沈玉梅

（大連職業(yè)技術學院，遼寧大連116035）

龍門刨床是機械制造業(yè)中主要工作機床之一，常用來加工大型零件，在工業(yè)生產(chǎn)中占有重要位置。龍門刨床的主運動，是工作臺的直線往復運動。早期的龍門刨床電氣主拖動系統(tǒng)主要有兩種：一種是電動機擴大機—發(fā)電機—直流電動機組（A-G-M）系統(tǒng)；另一種是晶閘管-直流電動機組（V-M）系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)的控制電路，普遍采用有觸點的繼電器控制方式，在經(jīng)過多年的使用后，系統(tǒng)電氣控制器件已經(jīng)嚴重老化，出現(xiàn)了加工精度低、調(diào)速性能差、電氣故障頻繁、維護和保養(yǎng)難度大等問題[1]，已不能滿足正常加工生產(chǎn)的需要。

變頻調(diào)速技術經(jīng)過多年的推廣和使用，各項性能和技術指標不斷趨于完善和成熟，節(jié)能效果顯著。為提高龍門刨床的加工精度和生產(chǎn)效率，采用PLC和變頻器對龍門刨床電氣主拖動系統(tǒng)進行改造，已成必然趨勢。

1 龍門刨床電氣主拖動系統(tǒng)的控制要求

龍門刨床的刨削過程是工件（固定在工作臺上）與刨刀之間做相對運動的過程，龍門刨床的主運動，是工作臺往返交替循環(huán)的直線運動。因此，龍門刨床對其主拖動系統(tǒng)的要求比較高[2]。具體控制要求如下：

（1）工作臺主拖動系統(tǒng)，具有比較寬的調(diào)速范圍和較硬的機械特性；

（2）工作臺能根據(jù)不同工件自由調(diào)節(jié)工作速度，而且前進和后退的速度要單獨調(diào)整；

（3）工作臺起動和制動快速、平穩(wěn)，對電網(wǎng)和機械的沖擊小，能夠按照需要實現(xiàn)自動往返循環(huán)運行；

（4）工作臺要求能夠人工點動運行，即“工作臺步進”和“工作臺步退”，以利于切削前的調(diào)整；

（5）與刀架、橫梁的互鎖。刀架與工作臺之間、橫梁與工作臺之間必須有可靠的互鎖；

（6）與油泵電動機的互鎖。只有在油泵正常供油的情況下，才允許進行工作臺的往復運動；如果在工作臺往復運動過程中，油泵電動機因發(fā)生故障而停機，工作臺將不允許在刨削中間停止運行，而必須等工作臺返回至起始位置時再停止。

2 電氣控制系統(tǒng)的設計

2.1 系統(tǒng)改造方案

目前，龍門刨床控制系統(tǒng)的改造，主要根據(jù)主拖動直流電動機的設備狀況進行選擇。

第一種是工作臺主拖動直流電動機的各項技術指標均優(yōu)良，而且還有較長的使用年限。在這種情況下，為節(jié)省改造費用，建議保留直流電動機，采用全數(shù)字直流調(diào)速裝置，取代電機擴大機—發(fā)電機組進行改造。

第二種是主拖動直流電動機的使用壽命已不太長，或沒有太大使用價值，在這種情況下，建議用交流異步電動機取代主拖動直流電動機，采用變頻器進行改造。本文以A系列龍門刨床電氣主拖動系統(tǒng)為例,介紹用變頻器對其進行改造的方案設計。

