plc對立式車床電氣控制系統

摘 要：本次設計主要是依據原始數據的一部分來確定，然后根據生產條件來確定車床參數，并且傳動方案是基于上面車床設計參數的確定來完成的。并且通過計算機床的傳動副的傳動比和齒輪齒數，再估計齒輪模數，并確定齒輪的強度和剛度。此外，設計了機柜的結構和某些零件的選型，從而對整個主軸系統進行設計。

關鍵詞：PLC;立式車床;電氣控制系統

在最近幾年里，伴隨著國內制造業的良好發展，在其火熱發展的背后，卻出現了立柜式車床量的不足，不得不靠進口國外設備來滿足國內的市場，導致國產立柜式車床損失了自己該有的市場。針對這一現狀，本次將設計一種相對先進的小型立柜式立柜式車床，它具有較高速度和精度。

1總體方案設計

1.1工藝范圍

立柜式車床的加工工藝范圍指車床在不同生產要求條件下能按時完成任務的能力，立柜式車床是通過數字來控制的，其優越性不可替代，其加工工藝范圍也遠遠大于普通車床，適合于大批量工件生產的制造行業當中。

1.2加工精度

加工精度是機床必一項必須保證的可靠性能指標，是用來保障加工零件在形狀、尺寸、相互位置的準確性。所以，機床的加工精度受很多的因素影響，如機床作幾何運動的精度、機床傳動系統的精度、工件的形狀尺寸、機床夾具的定位、機床換刀具系統、以及數控編程錯誤等。

1.3開放性

對于那種簡單的單機工作的車床，一般都是由人力來完成物料的交接，這就要求車床要使用方便、操作簡單、清理簡潔和維護容易。

1.4生產率和自動化

為了提升立柜式車床的生產率，我們應縮短車床工作時間。即，用較為先進的刀具、提高車床的切削速度、進給速度和加大切車床的削深度等方法可實現。

1.5可靠性

能在規定的加工條件下和加工時間內，機床能獨立完成加工任務的能力。一般來說立柜式車床是由數控系統、伺服系統、機床本體等三大主體部分構成。

2立柜式立柜式車床設計方法

2.1車床設計方法

對立柜式車床的研究是一個從靜到動、從定性到定量、從線性到非線性、從安全設計到優化設計、從人工計算到數字化控制的發展過程。立柜式車床的伺服系統的建立能使機床更加可靠完成單軸運動和多軸聯動，從而省去了許多復雜的機械傳動設計。

2.2立柜式車床設計的步驟

立柜式車床設計的步驟首先是通過查找資料進行調查研究分析，再進行技術和經濟收益論證是否可行，然后確定機床總體的方案設計，再次對技術的深入研究設計，確認可行后開始進行機床工作結構的設計，最后做出樣機并進行實驗，根據實驗的結果選擇是否決定投入生產。

2.3車床設計的基本理論

剛度指車床在受到外來載荷的作用時，能保持自身結構完整性的能力。載荷按照其性質可以分為靜載荷與動載荷。靜載荷會對車床的抗振性、生產率有影響，所以提升車床的剛度是重中之重。

精度指機床上面零部件的形狀、位置和幾何運動的精確度，它分為了幾何精度、傳動精度、定位精度等。

抗震性是在交變載荷作用下立柜式車床能夠抵抗變形的能力。機床的振動會導致工件精度變低、表面質量變差，使機床刀具的壽命減短。所以我們必須提高車床抗振性。

3立柜式車床總體方案設計

3.1幾何運動設計

為完成工件表面的加工工藝，車床上還應設置各種運動，各運動之間的功能應該是不一樣的。工件的表面上完成一個加工工藝所需要的最基本運動，就是成形運動，對車床運動機構和車床傳動機構的原理圖繪制。

3.2車床總體結構方案設計

在進行了有關立柜式車床運動結構的研究設計后，需要對立柜式車床運動功能的研究設計，以此來找到支撐件的位置。然后，把立柜式車床的運動功能關系經反復測試研究后，選出并保留下最佳的運動方案，即可以進行運動方案的分配設計，再對一些車床運動的分配式進行計算和測試，去掉不合理的設計，得出合理方案設計。

3.3絲杠螺母的設計與計算

3.3.1強度驗算

根據計算結果，選取滾珠絲杠型號，再查看《實用機床設計手冊》表3.7-61，決定選取雙螺母滾珠絲杠副的型號為FD4010-4-P2，其公稱直徑d0=40mm ，滾珠絲杠導程長度L0 10mm，額定最大動載荷等于40KN，>23.2KN。所以滿足其設計強度。

3.3.2效率計算

由教材中機械原理的公式，計算絲杠螺母副傳動效率：

其中，d0 =32mm為滾珠絲杠公稱直徑，L0 =10mm為滾珠絲杠導程。

由公式（4—5）得：η=0.97 。

3.3.3剛度驗算

滾珠絲杠精度等級可分為：1級、2級、3級、4級、5級，通過查《實用機床設計手冊》表3.7-22，絲杠每1m上所允許的變形量不大于5μm/m、10μm/m、15μm/m、30μm/m、60μm/m，對于未達到剛度要求，我們可以采用預拉伸結構或增大絲杠直徑等方法來解決剛度要求。此次設計我們采用的是4級精度的滾珠絲杠，因28.3μm/m <30μm/m ，所以剛度滿足要求。

3.3.4穩定性驗算

下圖3-1示：絲杠螺紋部分長度Lu 等于工作臺最大行程加上螺母長度再加上兩端余程。工作臺行程L1 等于650mm，螺母長度等于150mm，查看了《實用機床設計手冊》3.7-25，導程等于10mm，余程等于40mm，計算出絲杠螺紋部分Lu=650+150+2×40=880 mm。

3.4電機的選擇

選擇電動機，因其快速空載啟動力矩小于電動機的最大轉矩，即T≤Tmax ，Tmax 為電動機輸出轉矩的最大值，即峰值轉矩，Mmax=λMr ，Mr 為電動機額定轉矩，λ為電動機轉矩的瞬時過載系數（交流伺服電機λ=1.5～2） 。

故選擇FANUC交流伺服電機S—1.0其最高轉速為2000r/min，最大轉矩16 N·m，額定轉矩2.0N·m，轉子轉動慣量為6.0×10-4N·m·s2 ，重量為4.5kg，滿足慣量匹配。

3.5軸承的選用與校核

根據軸的尺寸，查《實用機床設計手冊》表3.8-50，選用7006C GB/T292-94 角接觸球軸承，其基本參數見下表3-1所示。

軸承壽命校核計算：

根據教材《機械設計》中滾動軸承壽命的校核條件，此次設計中所用軸承基本額定動載荷為16.2kN，滿足其要求。

總 結

立柜式車床的進給系統在本質上與一般機床是不同的，它可以根據機床發出的指令信號精準的控制執行部件運動速度與位置，因此設計時，尤為對精度和穩定性進行了考慮。目前，立柜式車床的電機和軸承的選擇仍是重點，在設時要滿足不同的要求以使其達到最優。

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作者簡介：

王偉（1996-），男，四川省德陽市人，漢，本科。