龙门式加工中心GDM2040的理论计算与分析

葛 阳

龙门式加工中心GDM2040的理论计算与分析

葛 阳

（大连三垒机器股份有限公司，大连 116000）

本文以龙门加工中心GDM2040的设计开发为案例，阐释设计前期的理论计算和分析过程，通过对机床主驱动系统的计算和校核，分析主要支撑件的有限元，以保证设计的合理性，既为该产品开发提供理论依据，也为相关机床的设计开发提供佐证。

龙门式加工中心 理论计算 有限元分析

1 主参数表

根据市场调研和产品改进计划，提出产品的性能要求、需要满足的新标准及工业造型要求等设计信息，确定本机床的主要设计参数如表1所示。

表1　机床主要的设计参数情况一览表

2 主参数的计算及校核

2.1 主驱动系统计算

根据设计输入信息，参考标杆产品配置，与液压系统进行匹配计算，以确定动力系统的输出功率、转速，从而选择适当的原动机；根据结构布置，进行系统的热平衡计算，以选择合理的散热方式及散热器。

计算过程如下：

（1）主轴电机：西门子1PH7137-2QF03-0CA0；

（P=22/30KW，Nmax=8000r/m，Nrate=1500r/m，T=140.1Nm）；

（2）主轴转速：10～6000r/m（低速档：10～990，高速档：990～6000）；

（3）锥孔型号：BT50（7:24）。

2.2 液压系统计算

由设计要求可知，本机床液压系统各执行回路所需流量、压力油由液压站集中供给。机床各执行回路工作时所需的压力分别为：刀库6MPa，附件头拉紧5MPa，主轴换挡5MPa，主轴松刀6MPa，附件主轴松刀10MPa，C轴夹紧放松5.5MPa，最大工作流量为刀库40L/min。本机床选用单电机加变量叶片泵的方式为系统供油。

由于液压系统在传动的过程中存在着局部压力损失和沿程压力损失，故选择叶片变量泵出口处的压力为10.5MPa。

（1）主机液压站油泵的选择。当泵的效率取0.9，电机转速为1500r/min时，泵参考排量：

于是，油泵型号选择PV7-1X/25-30RE01MC0-16，排量为30ml/min，最大流量43.5ml/min，最高工作压力为16MPa，厂家力士乐，满足使用要求。

（2） 主机液压站电机的选择。油泵电机选用Y系列三相异步电动机。若电机的效率为0.8，则所需的功率为：

故，选用电机型号Y160M-4-B35，功率11KW，额定转速1460r/min，满足使用要求。

2.3 X轴驱动系统校核

参数m=30000kg，X行程为4200mm，Ve=20m/min，a=1m/s，μ=0.01，η=0.95，Fv=6178N，弹性模量E=210000；初选丝杠导程为P=0.04mm，传动比i=5，载荷性质Kp为1.2～1.5，取Kp=1.3，载荷影响系数Ka：1～3级丝杠时，Ka=1；4～5级丝杠时，Ka=0.9。初选5级丝杠，所以Ka=0.9。

（1）丝杠选型

摩擦力FR=µmg=0.01×30000×9.8=2940N

丝杠最大载荷Fmax=FR+FV=2940+6178=9118N

（2）电机的选择

初选电机为1FT6105-8AF71

参 数：额定 扭 矩Mn=31Nm，Mo=50Nm，Mj=110Nm，J=0.0168Kgm2

图2　工作台微变形仿真图

图3　横梁微变形仿真图

图4　滑枕微变形仿真图

所以，1FT6105-8AF71满足使用要求。

3 重要部件的有限元

机床的床身、工作台、立柱、横梁等大型基础件是保证机床精度和刚性的基础。这里，我们选取铸造的传统工艺，通过合理和有效的布筋结构，保证基础件的刚性。通过三维建模和有限元分析，结合计算机仿真，可得到如下图1、图2、图3和图4的分析结果。仿真结果表明，基础件的微观变形量满足设计要求。

4 结语

该机床GDM2040龙门式加工中心已完成生产和测试，各项参数如快移速度、切削性能及精度都达到了设计指标，证明产品设计前期的理论计算及分析是合理的。同时，本文提及的理论计算及分析，也可为类似产品的开发提供理论依据。

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Theoretical Calculation and Analysis of the GDM2040 of Longmen Type Machining Center

GE Yang
(DaLian SunLight Machinery Co.,Ltd., Dalian 116000)

The paper takes gantry milling center in case, propose a method about how to make a theory calculation in the product design and research; according to make a calculation and analysis about the main driving system and hydraulic system and the main body, ensure the design is right and propose a theory support for D&R especially on the similar product.

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