duì)于復(fù)雜的機(jī)床結(jié)構(gòu)僅有計(jì)算和試驗(yàn)是不夠的。德國(guó)的數(shù)控機(jī)床質(zhì)量及性能良好、先進(jìn)、實(shí)用、貨真價(jià)實(shí)、出口遍及世界。 AMEsim 目錄 III 目錄