普通車床CA6140的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含7張CAD圖】
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I普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要在經(jīng)濟(jì)和科技飛速發(fā)展的現(xiàn)在，機(jī)床產(chǎn)業(yè)不斷向著高精度、高效率、低成本和智能化發(fā)展。然而，普通機(jī)床低成本、適應(yīng)性強(qiáng)、維護(hù)方便等特點(diǎn)任使其在短期內(nèi)有很大需求。CA6140 普通車床使用非常廣泛，約占車床類總數(shù)的 65%，可以加工各種零件內(nèi)外表面，端面和各種內(nèi)外螺紋。本文根據(jù) CA6140 普通車床的技術(shù)參數(shù)，對(duì) C6140 普通車床的控制系統(tǒng)和床頭箱部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)?？刂葡到y(tǒng)部分，經(jīng)過(guò)控制要求分析和電路分析完成了電氣原理圖、電氣接線圖和相應(yīng)元件的選擇，并實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)接觸器控制的宇龍機(jī)電仿真。在此基礎(chǔ)上，對(duì) CA6140普通車床的控制系統(tǒng)進(jìn)行 PLC 改造，提高其控制系統(tǒng)的可靠性，并同樣完成宇龍仿真軟件的仿真實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)部分，根據(jù)已有的技術(shù)參數(shù)，對(duì) CA6140 床頭箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，并利用AUTOCAD 軟件繪制床頭箱結(jié)構(gòu)的二維裝配（展開）圖和學(xué)習(xí) CREO2.0 軟件并繪畫床頭箱三維圖。關(guān)鍵詞：CA6140 車床；PLC；控制系統(tǒng)；床頭箱IIABSTRACTWith the rapid development of economy and technology,the machine tool industry is developing toward high precision,high efficiency,low cost and intelligence.However,due to its cheap,high quality,universal and reliable advantages,the ordinary machine tools can not be completely replaced for a long time. CA6140,one of the horizontal lathes, has a wide range of processes, accounting for about 65% of the total number of lathe class, commonly used in processing inside and outside the various parts of the surface, the end of a variety of internal and external thread.According to the technical parameters of ordinary lathe CA6140, the control system of ordinary lathe CA6140 and the structure of bedside box are analyzed and designed respectively in this paper. Control system part, through the control requirements analysis and circuit analysis to complete the electrical schematic diagram, the electrical wiring diagram and the corresponding component selection, and to achieve the traditional contactor control with Yulong electromechanical simulation. On this basis, making a transformation of PLC for the CA6140 ordinary lathe control system to improve the reliability of its control system, and also completed Yulong simulation software simulation.Structure parts, according to the existing technical parameters, analysis and design the CA6140 bedside box structure, and use AUTOCAD software to draw the two-dimensional structure of the bedside box structure (expansion) and learning CREO2.0 software and painting bedside box three-dimensional map.Key words: lathe CA6140; PLC; control system; bedside box0目 錄摘要 ......................................................................IABSTRACT.................................................................II1. 緒論 ..................................................................11.1 論文背景及意義....................................................11.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀....................................................11.3 論文主要工作及章節(jié)安排............................................22. CA6140控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).....................................................42.1 電路設(shè)計(jì)..........................................................42.2 電氣原理圖設(shè)計(jì)....................................................72.3 元器件選擇........................................................82.4 電氣接線圖設(shè)計(jì)...................................................113. 