摘 要：本次設(shè)計(jì)主要是依據(jù)原始數(shù)據(jù)的一部分來(lái)確定，然后根據(jù)生產(chǎn)條件來(lái)確定車床參數(shù)，并且傳動(dòng)方案是基于上面車床設(shè)計(jì)參數(shù)的確定來(lái)完成的。并且通過(guò)計(jì)算機(jī)床的傳動(dòng)副的傳動(dòng)比和齒輪齒數(shù)，再估計(jì)齒輪模數(shù)，并確定齒輪的強(qiáng)度和剛度。此外，設(shè)計(jì)了機(jī)柜的結(jié)構(gòu)和某些零件的選型，從而對(duì)整個(gè)主軸系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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(guó)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(jìn)口國(guó)外設(shè)備來(lái)滿足國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)，導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)立柜式車床損失了自己該有的市場(chǎng)。針對(duì)這一現(xiàn)狀，本次將設(shè)計(jì)一種相對(duì)先進(jìn)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(shè)計(jì)

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(shí)完成任務(wù)的能力，立柜式車床是通過(guò)數(shù)字來(lái)控制的，其優(yōu)越性不可替代，其加工工藝范圍也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通車床，適合于大批量工件生產(chǎn)的制造行業(yè)當(dāng)中。

1.2加工精度

加工精度是機(jī)床必一項(xiàng)必須保證的可靠性能指標(biāo)，是用來(lái)保障加工零件在形狀、尺寸、相互位置的準(zhǔn)確性。所以，機(jī)床的加工精度受很多的因素影響，如機(jī)床作幾何運(yùn)動(dòng)的精度、機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的精度、工件的形狀尺寸、機(jī)床夾具的定位、機(jī)床換刀具系統(tǒng)、以及數(shù)控編程錯(cuò)誤等。

1.3開放性

對(duì)于那種簡(jiǎn)單的單機(jī)工作的車床，一般都是由人力來(lái)完成物料的交接，這就要求車床要使用方便、操作簡(jiǎn)單、清理簡(jiǎn)潔和維護(hù)容易。

1.4生產(chǎn)率和自動(dòng)化

為了提升立柜式車床的生產(chǎn)率，我們應(yīng)縮短車床工作時(shí)間。即，用較為先進(jìn)的刀具、提高車床的切削速度、進(jìn)給速度和加大切車床的削深度等方法可實(shí)現(xiàn)。

1.5可靠性

能在規(guī)定的加工條件下和加工時(shí)間內(nèi)，機(jī)床能獨(dú)立完成加工任務(wù)的能力。一般來(lái)說(shuō)立柜式車床是由數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、機(jī)床本體等三大主體部分構(gòu)成。

2立柜式立柜式車床設(shè)計(jì)方法

2.1車床設(shè)計(jì)方法

對(duì)立柜式車床的研究是一個(gè)從靜到動(dòng)、從定性到定量、從線性到非線性、從安全設(shè)計(jì)到優(yōu)化設(shè)計(jì)、從人工計(jì)算到數(shù)字化控制的發(fā)展過(guò)程。立柜式車床的伺服系統(tǒng)的建立能使機(jī)床更加可靠完成單軸運(yùn)動(dòng)和多軸聯(lián)動(dòng)，從而省去了許多復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)。

2.2立柜式車床設(shè)計(jì)的步驟

立柜式車床設(shè)計(jì)的步驟首先是通過(guò)查找資料進(jìn)行調(diào)查研究分析，再進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)收益論證是否可行，然后確定機(jī)床總體的方案設(shè)計(jì)，再次對(duì)技術(shù)的深入研究設(shè)計(jì)，確認(rèn)可行后開始進(jìn)行機(jī)床工作結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，最后做出樣機(jī)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果選擇是否決定投入生產(chǎn)。

2.3車床設(shè)計(jì)的基本理論

剛度指車床在受到外來(lái)載荷的作用時(shí)，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(dòng)載荷。靜載荷會(huì)對(duì)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(jī)床上面零部件的形狀、位置和幾何運(yùn)動(dòng)的精確度，它分為了幾何精度、傳動(dòng)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(jī)床的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致工件精度變低、表面質(zhì)量變差，使機(jī)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(shè)計(jì)