2.2 電氣主拖動系統(tǒng)的電路設計

龍門刨床電氣主拖動系統(tǒng)的電路如圖1所示。

圖1 龍門刨床電氣主拖動系統(tǒng)的電路圖

當空氣斷路器合閘后，由按鈕SB7和SB8控制接觸器KM1，分別控制變頻器的通電與斷電，并由指示燈HL1進行指示。工作臺的步進和步退，分別通過按鈕SB1和SB2來控制。工作臺的刨削速度和返回速度，分別通過電位器RP1和RP2來調(diào)節(jié)；工作臺步進和步退的速度，由變頻器預置的點動頻率決定。當變頻器發(fā)生故障時，觸點KF閉合，切斷變頻器的電源，同時,指示燈HL2亮，進行報警。當油泵發(fā)生故障時，繼電器KT閉合，PLC程序使工作臺在往復周期結束之后，停止工作臺的繼續(xù)運行，同時，指示燈HL3亮，進行報警。

2.3 電動機的選擇

對于機床類負載，由于在切削過程中轉速是不調(diào)節(jié)的，故對機械特性的要求較高，且調(diào)速范圍也往往較大。一般來說，以選用變頻調(diào)速專用電動機為宜。龍門刨床工作臺原電氣拖動系統(tǒng)的直流電動機的主要額定數(shù)據(jù)為PN=60kW，nN=1800r/min。

通過對比，現(xiàn)選用YVP250M-4型異步電動機，主要額定數(shù)據(jù)如下

能夠滿足系統(tǒng)的要求。

2.4 變頻器的選擇

考慮到龍門刨床本身對機械特性的硬度和動態(tài)響應能力的要求較高,近年來，龍門刨床常常與銑削和磨削兼用，而銑削和磨削的進刀速度,約為刨削時的1%，故要求拖動系統(tǒng)兼用良好的低速運行性能。現(xiàn)選用日本安川公司生產(chǎn)的通用高性能矢量控制變頻器，控制方式為“有速度反饋”。根據(jù)異步電動機的容量PN=55kW，可選用變頻器的型號為CIMR-G7B4055，其容量為98kVA，額定電流為128A。

2.5 PLC的選擇

根據(jù)控制系統(tǒng)所需的輸入輸出點數(shù)，并留有一定裕量備用，考慮選取維護使用方便、性價比高的機型，選用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N-128MR-001PLC。其具有高速處理及可擴展功能模塊等特點，完全可以滿足控制要求。

3 龍門刨床工作臺工作流程

龍門刨床工作臺的工作流程如圖2所示。工作臺啟動后，為避免刀具切入工件時的沖擊而使工件邊緣崩裂，或損壞刀具，先以低速前進（慢速切入）；刀架進刀機構自動進刀一次后，工作臺加速至刨削速度，對工件進行加工；刨削結束，為避免刀具將工件剝落，工作臺減速運行（低速切出）；進刀結束后，刀架抬起，電動機換向、反向加速至高速，工作臺高速后退，以提高工作效率；為了減小停車時的超程（又稱越位），在后退換向前先減速運行，直至換向，進入下一次循環(huán)[3]。

在工作臺自動運行的過程中，通過“前進速度”和“后退速度”旋鈕，可以根據(jù)需要對每個階段工作臺的運行速度進行調(diào)節(jié)，以達到理想的工作狀態(tài)。

圖2 龍門刨床工作臺工作流程圖

4 結束語

采用PLC和變頻器對龍門刨床工作臺主拖動系統(tǒng)改造后，工作臺的拖動系統(tǒng)結構大大簡化，加工的調(diào)速范圍變寬，且為無級調(diào)速，工作臺運行更加平穩(wěn)，尤其是換向迅速且沖擊小，加工效率提高，節(jié)能效果顯著，具有良好的經(jīng)濟效益。

[1]王 巖，劉樂慶.用可編程控制器對龍門刨床的改造[J].現(xiàn)代電子技術，2009，（7）：117-119.

[2]王雪潔，婁 瑩.變頻調(diào)速系統(tǒng)和PLC在龍門刨床上的應用[J].組合機床與自動化加工技術，2003，（2）：17-18.

[3]金 燕，王海平.PLC和變頻器在龍門刨床控制系統(tǒng)改造中的應用[J].制造技術與機床，2010，（11）：112-114.