控制系統(tǒng) PLC改造 .....................................................133.1 PLC 控制分析 .....................................................133.2 PLC 選擇 .........................................................143.3 程序設(shè)計(jì).........................................................143.3 PLC 控制的宇龍機(jī)電控制仿真 .......................................164 床頭箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ........................................................174.1 主軸箱箱體設(shè)計(jì)...................................................174.2 零件校核.........................................................185 結(jié)論 ..................................................................23參考文獻(xiàn) .................................................................24附錄 1：外文翻譯..........................................................25附錄 2：外文原文..........................................................29致 謝 ...................................................................38普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)11. 緒論1.1 論文背景及意義機(jī)床是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)，代表著國(guó)家基礎(chǔ)制造業(yè)的發(fā)展水平。在各行業(yè)，機(jī)床都占據(jù)著不可或缺的重要地位，所以機(jī)床工業(yè)影響著國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)的基礎(chǔ)工業(yè)和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。機(jī)床顧名思義，就是一種機(jī)械，它是一種對(duì)某些材料的工件進(jìn)行加工塑形的機(jī)械，一般加工后這些工件或者坯料會(huì)具有所要求的形狀，或者一定精確度的尺寸。大部分機(jī)械的零件都由機(jī)床加工出來(lái)。也可以說(shuō)機(jī)床其實(shí)也是由機(jī)床制造出來(lái)的，它是每臺(tái)機(jī)器的制造者。這就是機(jī)床和其他機(jī)械的主要區(qū)別。在整個(gè)機(jī)械行業(yè)中，機(jī)床也稱之為工具機(jī)或者工作母機(jī)。如果在有人問(wèn)機(jī)床到底是什么東西的時(shí)候，就可以這樣描述，機(jī)床其實(shí)就是制造生產(chǎn)機(jī)器的機(jī)器。機(jī)床是制造機(jī)器的基本設(shè)備，機(jī)器的好壞直接來(lái)源于機(jī)床的工作能力和品質(zhì)。要求精度高，品質(zhì)好的機(jī)器在生產(chǎn)的時(shí)候也要選擇相應(yīng)的機(jī)床來(lái)生產(chǎn)。正由于這些，機(jī)床的發(fā)展和技術(shù)水平直接反應(yīng)著一個(gè)國(guó)家機(jī)械行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，映射著一個(gè)國(guó)家工業(yè)化水平的高低。1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)副秘書長(zhǎng)李晶明曾表示，在 2009 年世界金融危機(jī)背景下，中國(guó)機(jī)床產(chǎn)業(yè)“一枝獨(dú)秀” ，產(chǎn)值躍居世界第一，但中國(guó)機(jī)床產(chǎn)業(yè)與國(guó)際頂尖水平還有一定差距，呈現(xiàn)“大而不強(qiáng)”的特點(diǎn)?！按蟆敝饕w現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破具有歷史性意義。從 2002 年至 2009 年，是中國(guó)機(jī)床工業(yè) 8 年高速增長(zhǎng)期，更是在 2009 年全年工業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到 4014.2 億元，較上年增長(zhǎng) 16.1%，我國(guó)第一次成為機(jī)床第一大生產(chǎn)國(guó)，此前 8 年也一直是世界機(jī)床第一大進(jìn)口國(guó)和第一大消費(fèi)國(guó)?！安粡?qiáng)”的體現(xiàn)之一是低端產(chǎn)品產(chǎn)能過(guò)剩。由于我國(guó)機(jī)床工業(yè)水平落后于發(fā)達(dá)國(guó)家、國(guó)內(nèi)企業(yè)自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)，在高精尖產(chǎn)品研發(fā)方面跟不上市場(chǎng)需求。雖然中國(guó)機(jī)床產(chǎn)值躍居世界第一，但仍然需要依靠大量進(jìn)口，特別是在高檔數(shù)控機(jī)床方面。顯而易見，中國(guó)機(jī)床行業(yè)具有嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性矛盾，國(guó)內(nèi)的主要產(chǎn)品與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求不相適應(yīng)即行業(yè)高檔產(chǎn)品產(chǎn)能不足和低檔產(chǎn)品產(chǎn)能過(guò)剩的矛盾。 “不強(qiáng)”的體現(xiàn)之二是科技基礎(chǔ)薄弱。整體上看，我國(guó)機(jī)床產(chǎn)業(yè)高端技術(shù)和關(guān)鍵產(chǎn)品與快速增長(zhǎng)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)不相適應(yīng)。我國(guó)機(jī)床產(chǎn)業(yè)在技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量等各方面還比不上發(fā)達(dá)國(guó)家。 “不強(qiáng)”的體現(xiàn)之三是缺乏大型國(guó)際集團(tuán)。中國(guó)雖然擁有數(shù)量最大的機(jī)床企業(yè)，但缺少具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的大型機(jī)床集團(tuán)和世界級(jí)頂級(jí)企業(yè)。普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2當(dāng)然，正在高速發(fā)展的我國(guó)機(jī)床產(chǎn)業(yè)亦有不少稱道之處。從產(chǎn)值來(lái)看，已經(jīng)位于世界前列，經(jīng)過(guò)這些年飛速發(fā)展，我國(guó)機(jī)床工業(yè)水平有了顯著提高，擁有一套獨(dú)屬于我國(guó)的相對(duì)完整的體系，為以后的發(fā)展奠定了的基礎(chǔ)，并在國(guó)際中具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。德國(guó)政府一貫重視機(jī)床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位，在多方面大力扶植。德國(guó)特別注重科學(xué)試驗(yàn)，理論與實(shí)際相結(jié)合，基礎(chǔ)科研與應(yīng)用技術(shù)科研并重。企業(yè)與大學(xué)科研部門緊密合作，對(duì)數(shù)控機(jī)床的共性和特性問(wèn)題進(jìn)行深入的研究，在質(zhì)量上精益求精。德國(guó)的數(shù)控機(jī)床質(zhì)量和性能良好，先進(jìn)實(shí)用，尤其是大型、重型、精密數(shù)控機(jī)床更是為世界機(jī)床界所稱道。美國(guó)政府高度重視機(jī)床工業(yè)，一直以來(lái)注重基礎(chǔ)科研，因而在機(jī)床技術(shù)上不斷創(chuàng)新，使高性能數(shù)控機(jī)床技術(shù)一直領(lǐng)先。如 1952 年研制出世界第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床、1958 年創(chuàng)制出加工中心、70 年代初研制成 FMS、1987 年首創(chuàng)開放式數(shù)控系統(tǒng)等。