3.1幾何運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)

為完成工件表面的加工工藝，車床上還應(yīng)設(shè)置各種運(yùn)動(dòng)，各運(yùn)動(dòng)之間的功能應(yīng)該是不一樣的。工件的表面上完成一個(gè)加工工藝所需要的最基本運(yùn)動(dòng)，就是成形運(yùn)動(dòng)，對(duì)車床運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和車床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的原理圖繪制。

3.2車床總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

在進(jìn)行了有關(guān)立柜式車床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的研究設(shè)計(jì)后，需要對(duì)立柜式車床運(yùn)動(dòng)功能的研究設(shè)計(jì)，以此來(lái)找到支撐件的位置。然后，把立柜式車床的運(yùn)動(dòng)功能關(guān)系經(jīng)反復(fù)測(cè)試研究后，選出并保留下最佳的運(yùn)動(dòng)方案，即可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)方案的分配設(shè)計(jì)，再對(duì)一些車床運(yùn)動(dòng)的分配式進(jìn)行計(jì)算和測(cè)試，去掉不合理的設(shè)計(jì)，得出合理方案設(shè)計(jì)。

3.3絲杠螺母的設(shè)計(jì)與計(jì)算

3.3.1強(qiáng)度驗(yàn)算

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選取滾珠絲杠型號(hào)，再查看《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3.7-61，決定選取雙螺母滾珠絲杠副的型號(hào)為FD4010-4-P2，其公稱直徑d0=40mm ，滾珠絲杠導(dǎo)程長(zhǎng)度L0 10mm，額定最大動(dòng)載荷等于40KN，>23.2KN。所以滿足其設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

3.3.2效率計(jì)算

由教材中機(jī)械原理的公式，計(jì)算絲杠螺母副傳動(dòng)效率：

其中，d0 =32mm為滾珠絲杠公稱直徑，L0 =10mm為滾珠絲杠導(dǎo)程。

由公式（4—5）得：η=0.97 。

3.3.3剛度驗(yàn)算

滾珠絲杠精度等級(jí)可分為：1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)、4級(jí)、5級(jí)，通過(guò)查《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》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(duì)于未達(dá)到剛度要求，我們可以采用預(yù)拉伸結(jié)構(gòu)或增大絲杠直徑等方法來(lái)解決剛度要求。此次設(shè)計(jì)我們采用的是4級(jí)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(yàn)算

下圖3-1示：絲杠螺紋部分長(zhǎng)度Lu 等于工作臺(tái)最大行程加上螺母長(zhǎng)度再加上兩端余程。工作臺(tái)行程L1 等于650mm，螺母長(zhǎng)度等于150mm，查看了《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》3.7-25，導(dǎo)程等于10mm，余程等于40mm，計(jì)算出絲杠螺紋部分Lu=650+150+2×40=880 mm。

3.4電機(jī)的選擇

選擇電動(dòng)機(jī)，因其快速空載啟動(dòng)力矩小于電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，即T≤Tmax ，Tmax 為電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的最大值，即峰值轉(zhuǎn)矩，Mmax=λMr ，Mr 為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，λ為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的瞬時(shí)過(guò)載系數(shù)（交流伺服電機(jī)λ=1.5～2） 。

故選擇FANUC交流伺服電機(jī)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(dòng)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(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》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(jì)算：

根據(jù)教材《機(jī)械設(shè)計(jì)》中滾動(dòng)軸承壽命的校核條件，此次設(shè)計(jì)中所用軸承基本額定動(dòng)載荷為16.2kN，滿足其要求。

總 結(jié)

立柜式車床的進(jìn)給系統(tǒng)在本質(zhì)上與一般機(jī)床是不同的，它可以根據(jù)機(jī)床發(fā)出的指令信號(hào)精準(zhǔn)的控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)速度與位置，因此設(shè)計(jì)時(shí)，尤為對(duì)精度和穩(wěn)定性進(jìn)行了考慮。目前，立柜式車床的電機(jī)和軸承的選擇仍是重點(diǎn)，在設(shè)時(shí)要滿足不同的要求以使其達(dá)到最優(yōu)。

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作者簡(jiǎn)介：

王偉（1996-），男，四川省德陽(yáng)市人，漢，本科。