plc對立式車床電氣控制系統(tǒng)

摘 要：本次設計主要是依據(jù)原始數(shù)據(jù)的一部分來確定，然后根據(jù)生產(chǎn)條件來確定車床參數(shù)，并且傳動方案是基于上面車床設計參數(shù)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(shù)，再估計齒輪模數(shù)，并確定齒輪的強度和剛度。此外，設計了機柜的結(jié)構(gòu)和某些零件的選型，從而對整個主軸系統(tǒng)進行設計。

關(guān)鍵詞：PLC;立式車床;電氣控制系統(tǒng)

在最近幾年里，伴隨著國內(nèi)制造業(yè)的良好發(fā)展，在其火熱發(fā)展的背后，卻出現(xiàn)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(nèi)的市場，導致國產(chǎn)立柜式車床損失了自己該有的市場。針對這一現(xiàn)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(chǎn)要求條件下能按時完成任務的能力，立柜式車床是通過數(shù)字來控制的，其優(yōu)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(chǎn)的制造行業(yè)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(tǒng)的精度、工件的形狀尺寸、機床夾具的定位、機床換刀具系統(tǒng)、以及數(shù)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(chǎn)率和自動化

為了提升立柜式車床的生產(chǎn)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(xiàn)。

1.5可靠性

能在規(guī)定的加工條件下和加工時間內(nèi)，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(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、機床本體等三大主體部分構(gòu)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(yōu)化設計、從人工計算到數(shù)字化控制的發(fā)展過程。立柜式車床的伺服系統(tǒng)的建立能使機床更加可靠完成單軸運動和多軸聯(lián)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(diào)查研究分析，再進行技術(shù)和經(jīng)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(shù)的深入研究設計，確認可行后開始進行機床工作結(jié)構(gòu)的設計，最后做出樣機并進行實驗，根據(jù)實驗的結(jié)果選擇是否決定投入生產(chǎn)。

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(jié)構(gòu)完整性的能力。載荷按照其性質(zhì)可以分為靜載荷與動載荷。靜載荷會對車床的抗振性、生產(chǎn)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(zhì)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(gòu)和車床傳動機構(gòu)的原理圖繪制。

3.2車床總體結(jié)構(gòu)方案設計

在進行了有關(guān)立柜式車床運動結(jié)構(gòu)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(guān)系經(jīng)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(jù)計算結(jié)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(jié)構(gòu)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(wěn)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(zhuǎn)矩，即T≤Tmax ，Tmax 為電動機輸出轉(zhuǎn)矩的最大值，即峰值轉(zhuǎn)矩，Mmax=λMr ，Mr 為電動機額定轉(zhuǎn)矩，λ為電動機轉(zhuǎn)矩的瞬時過載系數(shù)（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(zhuǎn)速為2000r/min，最大轉(zhuǎn)矩16 N·m，額定轉(zhuǎn)矩2.0N·m，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)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(jù)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(shù)見下表3-1所示。

軸承壽命校核計算：

根據(jù)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(jié)

立柜式車床的進給系統(tǒng)在本質(zhì)上與一般機床是不同的，它可以根據(jù)機床發(fā)出的指令信號精準的控制執(zhí)行部件運動速度與位置，因此設計時，尤為對精度和穩(wěn)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(yōu)。

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作者簡介：

王偉（1996-），男，四川省德陽市人，漢，本科。