日本政府對(duì)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展也非常重視，頒布了“機(jī)振法” 、 “機(jī)電法” 、 “機(jī)信法”等法規(guī)，對(duì)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展加以引導(dǎo)。在重視人才及機(jī)床元部件配套上學(xué)習(xí)德國(guó)，在質(zhì)量管理及數(shù)控機(jī)床技術(shù)上學(xué)習(xí)美國(guó)，甚至青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。雖然起步較美、德兩國(guó)晚，但通過(guò)先仿后創(chuàng)，在占領(lǐng)了大部分中檔機(jī)床市場(chǎng)后加強(qiáng)科研，向高性能數(shù)控機(jī)床發(fā)展，已成為世界第一大數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)出口國(guó)。隨著以航空工業(yè)為代表的高端科技的不斷發(fā)展，加工產(chǎn)品的性能要求越來(lái)越高，對(duì)零件的加工效率要求也不斷提高，精度和成本的控制越來(lái)越嚴(yán)格，這對(duì)于未來(lái)機(jī)床的性能提出了更高的要求。以下從機(jī)床技術(shù)特性和技術(shù)發(fā)展的角度概括了未來(lái)機(jī)床的發(fā)展方向：（1）高精度；（2）高效率；（3）復(fù)合化；（4）智能化；（5）綠色化。在當(dāng)前機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)各企業(yè)普通機(jī)床還占有較大比例的環(huán)境下，想要短期內(nèi)全部由數(shù)控機(jī)床替代，無(wú)論是在資金上還是技術(shù)力量上都是難以實(shí)現(xiàn)的。那么，對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行改造必不可少，不僅能實(shí)現(xiàn)機(jī)床半自動(dòng)化或自動(dòng)化，還能提高機(jī)床加工精度，投資少，見效快，適合當(dāng)前環(huán)境下的生產(chǎn)力水平。1.3 論文主要工作及章節(jié)安排參考相關(guān)資料，查找普通車床 CA6140 技術(shù)參數(shù)，了解 CA6140 車床。對(duì) CA6140 控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)電氣原理圖和電氣接線圖，并選擇相應(yīng)的元器件。在此基礎(chǔ)上引入 PLC 裝置，通過(guò) PLC 在控制系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)來(lái)改造控制系統(tǒng)，并分別實(shí)現(xiàn)宇龍機(jī)電控制仿真。對(duì) CA6140 床頭箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，了解 CA6140 正反轉(zhuǎn)及傳動(dòng)方式，并用 AUTOCAD 和 PREO2.0 軟件繪制裝配（展開）圖及相關(guān)零件圖。第一章為緒論，分別介紹了論文背景和意義，國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，論文主要工作和普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3章節(jié)安排。第二章為 CA6140 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分別為電路設(shè)計(jì)，電氣原理圖總成，選擇元器件，設(shè)計(jì)電氣接線圖，宇龍仿真實(shí)現(xiàn)。第三章為控制系統(tǒng)的 PLC 改造，包括 PLC控制分析，元器件選擇，程序設(shè)計(jì)，宇龍仿真實(shí)現(xiàn)。第四章是 CA6140 床頭箱設(shè)計(jì)，通過(guò)從箱體和部分零件進(jìn)行介紹。第五章是總結(jié)。普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)42. CA6140控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 電路設(shè)計(jì)2.1.1 主電路設(shè)計(jì)主電路設(shè)計(jì)圖如圖 2.1 所示：圖 2.1 主電路電氣原理圖主電路中主要包含 3 臺(tái)電動(dòng)機(jī)：主軸電動(dòng)機(jī) M1，冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 和快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) M3。L1、L2、L3 是接入電路的三相電源（380V） 。熔斷器 FU 緊接三相電源，是整個(gè)電路的保護(hù)單元?？傞_關(guān) QS 緊接熔斷器，是機(jī)床電源的總開關(guān)。主軸電動(dòng)機(jī) M1 的主電路是一個(gè)“單向運(yùn)轉(zhuǎn)單元主電路” ，其中包括接觸器 KM、熱繼電器 KR1 和主軸電動(dòng)機(jī) M1。主軸電動(dòng)機(jī)的作用是帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)和刀架進(jìn)給。接觸器KM 三相主觸點(diǎn)的接通和斷開決定著主軸電動(dòng)機(jī) M1 啟動(dòng)和停止。熱繼電器 KR1 串聯(lián)在主軸電動(dòng)機(jī)前，防止主軸電動(dòng)機(jī) M1 過(guò)載。當(dāng)主軸電動(dòng)機(jī) M1 發(fā)生過(guò)載或短路故障時(shí)，熱繼電器 KR1 會(huì)立即反應(yīng)，主軸電動(dòng)機(jī)控制電路中的熱繼電器 KR1 的動(dòng)斷觸點(diǎn)（如圖 2.2,3至 5 號(hào)線）斷開，主軸電動(dòng)機(jī) M1 隨之停轉(zhuǎn)。當(dāng)熱繼電器 KR1 的熱元件冷卻后，熱繼電器 KR1 動(dòng)斷觸點(diǎn)自動(dòng)復(fù)位閉合，主軸電動(dòng)機(jī) M1 能恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5上述元件中，主軸電動(dòng)機(jī) M1 和接觸器 KM 的主觸點(diǎn)容易出現(xiàn)故障。當(dāng)接觸器 KM 三相主觸點(diǎn)其中之一閉合接觸不良時(shí)，主軸電動(dòng)機(jī) M1 會(huì)出現(xiàn)單相運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)有兩相閉合接觸不良時(shí)，主軸電動(dòng)機(jī) M1 無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)主軸電動(dòng)機(jī) M1 有一相繞組發(fā)生短路時(shí)，主軸電動(dòng)機(jī) M1 同樣會(huì)出現(xiàn)單相運(yùn)轉(zhuǎn)。冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 和快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) M3 之前有一個(gè)電路短路保護(hù)環(huán)節(jié)熔斷器 FU1。冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 主電路與主軸電動(dòng)機(jī) M1 主電路相同，同樣也是一個(gè)“單向運(yùn)轉(zhuǎn)單元主電路” ，由 3 個(gè)元件組成：接觸器 K1，熱繼電器 KR2，冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2。熱繼電器 KR2 連接與作用和主軸電動(dòng)機(jī) M1 主電路相同。在工作中冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 會(huì)經(jīng)常接觸混有鐵屑等雜物的機(jī)床切削液，所以冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 容易出現(xiàn)故障，其常見故障有：冷卻泵雜物堵塞電動(dòng)機(jī)定子繞組短路等。