【正文】 機床主軸箱設計及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 36 m i n/ 22 LvDq ????? ）（快進快進 ? m i n/ 22 LvDq ????? ）（工進工進 ? m i n/ 22 LvDq ????? ）（快退快退 ? m i n/ 322 LvDq ??????? ）（夾緊夾緊 ? （ 3） 、滑枕夾緊系統(tǒng)液壓缸的計算 根據液壓系統(tǒng)設計簡明手冊表 21確定液壓缸的工作壓力為 20Mpa、 ?Dd 、最大負載為 F1=63000N、回油背壓力為零、 ?cm? 。 液壓缸內徑 mmPFD cm 4 61 ???? ?????? ? 根據液壓系統(tǒng)設計簡明手冊表 24將液壓缸的內徑圓整為標準系列 mmD 63? ，所以mmd 45? 。 校核液壓缸可靠性： 因為 22222 17)4563()(4 cmdDA ?????? ? 且 23m inm in 510 cmvqA ???? ，所以液壓缸設計可靠。 取 Mpa100][ ?? 則 mmPD 101002 631020][2 66 ??? ???? ?? 缸體外徑為： mmDD ?????? ? 根據液 壓系統(tǒng)與維修設計手冊 157頁表選 mmD 751 ? 所以液壓缸的型號為： ARALBIWY 5014631 計算流量： m i n/ 232 LvDq ?????? ? ）（快進快進 ? m i n/ 22 LvDq ????? ）（工進工進 ? m i n/ 22 LvDq ????? ）（快退快退 ? m i n/ 22 LvDq ????? ）（夾緊夾緊 ? 某型重型數控機床主軸箱設計及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 37 （ 4） 、主軸箱夾緊系統(tǒng)液壓缸的計算 根據液壓系統(tǒng)設計簡明手冊表 21確定液壓缸的工作壓力為 20Mpa、 ?Dd、最大負載為 F1=139350N、回油背壓力為零、 ?cm? 。 液壓缸內徑 mPFD cm 4 61 ???? ?????? ? 根據液壓系統(tǒng)設計簡明手冊表 24將液壓缸的內徑圓整為標準系列 mmD 100? ，所以mmd 70? 。 校核液壓缸可靠性： 因為 22222 40)70100()(4 cmdDA ?????? ? 且 23m inm in 510 cmvqA ???? ，所以液壓缸設計可靠。 取 Mpa100][ ?? 則 mmPD 10101002 1001020][2 66 ??? ???? ?? 缸體外徑為： mmDD 1 2 02101 0 021 ?????? ? 根據液壓系統(tǒng)與維修設計手冊 157頁表選 mmD 1201 ? 所以液壓缸的型號為： AATRLBIWY 501001 計算流量： m i n/ 232 LvDq ?????? ? ）（快進快進 ? m i n/ 22 LvDq ????? ）（工進工進 ? m i n/ 22 LvDq ????? ）（快退快退 ? m i n/ 22 LvDq ????? ）（夾緊夾緊 ? （ 5） 、滑枕平衡液壓系統(tǒng)液壓缸的計算 根據液壓系統(tǒng)設計要求以及查閱相關資料得到液壓缸的 D=80mm、 d=56mm 行程為5mm。 根據液壓系統(tǒng)與維修設計手冊 157頁得液壓缸的型號為： AATRLBIWY 5801 （ 6） 、液壓泵的選擇 考慮到正常工作中進油管路有一定的壓力損失，所以泵的壓力為 PPPp ???? 1 某型重型數控機床主軸箱設計及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 38 式中： pP 為液壓泵最大工作壓力 1P 為執(zhí)行元件的最大工作壓力 P?? 為進油管 路中損失的壓力，由于本系統(tǒng)較為為簡單取 所以 M p aPPP p ??????? 上述 pP 為系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況過程中的損失，因此泵的額定壓力nP 應該 pP)( ?? ，所以本系統(tǒng)選 M paPP pn ?? 液壓泵的最大流量應為： max)( qKq lp ?? 注： pq 為液壓泵的最大流量 max)( q? 為同時動作的個執(zhí)行元件所需的流量之和的最大值，如果溢流閥此時 正常工作需增加 3L/min2 lK 為系統(tǒng)泄漏系數，在 所以 m i n/)( m a x LqKq lp ????? 