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摘 要：本次设计主要是依据原始数据的一部分来确定，然后根据生产条件来确定车床参数，并且传动方案是基于上面车床设计参数的确定来完成的。并且通过计算机床的传动副的传动比和齿轮齿数，再估计齿轮模数，并确定齿轮的强度和刚度。此外，设计了机柜的结构和某些零件的选型，从而对整个主轴系统进行设计。
关键词：PLC;立式车床;电气控制系统
在最近几年里，伴随着国内制造业的良好发展，在其火热发展的背后，却出现了立柜式车床量的不足，不得不靠进口国外设备来满足国内的市场，导致国产立柜式车床损失了自己该有的市场。针对这一现状，本次将设计一种相对先进的小型立柜式立柜式车床，它具有较高速度和精度。
1总体方案设计
1.1工艺范围
立柜式车床的加工工艺范围指车床在不同生产要求条件下能按时完成任务的能力，立柜式车床是通过数字来控制的，其优越性不可替代，其加工工艺范围也远远大于普通车床，适合于大批量工件生产的制造行业当中。
1.2加工精度
加工精度是机床必一项必须保证的可靠性能指标，是用来保障加工零件在形状、尺寸、相互位置的准确性。所以，机床的加工精度受很多的因素影响，如机床作几何运动的精度、机床传动系统的精度、工件的形状尺寸、机床夹具的定位、机床换刀具系统、以及数控编程错误等。
1.3开放性
对于那种简单的单机工作的车床，一般都是由人力来完成物料的交接，这就要求车床要使用方便、操作简单、清理简洁和维护容易。
1.4生产率和自动化
为了提升立柜式车床的生产率，我们应缩短车床工作时间。即，用较为先进的刀具、提高车床的切削速度、进给速度和加大切车床的削深度等方法可实现。
1.5可靠性
能在规定的加工条件下和加工时间内，机床能独立完成加工任务的能力。一般来说立柜式车床是由数控系统、伺服系统、机床本体等三大主体部分构成。
2立柜式立柜式车床设计方法
2.1车床设计方法
对立柜式车床的研究是一个从静到动、从定性到定量、从线性到非线性、从安全设计到优化设计、从人工计算到数字化控制的发展过程。立柜式车床的伺服系统的建立能使机床更加可靠完成单轴运动和多轴联动，从而省去了许多复杂的机械传动设计。
2.2立柜式车床设计的步骤
立柜式车床设计的步骤首先是通过查找资料进行调查研究分析，再进行技术和经济收益论证是否可行，然后确定机床总体的方案设计，再次对技术的深入研究设计，确认可行后开始进行机床工作结构的设计，最后做出样机并进行实验，根据实验的结果选择是否决定投入生产。
2.3车床设计的基本理论
刚度指车床在受到外来载荷的作用时，能保持自身结构完整性的能力。载荷按照其性质可以分为静载荷与动载荷。静载荷会对车床的抗振性、生产率有影响，所以提升车床的刚度是重中之重。
精度指机床上面零部件的形状、位置和几何运动的精确度，它分为了几何精度、传动精度、定位精度等。
抗震性是在交变载荷作用下立柜式车床能够抵抗变形的能力。机床的振动会导致工件精度变低、表面质量变差，使机床刀具的寿命减短。所以我们必须提高车床抗振性。
3立柜式车床总体方案设计
3.1几何运动设计
为完成工件表面的加工工艺，车床上还应设置各种运动，各运动之间的功能应该是不一样的。工件的表面上完成一个加工工艺所需要的最基本运动，就是成形运动，对车床运动机构和车床传动机构的原理图绘制。
3.2车床总体结构方案设计
在进行了有关立柜式车床运动结构的研究设计后，需要对立柜式车床运动功能的研究设计，以此来找到支撑件的位置。然后，把立柜式车床的运动功能关系经反复测试研究后，选出并保留下最佳的运动方案，即可以进行运动方案的分配设计，再对一些车床运动的分配式进行计算和测试，去掉不合理的设计，得出合理方案设计。
3.3丝杠螺母的设计与计算
3.3.1强度验算
根据计算结果，选取滚珠丝杠型号，再查看《实用机床设计手册》表3.7-61，决定选取双螺母滚珠丝杠副的型号为FD4010-4-P2，其公称直径d0=40mm ，滚珠丝杠导程长度L0 10mm，额定最大动载荷等于40KN，>23.2KN。所以满足其设计强度。
3.3.2效率计算
由教材中机械原理的公式，计算丝杠螺母副传动效率：
其中，d0 =32mm為滚珠丝杠公称直径，L0 =10mm为滚珠丝杠导程。
由公式（4—5）得：η=0.97 。
3.3.3刚度验算