此類故障均會(huì)使熱繼電器 KR2 熱元件動(dòng)作斷開，使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)?？焖僖苿?dòng)電動(dòng)機(jī)主電路 M2 只有接觸器 K2 和快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) M3 兩部分組成。由于快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) M3 是功率較小的短期點(diǎn)動(dòng)工作模式，所以無(wú)需串聯(lián)熱繼電器。2.1.2 控制線路設(shè)計(jì)控制線路圖 2.2 所示設(shè)計(jì)如下：圖 2.2 控制線路圖普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)6主電路通過(guò)控制變壓器 TC 降壓傳遞到控制電路，控制變壓器 TC 降壓后副邊分別輸出 6V，24V，110V 電壓作為控制回路電源。其后緊接 FU2、FU3、FU4 分別為三條電路的短路保護(hù)環(huán)節(jié)。其中 110V 控制電路交流電壓、熔斷器 FU2、熱繼電器 KR1 和 KR2 動(dòng)斷觸點(diǎn)是 3 臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制電路公共部分，此三種元件其中之一出現(xiàn)故障便使整個(gè)控制電路不能運(yùn)行。主軸電動(dòng)機(jī) M1 是由接觸器 KM 控制的，所以它的控制電路肯定有接觸器 KM 的線圈。在接觸器 KM 的線圈前串聯(lián)按鈕 SB1 動(dòng)斷觸點(diǎn)和 SB2 動(dòng)合觸點(diǎn)，在 SB2 上并聯(lián)一個(gè)接觸器 KM 常開輔助觸點(diǎn)，組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的“單向運(yùn)轉(zhuǎn)單元控制電路” 。按下電路中的啟動(dòng)按鈕 SB2，接觸器 KM 線圈得電，接觸器 KM 常開觸點(diǎn)（9 至 11號(hào)線）閉合并自鎖，主電路中接觸器 KM 的三相主觸點(diǎn)閉合使電動(dòng)機(jī) M1 運(yùn)轉(zhuǎn)。按下停止按鈕 SB1，接觸器 KM 線圈失電，主電路中接觸器 KM 三相主觸點(diǎn)斷開使主軸電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 控制電路與主軸電動(dòng)機(jī) M1 控制電路相似，由接觸器 K1 控制。其完整回路為：110V 交流電壓—熔斷器 FU2—熱繼電器 KR1、KR2—手動(dòng)開關(guān) SA1—KM 常開觸點(diǎn)—K1 線圈—回到 110V 交流電壓。其中手動(dòng)開關(guān) SA1 是其電路的啟動(dòng)和停止開關(guān)。接觸器 KM 常開觸點(diǎn)的作用是使冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 在主軸電動(dòng)機(jī) M1 運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下才能運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)主軸電動(dòng)機(jī) M1 不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 控制電路中的接觸器 KM 常開觸點(diǎn)保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，即使手動(dòng)開關(guān) SA1扳至閉合， K1 線圈也不得電，冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 也不會(huì)工作。同理，快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) M3 由接觸器 K2 控制。其完整回路為：110V 交流電壓—熔斷器 FU2—熱繼電器 KR1、KR2—按鈕 SB3—K2 線圈—回到 110V 交流電壓。此電路構(gòu)成“點(diǎn)動(dòng)控制單元控制電路” ，按下點(diǎn)動(dòng)按鈕 SB3 后，中間繼電器 K2 線圈通電使主電路接觸器 K2 的三相主觸點(diǎn)閉合，快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) M3 隨之運(yùn)轉(zhuǎn)。反之松開點(diǎn)動(dòng)按鈕 SB3，快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) M3 停止運(yùn)轉(zhuǎn)?？刂谱儔浩?TC 副邊輸出 6V 作為電源信號(hào)指示燈電壓，其電路為：6V 電壓—熔斷器 FU3—電源信號(hào)指示燈 HL—回到 6V 電壓。只要總開關(guān) QS 閉合，信號(hào)燈 HL 就保持點(diǎn)亮狀態(tài)；反之,信號(hào)燈 HL 滅?？刂谱儔浩?TC 副邊輸出 24V 作為照明燈電壓，其電路為：24V 電壓—熔斷器 FU4—手動(dòng)開關(guān) SA2—照明燈 EL—回到 24V 電壓。普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)72.2 電氣原理圖設(shè)計(jì)通過(guò)上述分析設(shè)計(jì)，得到電氣原理圖，如下圖 2.3 所示。圖 2.3 CA6140 普通車床電氣控制原理圖普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)82.3 元器件選擇2.3.1 電動(dòng)機(jī)選擇主軸電動(dòng)機(jī) M1 完成機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)，即帶動(dòng)工件做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以及相應(yīng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。主軸的正、反轉(zhuǎn)和變速由機(jī)械方式解決。綜上所述，初選 Y 系列電動(dòng)機(jī)用作主軸電動(dòng)機(jī) M1。Y 系列電動(dòng)機(jī)（摘自 JB/T8680.1--1998）為全封閉自扇冷型籠式電動(dòng)機(jī)，具有高效、節(jié)能，噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，且防護(hù)性能好，又具有高度互換性。根據(jù)車床要求從 Y系列電動(dòng)機(jī)中選擇 Y132M-4 型電機(jī)，其主要參數(shù)為：額定功率：7.5kw頻率：50Hz轉(zhuǎn)速：1440r/min額定電流：15.4A堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：2.3最大轉(zhuǎn)矩：2.5冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 是由三相異步電動(dòng)機(jī)和單極離心泵組合成的三相電泵。AB 型冷卻泵具有體積小，外觀美，噪音小等特點(diǎn)。根據(jù)車床要求選擇 AB-25 冷卻泵電機(jī)，其主要參數(shù)為：額定功率：90w額定電壓：380V最高揚(yáng)程：4m最大流量：25L/min快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) M3 主要負(fù)責(zé)刀架的快速移動(dòng)工作，不需要實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)和變速。根據(jù)車床要求選擇 AOS5634 三相異步電機(jī)，其主要參數(shù)為：功率：250w額定電壓：380V轉(zhuǎn)速：1360r/min頻率：50Hz2.3.2 熔斷器的選擇熔斷器的種類、熔斷器額定電流等級(jí)、額定電壓和熔體的額定電流是選取熔斷器的重要數(shù)據(jù)。額定電壓的選擇主要根據(jù)所保護(hù)環(huán)節(jié)的電壓。熔斷器選擇的核心要素是熔體電流。熔斷器 FU 是整個(gè)電路的保護(hù)環(huán)節(jié)。