因為系統(tǒng)壓力較高，但系統(tǒng)較簡單，故選用 NB型內嚙合齒輪泵，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，額定轉速為 1500r/min，額定功率為 17Kw的齒輪泵，型號為： FGNBB 25? （ 7） 、電動機的選擇 電動機的功率? 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 為電動機轉速，使用四極電機， min/1500rn ? ? 為機械效率取 所以 KwnVPP pp 366 ??? ???????? ??? 電機采用臥式安裝方式，具體型號為： 4180 ?MY ： 油管尺寸一般由選用的液壓元件接口尺寸而定，也可以通過管路允許的流速進行計算： 某型重型數控機床主軸箱設計及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 39 取壓油管允許的流速為 4m/s， mmvqd ????，圓整為 d=12mm。 AMEsim 進行仿真的步驟 一般我們可以直接利用 AMEsim所提供的建模模塊建立模型，具體的仿真分析過程如下： （ 1）、點擊 ，在當前狀態(tài)下利用系統(tǒng)中的模型進行建模，如圖 。 圖 （ 2） 、點擊 ， 檢查錯誤并對每個模型進行命名。 （ 3） 、點擊 ，修改模型中的參數。 （ 4） 、點擊 ，進行仿真分析。 AMEsim 進行仿真分析 （ 1） 、 刀具夾緊液壓系統(tǒng)仿真分析 : 首先輸入一個模擬的信號，如圖 ： 圖 某型重型數控機床主軸箱設計及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 40 輸出與輸入比較結果為如圖 ： 圖 節(jié)流閥 16出口壓力結果如圖 ： 圖 節(jié)流閥 16出口流量結果如圖 ： 圖 由上圖 ，當刀具需要加緊時，輸入一 個信號，液壓系統(tǒng)可以通過調節(jié)三位四通閥使液壓桿或得一個力，并且保壓，從而實現夾緊。需要松開時恢復成初始信號，液壓桿就沒有力的輸出從而松開。上圖的仿真基本說明此液壓系統(tǒng)能夠完成相應的設計要求，但是輸入信號和輸出信號間存在一定的滯后性，這就需要在快速響應方面進行研究，在上圖 2s時突然躍變，快速達到工作時的壓力大小，在 2s8s內保持原有壓力大小為系統(tǒng)保持工作壓力， 8s10s時壓力突然減小到單向閥的設定壓力進行某型重型數控機床主軸箱設計及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 41 卸油從而完成刀具的夾緊和松開。圖 16的出口 流量的大小， 2s內有一定的流量實現雙向節(jié)流閥的壓力在 2s時突然躍變，在 2s8s時由于雙向節(jié)流閥的作用，不需要流量從而進行保壓，在 8s10s液壓系統(tǒng)進行泄壓，流量變成反方向泄壓。 （ 2） 主軸箱平衡系統(tǒng)仿真分析 首先輸入一個模擬的信號， 如圖 ： 圖 輸出與輸入比較結果為： 圖 由圖可以看出當主軸箱上受到的力變化時，液壓系統(tǒng)通過調節(jié)三位四通閥給液壓桿一個力從而拉動鋼絲繩來補償誤差，但是液壓桿上的力處于波動狀態(tài)不利于實現精確的補償誤差，說明這個液壓系統(tǒng)還存在缺陷，不 夠穩(wěn)定，這就需要在穩(wěn)定性方面進行研究。 （ 3） 、主軸箱 夾緊液壓系統(tǒng)仿真分析： 首先輸入一個模擬的信號，如 圖 ： 某型重型數控機床主軸箱設計及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 42 圖 輸出與輸入比較結果為： 圖 由上圖可以看出，當主軸箱需要加緊時，輸入一個信號，液壓系統(tǒng)可以通過調節(jié)三位四通閥使液壓桿或得一個力，并且保壓，從而實現夾緊。需要松開時恢復成初始信號，液壓桿就沒有力的輸出從而松開。上圖的仿真基本說明此液壓系統(tǒng)能夠完成相應的設計要求，但是輸入信號和輸出信號間存在一定的滯后性，這就需要在快速響應方面進行研究。 （ 4） 、滑枕 夾緊液壓 系統(tǒng)仿真分析 : 首先輸入一個模擬的信號，如 圖 ： 圖 輸出與輸入比較結果為： 某型重型數控機床主軸箱設計及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 43 圖 節(jié)流閥 14出口壓力結果如圖 ： 圖 節(jié)流閥 14出口流量結果如圖 ： 圖 由上圖可以看出，當滑枕需要加緊時，輸入一個信號，液壓系統(tǒng)可以通過調節(jié)三位四通某型重型數控機床主軸箱設計及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 44 閥使液壓桿或得一個力，并且保壓，從而實現夾緊。