【正文】 機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 36 m i n/ 22 LvDq ????? ）（快進(jìn)快進(jìn) ? m i n/ 22 LvDq ????? ）（工進(jìn)工進(jìn) ? 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(jì)算 根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊表 21確定液壓缸的工作壓力為 20Mpa、 ?Dd 、最大負(fù)載為 F1=63000N、回油背壓力為零、 ?cm? 。 液壓缸內(nèi)徑 mmPFD cm 4 61 ???? ?????? ? 根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊表 24將液壓缸的內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列 mmD 63? ，所以mmd 45? 。 校核液壓缸可靠性： 因?yàn)?22222 17)4563()(4 cmdDA ?????? ? 且 23m inm in 510 cmvqA ???? ，所以液壓缸設(shè)計(jì)可靠。 取 Mpa100][ ?? 則 mmPD 101002 631020][2 66 ??? ???? ?? 缸體外徑為： mmDD ?????? ? 根據(jù)液 壓系統(tǒng)與維修設(shè)計(jì)手冊 157頁表選 mmD 751 ? 所以液壓缸的型號為： ARALBIWY 5014631 計(jì)算流量： m i n/ 232 LvDq ?????? ? ）（快進(jìn)快進(jìn) ? m i n/ 22 LvDq ????? ）（工進(jìn)工進(jìn) ? m i n/ 22 LvDq ????? ）（快退快退 ? m i n/ 22 LvDq ????? ）（夾緊夾緊 ? 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 37 （ 4） 、主軸箱夾緊系統(tǒng)液壓缸的計(jì)算 根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊表 21確定液壓缸的工作壓力為 20Mpa、 ?Dd、最大負(fù)載為 F1=139350N、回油背壓力為零、 ?cm? 。 液壓缸內(nèi)徑 mPFD cm 4 61 ???? ?????? ? 根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊表 24將液壓缸的內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列 mmD 100? ，所以mmd 70? 。 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。 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 157頁表選 mmD 1201 ? 所以液壓缸的型號為： AATRLBIWY 501001 計(jì)算流量： m i n/ 232 LvDq ?????? ? ）（快進(jìn)快進(jìn) ? m i n/ 22 LvDq ????? ）（工進(jìn)工進(jìn) ? 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(jì)算 根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求以及查閱相關(guān)資料得到液壓缸的 D=80mm、 d=56mm 行程為5mm。 根據(jù)液壓系統(tǒng)與維修設(shè)計(jì)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(jìn)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(shù)控機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)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(jìn)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(yīng)該 pP)( ?? ，所以本系統(tǒng)選 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，型號為： FGNBB 25? （ 7） 、電動機(jī)的選擇 電動機(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(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。 AMEsim 進(jìn)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(diǎn)擊 ，在當(dāng)前狀態(tài)下利用系統(tǒng)中的模型進(jìn)行建模，如圖 。 圖 （ 2） 、點(diǎn)擊 ， 檢查錯(cuò)誤并對每個(gè)模型進(jìn)行命名。 （ 3） 、點(diǎn)擊 ，修改模型中的參數(shù)。 （ 4） 、點(diǎn)擊 ，進(jìn)行仿真分析。 AMEsim 進(jìn)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(gè)模擬的信號，如圖 ： 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 40 輸出與輸入比較結(jié)果為如圖 ： 圖 節(jié)流閥 16出口壓力結(jié)果如圖 ： 圖 節(jié)流閥 16出口流量結(jié)果如圖 ： 圖 由上圖 ，當(dāng)?shù)毒咝枰泳o時(shí)，輸入一 個(gè)信號，液壓系統(tǒng)可以通過調(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，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(yīng)的設(shè)計(jì)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(yīng)方面進(jìn)行研究，在上圖 2s時(shí)突然躍變，快速達(dá)到工作時(shí)的壓力大小，在 2s8s內(nèi)保持原有壓力大小為系統(tǒng)保持工作壓力， 8s10s時(shí)壓力突然減小到單向閥的設(shè)定壓力進(jìn)行某型重型數(shù)控機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 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(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。 （ 2） 主軸箱平衡系統(tǒng)仿真分析 首先輸入一個(gè)模擬的信號， 如圖 ： 圖 輸出與輸入比較結(jié)果為： 圖 由圖可以看出當(dāng)主軸箱上受到的力變化時(shí)，液壓系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)三位四通閥給液壓桿一個(gè)力從而拉動鋼絲繩來補(bǔ)償誤差，但是液壓桿上的力處于波動狀態(tài)不利于實(shí)現(xiàn)精確的補(bǔ)償誤差，說明這個(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。 （ 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，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，液壓系統(tǒng)可以通過調(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，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(yīng)的設(shè)計(jì)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(yīng)方面進(jìn)行研究。 （ 4） 、滑枕 夾緊液壓 系統(tǒng)仿真分析 : 首先輸入一個(gè)模擬的信號，如 圖 ： 圖 輸出與輸入比較結(jié)果為： 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 43 圖 節(jié)流閥 14出口壓力結(jié)果如圖 ： 圖 節(jié)流閥 14出口流量結(jié)果如圖 ： 圖 由上圖可以看出，當(dāng)滑枕需要加緊時(shí)，輸入一個(gè)信號，液壓系統(tǒng)可以通過調(diào)節(jié)三位四通某型重型數(shù)控機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)及滑枕液壓系統(tǒng)仿真分析 44 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，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(yīng)的設(shè)計(jì)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(yīng)方面進(jìn)行研究。 （ 5） 、滑枕撓曲補(bǔ)償 液壓系統(tǒng)仿真分析： 首先輸入一個(gè)上力的信號，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)通過調(diào)節(jié)三位四通閥給液壓桿一個(gè)力從而拉動拉桿來補(bǔ)償誤差，但是液壓桿上的力處于波動狀態(tài)不利于實(shí)現(xiàn)精確的補(bǔ)償誤差，說明這個(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。 （ 6） 、溢流閥的 仿真分析： 溢流閥入口的壓力如圖 ： 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 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(shí)，溢流閥就開始工作，將整個(gè)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(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，說明這個(gè)液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性良好。 結(jié)論 由于液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要精確的，快速的 ，可靠的實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，這就需要我們在設(shè)計(jì)后校核其功能。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)動學(xué)參數(shù)以及液壓參數(shù)。從而再通過比較分析，就能很方便地驗(yàn)證該液壓系統(tǒng)能否實(shí)驗(yàn)預(yù)期的功能以及存在的缺陷，為以后的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。 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 重型數(shù)控鏜銑床的需求量也越來越大。因此作為機(jī)床重要部件的主軸箱和液壓系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)也日益重要，但由于中國對重型數(shù)控鏜銑床的研究較晚 ，現(xiàn)在的設(shè)計(jì)和驗(yàn)算任然依據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者類比的方法，這花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力，通過液壓仿真可以在設(shè)計(jì)的初期對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行校核，發(fā)現(xiàn)不合理的地方加以改進(jìn)。 主要工作成果： （ 1）、根據(jù)設(shè)計(jì)要求對主軸箱的傳動系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括傳動比的選擇、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)。并且設(shè)依據(jù)計(jì)算結(jié)果利用 三維結(jié)構(gòu)模型和二維平面圖。 （ 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。 （ 3）、依據(jù)設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)通過 AMEsim軟件平臺，建立 TK6920機(jī)床液壓系統(tǒng)仿真模型，并且利用設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)，對液壓建模中的模型進(jìn)行參數(shù)化定義和仿真。 （ 4）、通過仿真得到的數(shù)據(jù)具體的進(jìn)行分析。得到這個(gè)液壓系統(tǒng)所具有的問題提出改進(jìn)建議，為以后工作提供借鑒意義。 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、滑枕等部件對主軸箱的影響，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中，使主軸箱的結(jié)構(gòu)更加的合理、安全、可靠。 （ 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)。 參考文獻(xiàn) 47 參考文獻(xiàn) [1] 陳慶堂 .基于 ANSYS 的數(shù)控銑床整機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析 [J].三明：三明學(xué)院學(xué)報(bào)， 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(jī)床與液壓， 2021，38(9)： 92138 [3] 張碧清 .基于有限元方法的數(shù)控銑床整機(jī)熱特性分析 [J].天津：數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用， 2021(7)：196198 [4] 姚銀歌 .大型數(shù)控落地銑鏜床 CAE 與主軸箱優(yōu)化設(shè)計(jì)研究及應(yīng)用 [D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社， 2021： 154 [5] 呂建法、閆兵、 李柏林 .數(shù)控銑床滑枕有限元分析及試驗(yàn)研 [J].北京：機(jī)械設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) [J].遼寧：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造， 2