根據(jù)熔體額定電流計(jì)算公式，熔體電流為：（2-85.435.2.1074.1????RI普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)91）選擇螺旋式熔斷器 RL1-60，熔體為 50A。熔斷器 FU1 是 M2、M3 兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)保護(hù)環(huán)節(jié)。根據(jù)熔體額定電流計(jì)算公式，熔體電流為：（2-AIR63.105.271????2）選擇螺旋式熔斷器 RL1-15，熔體為 15A熔斷器 FU2、FU3、FU4 選用螺旋式熔斷器 RL1-15，熔體分別為：2A，1A，1A。2.3.3 接觸器選擇根據(jù)電氣原理圖知接觸器 KM 有 3 對(duì)主觸點(diǎn)和 2 對(duì)常開動(dòng)合觸點(diǎn)，根據(jù)公式計(jì)算主觸點(diǎn)額定電流得：（2-AKUPIdc 09.148.57103???3）選擇 CJ20-16 交流接觸器，額定工作電流為 16A，控制線路線圈電壓 110V。根據(jù)電氣原理圖知接觸器 K1 和接觸器 K2 都只有 3 對(duì)主觸點(diǎn)。選擇 CJ20-16 交流接觸器。2.3.4 其他元器件選擇為了提高電路的安全性能，根據(jù)上述分析及電氣原理圖，控制電路采用經(jīng)變壓器降壓后的電源?？刂谱儔浩髦饕鶕?jù)變壓器容量及一次側(cè)、二次側(cè)的電壓等級(jí)來(lái)選擇。變壓器選擇 JBK2-100 型控制變壓器，副邊電壓 110V、24V、6V。低壓斷路器 QS 是整個(gè)電路電源的總開關(guān)，并不直接控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電流來(lái)選擇型號(hào)。根據(jù)三臺(tái)電動(dòng)機(jī)參數(shù)選擇 DZ5-20 型低壓斷路器。熱繼電器的選擇主要是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電流來(lái)確定其型號(hào)與規(guī)格。熱繼電器的額定電流 應(yīng)接近或略大于電動(dòng)機(jī)的額定電流 ，如下式：RTI edI（2-RTI)05.1~9.(?4）根據(jù)上述要求選定熱繼電器 KR1 為 JR16-20/3D，整定電流 15.4A；熱繼電器 KR2為 JR16-20/3D，整定電流 0.32A。導(dǎo)線：選擇導(dǎo)線主要依據(jù)導(dǎo)線載流量，而導(dǎo)線截面是影響導(dǎo)線載流量的最主要因素。根據(jù)上述元器件參數(shù)，選擇 BVR-2.5mm 銅芯導(dǎo)線作為主電路導(dǎo)線，選擇 BVR-1mm銅芯導(dǎo)線作為控制線路導(dǎo)線。信號(hào)燈：根據(jù)電壓，工作環(huán)境等要求選擇 ZSD-O 型燈。普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)10照明燈：根據(jù)電壓，工作環(huán)境等要求選擇 DX1-0 型燈。2.3.5 制定電氣元件表根據(jù)上述結(jié)果，制定電氣元件表，如下表 2.1 所示。表 2.1 CA6140 普通車床電氣元件表符號(hào) 名稱 型號(hào)規(guī)格 數(shù)量 作用M1 主軸電動(dòng)機(jī) Y132M-4，7.5kw，15.4A， 1440r/min1 主軸旋轉(zhuǎn)和刀具進(jìn)給M2 冷卻泵電動(dòng)機(jī) AB-25，90w，0.32A，3000r/min1 輸送冷卻液M3 快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)AOS5634，250w，1360r/min1 刀架快速移動(dòng)FU 螺旋式熔斷器 RL1-60，50A 3 全電路短路保護(hù)FU1 螺旋式熔斷器 RL1-15，15A 3 M2，M3 短路保護(hù)FU2 螺旋式熔斷器 RL1-15，2A 1 控制線路短路保護(hù)FU3 螺旋式熔斷器 RL1-15，1A 1 電源信號(hào)燈短路保護(hù)FU4 螺旋式熔斷器 RL1-15，1A 1 照明燈短路保護(hù)KM 交流接觸器 CJ20-16，16A，110V 1 控制主軸電動(dòng)機(jī)K1 交流接觸器 CJ20-16，16A，110V 1 控制冷卻泵電動(dòng)機(jī)K2 交流接觸器 CJ20-16，16A，110V 1 控制快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)TC 控制變壓器 JBK2-100，380/110,24,6 1 降壓輸出電源KR1 熱繼電器 JR16-20/3D， （10-16）/15.4A1 主軸電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)KR2 熱繼電器 JR16-20/3D， （0.25-0.35）/0.32A1 冷卻泵電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)QS 低壓斷路器 DZ5-20，380V，20A 1 電源總開關(guān)SB1 按鈕 LA 型，500V，5A，紅色 1 控制主軸電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)SB2 按鈕 LA 型，500V，5A，綠色 1 控制主軸電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)SB3 按鈕 LA 型，500V，5A，綠色 1 控制快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)SA1 手動(dòng)開關(guān) HZ2-10/1,10A 1 控制冷卻泵電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)SA2 手動(dòng)開關(guān) HZ2-10/3,10A 1 控制照明燈HL 信號(hào)燈 ZSD-O，40W，24V 1 電源指示作用EL 照明燈 DX1-0，6V，15A 1 照明作用普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)11普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)122.4 電氣接線圖設(shè)計(jì)通過(guò)電氣原理圖和上述元件表，設(shè)計(jì)電氣接線圖，如下圖 2.4 所示。圖 2.4 CA6140 普通車床電氣接線圖普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)132.5 宇龍機(jī)電控制仿真根據(jù)上述設(shè)計(jì)，在宇龍機(jī)電仿真軟件進(jìn)行仿真。選取相應(yīng)元件并根據(jù)電氣原理圖連接線路，實(shí)現(xiàn)預(yù)想中的車床控制，如下圖 2.5 所示。圖 2.5 宇龍機(jī)電仿真實(shí)物圖經(jīng)過(guò)元件選型和接線，基本完成上述 CA6140 車床的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的仿真，實(shí)現(xiàn)了主軸電動(dòng)機(jī) M1、冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 和快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) M3 的正常工作。在仿真過(guò)程發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)接觸器控制系統(tǒng)中存在著一些問(wèn)題：接線相對(duì)復(fù)雜且易出錯(cuò)，導(dǎo)致出現(xiàn)故障時(shí)排障困難；機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)的觸點(diǎn)控制反應(yīng)速度慢等。因此，可對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)143. 控制系統(tǒng) PLC改造3.1 PLC控制分析根據(jù)上述設(shè)計(jì)及宇龍仿真結(jié)果，對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行 PLC 改造。在上述設(shè)計(jì)的電氣原理圖基礎(chǔ)上進(jìn)行 PLC 改造。主電路有 3 個(gè)電動(dòng)機(jī)無(wú)法由 PLC 代替。電源信號(hào)燈和照明燈線路簡(jiǎn)單，無(wú)需 PLC 控制。