滚珠丝杠精度等级可分为：1级、2级、3级、4级、5级，通过查《实用机床设计手册》表3.7-22，丝杠每1m上所允许的变形量不大于5μm/m、10μm/m、15μm/m、30μm/m、60μm/m，对于未达到刚度要求，我们可以采用预拉伸结构或增大丝杠直径等方法来解决刚度要求。此次设计我们采用的是4级精度的滚珠丝杠，因28.3μm/m <30μm/m ，所以刚度满足要求。
3.3.4稳定性验算
下图3-1示：丝杠螺纹部分长度Lu 等于工作台最大行程加上螺母长度再加上两端余程。工作台行程L1 等于650mm，螺母长度等于150mm，查看了《实用机床设计手册》3.7-25，导程等于10mm，余程等于40mm，计算出丝杠螺纹部分Lu=650+150+2×40=880 mm。
3.4电机的选择
选择电动机，因其快速空载启动力矩小于电动机的最大转矩，即T≤Tmax ，Tmax 为电动机输出转矩的最大值，即峰值转矩，Mmax=λMr ，Mr 为电动机额定转矩，λ为电动机转矩的瞬时过载系数（交流伺服电机λ=1.5～2） 。
故选择FANUC交流伺服电机S—1.0其最高转速为2000r/min，最大转矩16 N·m，额定转矩2.0N·m，转子转动惯量为6.0×10-4N·m·s2 ，重量为4.5kg，满足惯量匹配。
3.5轴承的选用与校核
根据轴的尺寸，查《实用机床设计手册》表3.8-50，选用7006C GB/T292-94 角接触球轴承，其基本参数见下表3-1所示。
轴承寿命校核计算：
根据教材《机械设计》中滚动轴承寿命的校核条件，此次设计中所用轴承基本额定动载荷为16.2kN，满足其要求。
总 结
立柜式车床的进给系统在本质上与一般机床是不同的，它可以根据机床发出的指令信号精准的控制执行部件运动速度与位置，因此设计时，尤为对精度和稳定性进行了考虑。目前，立柜式车床的电机和轴承的选择仍是重点，在设时要满足不同的要求以使其达到最优。
参考文献：
[1]李树勇，PLC控制及其通信技术在大型机床设备改造中的应用。中国海洋大学，2009
[2]石玉明.用PLC技术改造普通车床的电气控制系统.科技信息.2006年第12期：
[3]韩黎.PLC在机床数控系统中的应用与研究.西安建筑科技大学，2006
[4]曹仁涛，马庆伟.普通机床数控化改造技术问题的研究[J].甘肃科技.2008，
作者简介：
王伟（1996-），男，四川省德阳市人，汉，本科。
关键词：PLC;立式车床;电气控制系统
在最近几年里，伴随着国内制造业的良好发展，在其火热发展的背后，却出现了立柜式车床量的不足，不得不靠进口国外设备来满足国内的市场，导致国产立柜式车床损失了自己该有的市场。针对这一现状，本次将设计一种相对先进的小型立柜式立柜式车床，它具有较高速度和精度。
1总体方案设计
1.1工艺范围
立柜式车床的加工工艺范围指车床在不同生产要求条件下能按时完成任务的能力，立柜式车床是通过数字来控制的，其优越性不可替代，其加工工艺范围也远远大于普通车床，适合于大批量工件生产的制造行业当中。
1.2加工精度
加工精度是机床必一项必须保证的可靠性能指标，是用来保障加工零件在形状、尺寸、相互位置的准确性。所以，机床的加工精度受很多的因素影响，如机床作几何运动的精度、机床传动系统的精度、工件的形状尺寸、机床夹具的定位、机床换刀具系统、以及数控编程错误等。
1.3开放性
对于那种简单的单机工作的车床，一般都是由人力来完成物料的交接，这就要求车床要使用方便、操作简单、清理简洁和维护容易。
1.4生产率和自动化
为了提升立柜式车床的生产率，我们应缩短车床工作时间。即，用较为先进的刀具、提高车床的切削速度、进给速度和加大切车床的削深度等方法可实现。
1.5可靠性
能在规定的加工条件下和加工时间内，机床能独立完成加工任务的能力。一般来说立柜式车床是由数控系统、伺服系统、机床本体等三大主体部分构成。
2立柜式立柜式车床设计方法
2.1车床设计方法
对立柜式车床的研究是一个从静到动、从定性到定量、从线性到非线性、从安全设计到优化设计、从人工计算到数字化控制的发展过程。立柜式车床的伺服系统的建立能使机床更加可靠完成单轴运动和多轴联动，从而省去了许多复杂的机械传动设计。
2.2立柜式车床设计的步骤