需要松開時恢復成初始信號，液壓桿就沒有力的輸出從而松開。上圖的仿真基本說明此液壓系統(tǒng)能夠完成相應的設計要 求，但是輸入信號和輸出信號間存在一定的滯后性，這就需要在快速響應方面進行研究。 （ 5） 、滑枕撓曲補償 液壓系統(tǒng)仿真分析： 首先輸入一個上力的信號，如圖 ： 圖 輸出與輸入比較結果為： 圖 由圖可以看出當滑枕伸出時，受到的力逐漸變大，液壓系統(tǒng)通過調節(jié)三位四通閥給液壓桿一個力從而拉動拉桿來補償誤差，但是液壓桿上的力處于波動狀態(tài)不利于實現精確的補償誤差，說明這個液壓系統(tǒng)還存在缺陷，不夠穩(wěn)定，這就需要在穩(wěn)定性方面進行研究。 （ 6） 、溢流閥的 仿真分析： 溢流閥入口的壓力如圖 ： 某型重型數控機床主軸箱設計及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 45 圖 溢流閥出口流量如圖 ： 圖 如圖 ，在本液壓系統(tǒng)剛剛開始啟動時，溢流閥就開始工作，將整個系統(tǒng)的工作壓力保持在 14Mpa下，保證了每一部分液壓的工作壓力都滿足正常工作條件。溢流閥出口流量圖 ，但隨著時間的推移，溢流趨于穩(wěn)定，整個液壓系統(tǒng)的性能也逐步趨于穩(wěn)定，說明這個液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性良好。 結論 由于液壓系統(tǒng)設計時需要精確的，快速的 ，可靠的實現相關功能，這就需要我們在設計后校核其功能。我們可以利用 AMEsim進行仿真分析，就可以十分直觀而且明確地得出液壓系統(tǒng)中各種部分的運動學參數以及液壓參數。從而再通過比較分析，就能很方便地驗證該液壓系統(tǒng)能否實驗預期的功能以及存在的缺陷，為以后的液壓系統(tǒng)設計提供參考。 某型重型數控機床主軸箱設計及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 46 第四章 結論 全文工作總結： 隨著科技的進步、生產的提高，大噸位機床的使用性能要求也逐步提高，對 重型數控鏜銑床的需求量也越來越大。因此作為機床重要部件的主軸箱和液壓系統(tǒng) 的設計也日益重要，但由于中國對重型數控鏜銑床的研究較晚 ，現在的設計和驗算任然依據經驗或者類比的方法，這花費了大量的時間和精力，通過液壓仿真可以在設計的初期對設計方案進行校核，發(fā)現不合理的地方加以改進。 主要工作成果： （ 1）、根據設計要求對主軸箱的傳動系統(tǒng)進行設計，包括傳動比的選擇、齒輪的選擇、軸的設計和校核、端蓋、鍵和軸承的設計。并且設依據計算結果利用 三維結構模型和二維平面圖。 （ 2）、重點研究重型機床的主軸箱重心平衡補償、滑枕變形補償、主軸箱夾緊、滑枕夾緊以及刀具松開的液壓系統(tǒng)并對上述液壓系統(tǒng)的液壓缸、液壓泵等液壓部件進行設計和選型。 （ 3）、依據設計的液壓系統(tǒng)通過 AMEsim軟件平臺，建立 TK6920機床液壓系統(tǒng)仿真模型，并且利用設計中的數據，對液壓建模中的模型進行參數化定義和仿真。 （ 4）、通過仿真得到的數據具體的進行分析。得到這個液壓系統(tǒng)所具有的問題提出改進建議，為以后工作提供借鑒意義。 工作的缺點和建議： （ 1） 、由于本次畢業(yè)設計的時間不夠充足，在主軸箱設計時忽略了如床身、立柱、滑枕等部件對主軸箱的影響，設計的有些理想化。希望在以后的工作中把忽略的因素加入到主軸箱的設計中，使主軸箱的結構更加的合理、安全、可靠。 （ 2） 、在液壓系統(tǒng)設計和 仿真時同樣也忽略了一些影響因素，在以后的工作中應該完善模型使其更加接近自然狀態(tài)下的工作參數。 參考文獻 47 參考文獻 [1] 陳慶堂 .基于 ANSYS 的數控銑床整機結構有限元分析 [J].三明：三明學院學報， 2021，27(2)： 145147 [2] 楊浩、秦萍、李柏林 .基于 ANSYS 的落地式鏜銑床模態(tài)分析 [J].廣州：機床與液壓， 2021，38(9)： 92138 [3] 張碧清 .基于有限元方法的數控銑床整機熱特性分析 [J].天津：數字技術與應用， 2021(7)：196198 [4] 姚銀歌 .大型數控落地銑鏜床 CAE 與主軸箱優(yōu)化設計研究及應用 [D].合肥：合肥工業(yè)大學出版社， 2021： 154 [5] 呂建法、閆兵、 李柏林 .數控銑床滑枕有限元分析及試驗研 [J].北京：機械設計與制造，2021(5)： 185187 [6] 石前列、吳向東、 武友德 .基于有限元的落地鏜銑床滑枕結構設計 [J].遼寧：機械設計與制造， 2