所以只對(duì)控制電路部分進(jìn)行 PLC 分析。3.1.1 I/O 點(diǎn)分配表根據(jù) CA6140 普車的控制特點(diǎn)分析，列出 PLC 控制的輸入/輸出點(diǎn)分配表。表 3.1 CA6140 普通車床 PLC 輸入/輸出表輸入信號(hào) 輸出信號(hào)名稱 代號(hào) 輸入點(diǎn)編號(hào) 名稱 代號(hào) 輸出點(diǎn)編號(hào)主軸電動(dòng)機(jī) M1 停止按鈕SB1 I0.0 交流接觸器 KM Q0.0主軸電動(dòng)機(jī) M1 啟動(dòng)按鈕SB2 I0.1 交流接觸器 K1 Q0.1快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) M3點(diǎn)動(dòng)按鈕SB3 I0.2 交流接觸器 K2 Q0.2冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 手動(dòng)開關(guān)SA1 I0.3過(guò)載保護(hù)熱繼電器 KR1、KR2 I0.4普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)153.1.2 PLC 外部接線圖根據(jù)所列的 PLC 輸入/輸出表繪制 PLC 控制外部接線圖，如圖 3.1 所示。圖 3.1 CA6140 普通車床 PLC 控制接線圖3.2 PLC選擇根據(jù)圖 2.3 及上述分析可知，一共需要輸入信號(hào) 5 個(gè)和輸出信號(hào) 3 個(gè)。根據(jù)其 I/O點(diǎn)數(shù)選擇 CPU221 AC/AD/繼電器（ 輸入/繼電器輸出） 。其輸入、輸出分VDC230~1別為 6 個(gè)、4 個(gè)，符合要求。其他元器件與表 2.1 相同。3.3 程序設(shè)計(jì)當(dāng) SB2 閉合，I0.1 接收輸入信號(hào)，Q0.0 輸出并自鎖，接觸器 KM 線圈通電，主軸電動(dòng)機(jī) M1 開始運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng) SB1 斷開，I0.0 無(wú)法接收輸入信號(hào)，Q0.0 也停止輸出，主軸電動(dòng)機(jī) M1 停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)主軸電動(dòng)機(jī) M1 運(yùn)轉(zhuǎn)即 Q0.0 有輸出時(shí)，此時(shí)閉合 SA1，Q0.1 輸出信號(hào)，冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 開始運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng) SA1 斷開，I0.3 無(wú)輸入，Q0.1 釋放，冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng) SB3 閉合，I0.2 有輸入信號(hào)，Q0.2 輸出信號(hào)，快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) M3 開始運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng) SB3 斷開，I0.2 無(wú)輸入信號(hào)，Q0.2 釋放，快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) M2 停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng) KR1、KR2 有其中之一斷開時(shí)，I0.4 就無(wú)輸入，Q0.0、Q0.1、Q0.2 都釋放，所有電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)16開關(guān) SA2 直接控制照明燈 EL。根據(jù)以上設(shè)計(jì)編寫 PLC 控制程序梯形圖和指令語(yǔ)句表。圖 3.2 梯形圖及指令表普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)173.3 PLC控制的宇龍機(jī)電控制仿真利用宇龍仿真軟件繪制實(shí)物接線圖，如下圖 3.3 所示：圖 3.3 PLC 控制系統(tǒng)宇龍仿真實(shí)物圖成功完成 PLC 控制系統(tǒng)的宇龍仿真，并實(shí)現(xiàn) 3 臺(tái)電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)與之前傳統(tǒng)接觸器的宇龍仿真比較，PLC 改造的控制系統(tǒng)宇龍仿真接線相對(duì)簡(jiǎn)單，連線時(shí)不易出錯(cuò)。通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)的控制操作，方便調(diào)試，出現(xiàn)故障時(shí)方便排障。整個(gè)電路省略了接觸器常開常閉觸點(diǎn)的使用，減少了觸點(diǎn)老化等問(wèn)題造成的接觸不良現(xiàn)象。PLC 控制反應(yīng)速度快，具有更高的可靠性。 普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)184 床頭箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 主軸箱箱體設(shè)計(jì)主軸箱主要包括主軸、各級(jí)變速軸，操縱機(jī)構(gòu)等。主軸箱不僅要符合各軸的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，還應(yīng)具有較高的傳動(dòng)效率并具有足夠的強(qiáng)度或剛度。再在此基礎(chǔ)上減震降噪，降低成本并注意防塵、防漏等。箱體材料以中等強(qiáng)度的灰鑄鐵 HT150 及 HT200 為最廣泛,本設(shè)計(jì)選用材料為HT200。箱體鑄造時(shí)的最小壁厚根據(jù)其外形輪廓尺寸(長(zhǎng)×寬×高),按下表選取。表 4.1 箱體壁厚選取表長(zhǎng)×寬×高( )3m壁厚(mm)500 × 500 × 300-800 × 500 × 500 10-15> 800 × 800 × 500 12-20箱體中存在的軸承孔會(huì)下降 10%-20%的整體扭轉(zhuǎn)剛度和一部份彎曲剛度，一般在箱體中加入凸臺(tái)或加強(qiáng)筋的方式解決這一問(wèn)題，并可以適當(dāng)增加壁厚。如中型車床的前支承壁一般取 25mm 左右，后支承壁取 23mm 左右，軸承孔處的凸臺(tái)應(yīng)滿足安裝調(diào)整軸承的需求。箱體具有幫助各軸起定位和支承各軸的功能。CA6140 床頭箱中一共有 15 根軸（本文中只設(shè)計(jì)了與主傳動(dòng)相關(guān)的 6 根軸） 。箱體上各軸的安裝孔對(duì)各軸定位至關(guān)重要。通過(guò)考慮齒輪之間的嚙合及相互干涉等問(wèn)題，根據(jù)各對(duì)配合齒輪的中心距及變位系數(shù)，并參考有關(guān)資料，箱體上軸安裝空的位置確定如下：中心距計(jì)算公式為（4-12m（ a） =/(d+)y1）其中，y 是中心距變動(dòng)系數(shù)。Ⅰ軸和Ⅱ軸中心距： ???(5638)/.50.7Ⅰ軸和Ⅶ軸中心距： （ 0+4） 2=94Ⅱ軸和Ⅶ軸中心距： （ ） /.Ⅱ軸和Ⅲ軸中心距： （ 91） mⅢ軸和Ⅳ軸中心距： ?（ 5） /.5Ⅴ軸和Ⅷ軸中心距： （ 4+） 2=8普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)19Ⅴ軸和Ⅵ軸中心距： ?（ 26+58） /4=16mⅧ軸和Ⅸ軸中心距： ??（ ） 28Ⅸ軸和Ⅵ軸中心距： （ ） /Ⅸ軸和Ⅹ軸中心距： （ 3）Ⅸ軸和Ⅺ軸中心距： ?（ 25） /5經(jīng)分析考慮后，箱體上各軸位置確定如下圖 5.1：圖 5.1 各軸位置圖4.2 零件校核4.2.1 普通 V 帶傳動(dòng)的計(jì)算選擇 V 帶應(yīng)首先保證帶傳動(dòng)不打滑，在此基礎(chǔ)上盡量提高傳遞性能，同時(shí)具備足夠的疲勞強(qiáng)度來(lái)滿足一定的使用壽命。