立柜式车床设计的步骤首先是通过查找资料进行调查研究分析，再进行技术和经济收益论证是否可行，然后确定机床总体的方案设计，再次对技术的深入研究设计，确认可行后开始进行机床工作结构的设计，最后做出样机并进行实验，根据实验的结果选择是否决定投入生产。
2.3车床设计的基本理论
刚度指车床在受到外来载荷的作用时，能保持自身结构完整性的能力。载荷按照其性质可以分为静载荷与动载荷。静载荷会对车床的抗振性、生产率有影响，所以提升车床的刚度是重中之重。
精度指机床上面零部件的形状、位置和几何运动的精确度，它分为了几何精度、传动精度、定位精度等。
抗震性是在交变载荷作用下立柜式车床能够抵抗变形的能力。机床的振动会导致工件精度变低、表面质量变差，使机床刀具的寿命减短。所以我们必须提高车床抗振性。
3立柜式车床总体方案设计
3.1几何运动设计
为完成工件表面的加工工艺，车床上还应设置各种运动，各运动之间的功能应该是不一样的。工件的表面上完成一个加工工艺所需要的最基本运动，就是成形运动，对车床运动机构和车床传动机构的原理图绘制。
3.2车床总体结构方案设计
在进行了有关立柜式车床运动结构的研究设计后，需要对立柜式车床运动功能的研究设计，以此来找到支撑件的位置。然后，把立柜式车床的运动功能关系经反复测试研究后，选出并保留下最佳的运动方案，即可以进行运动方案的分配设计，再对一些车床运动的分配式进行计算和测试，去掉不合理的设计，得出合理方案设计。
3.3丝杠螺母的设计与计算
3.3.1强度验算
根据计算结果，选取滚珠丝杠型号，再查看《实用机床设计手册》表3.7-61，决定选取双螺母滚珠丝杠副的型号为FD4010-4-P2，其公称直径d0=40mm ，滚珠丝杠导程长度L0 10mm，额定最大动载荷等于40KN，>23.2KN。所以满足其设计强度。
3.3.2效率计算
由教材中机械原理的公式，计算丝杠螺母副传动效率：
其中，d0 =32mm為滚珠丝杠公称直径，L0 =10mm为滚珠丝杠导程。
由公式（4—5）得：η=0.97 。
3.3.3刚度验算
滚珠丝杠精度等级可分为：1级、2级、3级、4级、5级，通过查《实用机床设计手册》表3.7-22，丝杠每1m上所允许的变形量不大于5μm/m、10μm/m、15μm/m、30μm/m、60μm/m，对于未达到刚度要求，我们可以采用预拉伸结构或增大丝杠直径等方法来解决刚度要求。此次设计我们采用的是4级精度的滚珠丝杠，因28.3μm/m <30μm/m ，所以刚度满足要求。
3.3.4稳定性验算
下图3-1示：丝杠螺纹部分长度Lu 等于工作台最大行程加上螺母长度再加上两端余程。工作台行程L1 等于650mm，螺母长度等于150mm，查看了《实用机床设计手册》3.7-25，导程等于10mm，余程等于40mm，计算出丝杠螺纹部分Lu=650+150+2×40=880 mm。
3.4电机的选择
选择电动机，因其快速空载启动力矩小于电动机的最大转矩，即T≤Tmax ，Tmax 为电动机输出转矩的最大值，即峰值转矩，Mmax=λMr ，Mr 为电动机额定转矩，λ为电动机转矩的瞬时过载系数（交流伺服电机λ=1.5～2） 。
故选择FANUC交流伺服电机S—1.0其最高转速为2000r/min，最大转矩16 N·m，额定转矩2.0N·m，转子转动惯量为6.0×10-4N·m·s2 ，重量为4.5kg，满足惯量匹配。
3.5轴承的选用与校核
根据轴的尺寸，查《实用机床设计手册》表3.8-50，选用7006C GB/T292-94 角接触球轴承，其基本参数见下表3-1所示。
轴承寿命校核计算：
根据教材《机械设计》中滚动轴承寿命的校核条件，此次设计中所用轴承基本额定动载荷为16.2kN，满足其要求。
总 结
立柜式车床的进给系统在本质上与一般机床是不同的，它可以根据机床发出的指令信号精准的控制执行部件运动速度与位置，因此设计时，尤为对精度和稳定性进行了考虑。目前，立柜式车床的电机和轴承的选择仍是重点，在设时要满足不同的要求以使其达到最优。
参考文献：
[1]李树勇，PLC控制及其通信技术在大型机床设备改造中的应用。中国海洋大学，2009
[2]石玉明.用PLC技术改造普通车床的电气控制系统.科技信息.2006年第12期：
[3]韩黎.PLC在机床数控系统中的应用与研究.西安建筑科技大学，2006
[4]曹仁涛，马庆伟.普通机床数控化改造技术问题的研究[J].甘肃科技.2008，
作者简介：
王伟（1996-），男，四川省德阳市人，汉，本科。