設(shè)計(jì)功率計(jì)算公式為（4-PKAd??2）——主帶輪傳遞的功率（kw）P——工況系數(shù)，查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 2 零件設(shè)計(jì)》 （以下均為此手冊(cè)）表 5.2-5，AK普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)20取 ；所以得，1.?AK（4-KWPd1.2.??3）V 帶轉(zhuǎn)速等于主軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 140/minnr=根據(jù) P 和 n，查表 5.2-6，選 B 型帶V 帶小帶輪的直徑 ；3d?1根據(jù)表 5.2-10 公式計(jì)算（4-??vsnvd ???/86.9)106/(1?4）V 帶大帶輪的直徑 ；md23?根據(jù)結(jié)構(gòu)安排中心距取 a0確定 V 帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度（4-??madnLdd 5.274200 1221 ???5）根據(jù)表 5.2-3，圓整為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度 ；083dL?計(jì)算帶撓曲次數(shù)； （4-01/7.4dmvs??6）如果計(jì)算所得曲撓次數(shù)得結(jié)果過(guò)大，就必須調(diào)整相應(yīng)數(shù)據(jù)，比如增大 V 帶長(zhǎng)度和加大中心距或者減小 V 帶速度和直徑。計(jì)算實(shí)際中心距（4-BAa??27）（4-??7.108421?ddL?8）（4-58212?dB9）把式（4-8 ）和（4-9 ）帶入（4-7） ，得：（4-ma23107..102??10）計(jì)算小帶輪包角（4-?????109.542sin8111ad?普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2111）計(jì)算 V 帶的根數(shù) （4-1pzPK??j12）——單根 V 帶所能傳遞的功率，查表 5.2-7 得，Pj 2.3jPkw?——包角修正系數(shù)，查表 5.2-8，取 0.95?K根據(jù)式（4-12）及所選數(shù)據(jù)計(jì)算；圓整取 ；3.89z?4z?計(jì)算單根帶初拉力； （4-2015.qvKvzPFad????????13）式中 q 為 V 帶每米的質(zhì)量，查表 5.2-13，取 0.10根據(jù)式（4-13）得 ；N23.580?確定作用在軸上的壓力（4-NzFQ98.45320.1sin4.sin10 ????14）4.2.2 齒輪的校核選擇 I 軸上相同模數(shù)下載荷最大而齒數(shù)最小的齒輪進(jìn)行齒輪驗(yàn)算，進(jìn)行接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力校核。對(duì)高速齒輪進(jìn)行齒面接觸應(yīng)力校核，對(duì)低速齒輪進(jìn)行齒根彎曲應(yīng)力校核。查閱《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 2 零件設(shè)計(jì)》知接觸應(yīng)力計(jì)算公式和彎曲應(yīng)力計(jì)算公式分別如下：（4-??????jjSMPauBnNKZm??????3213j10815）（4-wjSY2315w16）其中 m， , , , , 分別為疲勞曲線指數(shù)，齒輪傳遞功率，工作情況系數(shù)N1K23（中等沖擊的主運(yùn)動(dòng)，取 1.2~1.6） ，動(dòng)載荷系數(shù)，齒向載荷分布系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒形系數(shù)。的計(jì)算公式為 ；???d壽命系數(shù)計(jì)算公式為 （4-TOKNn17）普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)22其中 的計(jì)算公式為 （4-TKOTCnmK160?18）其中 、 和 分別為變速組傳動(dòng)副，齒輪最低轉(zhuǎn)速以及基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)。 P1nCo為齒輪在機(jī)床工作期限（ ）內(nèi)的總工作時(shí)間（h） ，對(duì)于此課題中取S；TS20~5?式（4-17 ）中 ， ， 分別為速度變化系數(shù)，功率利用系數(shù)，材料強(qiáng)化系數(shù)。KnNO式（4-15 ）和（4-16 ）中 的上下極值 ， 見表 5.1-20，當(dāng)SmaxSKinS時(shí)，則取 ；當(dāng)時(shí) ，取 ；maxSK?maxS?in?mi?許用接觸應(yīng)力（MPa） ,通過(guò)查表 5.1-21 得到；??j?許用彎曲應(yīng)力（MPa） ，通過(guò)查表 5.1-22 得到。w或 要求時(shí)，可以通過(guò) 來(lái)補(bǔ)j如 果 校 核 后 不 滿 足 改 變 初 選 的 材 料 或 熱 處 理 方 法救， ， 重新調(diào)整 、 。如 果 仍 然 不 滿 足 就 必 須 齒 數(shù) 齒 寬 和 模 數(shù)計(jì)算第一根輸入軸上齒輪可能出現(xiàn)的最大轉(zhuǎn)速如下式：（4-min/820311rnd??19）（4-51.96.?20）由于已知 ；kwNd625.??820/injnr?3已知在兩配合齒輪中選擇齒數(shù)少的齒輪進(jìn)行校核，其數(shù)據(jù)為 ， ，且50Z?2.m齒寬為 ， 。12Bm?.0u（4-??31..1.472.6852.058792j jMPP????????????21） 符合強(qiáng)度要求。校核 Z=56，m=2.25 的齒輪：（4-??31.05.12.0475.622856. 8109j jMPP?????????????22） 符合強(qiáng)度要求。4.2.3 軸的校核普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)23軸的校核通常只對(duì)其完成剛度驗(yàn)算。I 軸為花鍵軸，其抗彎截面慣性矩 計(jì)算公式及結(jié)果為：4（ ）m??624dDbgNdI????（4-410.7.38.382.3 m?????23）式（4-23 ）中 d、D、b、Z 分別為花鍵軸的內(nèi)徑、外徑和鍵寬、鍵數(shù)。，首先應(yīng)計(jì)算得到承受最大載荷界面的最大扭矩：計(jì) 算 軸 上 的 彎 矩 載 荷（4-NnNMj ??????? 444 105.682.1095109524）式中（4-24 ）中 和 分別代表能夠承受的最大功率 和軸的轉(zhuǎn)速 。j （ kw） （ r/min）根據(jù)上式已計(jì)算得到的最大扭矩計(jì)算最大載荷：（4-4326.5102.DtP????扭25）其式中 為齒輪節(jié)圓直徑,其計(jì)算公式為 。mZ?齒輪的徑向力 計(jì)算公式如下：r（4-)cos(tan(?????r26）其中 、 、 為別為齒輪的嚙合角、齒面摩擦角和螺旋角， ，??? ??20?； ；??72.5?0?得到徑向力 N3.51.70rtP??計(jì)算花鍵側(cè)表面的擠壓應(yīng)力得：（4-max28,()()njy jyMPaDdlZK?????????27）式中 、 、 、 分別為 I 軸傳遞的最大轉(zhuǎn)矩 ，工作長(zhǎng)度，鍵數(shù)maxnMLZ（ ）Nm?和載荷分布不均勻系數(shù) 。 分別是花鍵軸的外徑和內(nèi)徑。（ K=0.78）: ,（4-426513.620()(38.)07jy jyPaMPa????????????28）所以此花鍵軸驗(yàn)算合格。4.2.4 軸承壽命校計(jì)算疲勞破壞是圓柱滾子軸承的主要破壞形式，所以要對(duì)軸承進(jìn)行額定壽命 （h）計(jì)L算，其計(jì)算公式為：普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)24（4-??610（ ）nhCLTP???29） 其中 n、C 、P 和 分別為軸承計(jì)算轉(zhuǎn)速、額定動(dòng)負(fù)荷、當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷和壽命系數(shù)?（滾子軸承 ） 。 為工作時(shí)間，一般取 。103=][T??10~5h在式（4-29 ）基礎(chǔ)上引入速度系數(shù) 和壽命系數(shù) ，其計(jì)算公式為 ；nfnf 103nif??。50nLf??繼續(xù)引入工作情況系數(shù) （取 ） ，齒輪轉(zhuǎn)換工作系數(shù) ，疲勞壽命系Ff1.~3f?lK數(shù) ， 同式（ 4-17）中 T。K?得到最終額定動(dòng)負(fù)荷 C 的計(jì)算公式如下：（4-??hjFlnfKPC??30）進(jìn)行計(jì)算得：124863[]nLhT??0395故軸承校核合格。普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)255 結(jié)論歷經(jīng)一個(gè)學(xué)期，基本完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目。本課題首先介紹了機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，以及普通車床 CA6140 相關(guān)性能和技術(shù)參數(shù)，并對(duì) CA6140 普車控制系統(tǒng)和主軸箱部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并取得了以下成果：（1）分析設(shè)計(jì) CA6140 普車控制系統(tǒng)，利用 CAD 繪制電氣原理圖和電氣接線圖，并利用宇龍控制仿真軟件實(shí)現(xiàn)仿真控制。（2）對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行 PLC 改造，分析輸入/輸出并編寫 PLC 程序，并實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的 PLC 控制，完成宇龍控制軟件的 PLC 控制仿真。（3）對(duì)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)進(jìn)行元器件選擇。（3）對(duì) CA6140 普車床頭箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并用 CAD 和 PREO2.0 完成相應(yīng)的二維和三維零件圖、裝配圖。普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)26參考文獻(xiàn)[1]羅宇航.流行 PLC 使用程序及設(shè)計(jì)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2006.[2]王振臣,齊占慶.機(jī)床電氣控制技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.[3]王艷穎,劉安生.機(jī)電綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書[M].大連大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,2012.[4]余雷聲.電氣控制與 PLC 應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.[5]田瑞庭.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.[6]萬(wàn)太福,唐賢永.可編程序控制器及其應(yīng)用[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2000.[7]大連組合機(jī)床研究所.組合機(jī)床設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1975.[8]王田苗,丑武勝.機(jī)電控制基礎(chǔ)理論及應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2003.[9]李建勇.機(jī)電一體化技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2004.[10]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第 5 卷[K].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000:31-57.[11]SIMATIC.S7-200 可編程控制器系統(tǒng)手冊(cè)[K].SIEMENS,2008.[12]SIMATIC.S7-200SMART 可編程控制器產(chǎn)品樣本[X].SIEMENS,2011.[13]李朋.CA6140 車床的數(shù)控化技術(shù)改造[D].東北大學(xué),2009.[14]張志紅.基于 PLC 在普通車床 CA6140 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數(shù)控機(jī)床引言新產(chǎn)品的概念包括產(chǎn)品要求，產(chǎn)品功能，產(chǎn)品可行性，產(chǎn)品表單/結(jié)構(gòu)（布局）和相關(guān)屬性。產(chǎn)品性能需要考慮材料，裝配公差，臨界表面粗糙度和硬度參數(shù)以及臨界尺寸。概念設(shè)計(jì)研發(fā)能夠加快產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的過(guò)程。它是創(chuàng)造力的產(chǎn)物，從而能夠引發(fā)新穎的和有價(jià)值/創(chuàng)新的想法。這是產(chǎn)品開發(fā)初期的一個(gè)非常關(guān)鍵的方面。它決定了產(chǎn)品的功能，形式和基本結(jié)構(gòu)。概念設(shè)計(jì)過(guò)程包括（1）信息搜集：開始設(shè)計(jì)前，設(shè)計(jì)者必須對(duì)客戶的要求有一個(gè)很好的了解。設(shè)計(jì)師收集到的信息越多，就越能做出令客戶滿意的優(yōu)秀設(shè)計(jì)。 （2）處理：一旦設(shè)計(jì)人員收集到了事實(shí)，并且找出了類似產(chǎn)品的例子，創(chuàng)意便會(huì)油然而生。設(shè)計(jì)過(guò)程階段的重點(diǎn)是筆記，繪圖和計(jì)劃工作。 （3）設(shè)計(jì)：不熟悉的客戶對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的誤解是，設(shè)計(jì)師是從設(shè)計(jì)開始的?？蛻粜枰郎鲜鰞蓚€(gè)步驟。如果前兩個(gè)步驟做得很好，設(shè)計(jì)過(guò)程可以更加精簡(jiǎn)，結(jié)果更加準(zhǔn)確。設(shè)計(jì)階段的過(guò)程可能需要重復(fù)幾次。 （4）優(yōu)化：設(shè)計(jì)者可以通過(guò)客戶提供的信息來(lái)進(jìn)行優(yōu)化。 （5）執(zhí)行：完成的設(shè)計(jì)被發(fā)送到適當(dāng)?shù)墓?yīng)商。車床組件設(shè)計(jì)床頭架組件設(shè)計(jì)主軸箱一直是車床的重要組成部分，因?yàn)樗鼮楣ぷ魈峁┲餍D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。伺服電機(jī)用于此處。鉆卡盤也同樣用于此處。軸承和鉆頭卡盤相連，從而使其旋轉(zhuǎn)。圖 7 主軸箱組件設(shè)計(jì)伺服電機(jī)和鉆頭卡盤通過(guò)同步帶連接。整個(gè)單元通過(guò)支撐支架連接。因此，鉆夾頭將帶動(dòng)工件，隨著伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)了工件的主旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如圖 7 所示。尾座組件設(shè)計(jì)尾座用于支撐被加工工件的縱向旋轉(zhuǎn)軸。當(dāng)工件細(xì)而長(zhǎng)時(shí)，尾座的作用尤為突出。沒有尾座的支撐會(huì)產(chǎn)生“震動(dòng)” ，工件在切割時(shí)會(huì)發(fā)生過(guò)度彎曲。尾座的設(shè)計(jì)有兩種（I 和 II） 。在如圖兩個(gè)設(shè)計(jì)中的孔用于裝配套筒，并從另一端支撐旋轉(zhuǎn)工件。在設(shè)計(jì) I 中（圖 8） ，沒有規(guī)定的高度調(diào)整，整個(gè)尾座將是固定的。在設(shè)計(jì)II 中（圖 9） ，有 4 塊區(qū)域，以方便調(diào)整高度，這將有助于調(diào)整中心之間的對(duì)齊方式。其中所有的塊將用兩個(gè)螺栓緊固（圖 9） 。設(shè)計(jì) II 是相對(duì)合適的設(shè)計(jì)和選擇。主軸箱和尾架組件設(shè)計(jì)將主軸箱和尾座組件裝配在底板上（圖10） ，從而形成車床。此床將安裝在水平 Y 軸上。刀架組件設(shè)計(jì)在加工操作過(guò)程