黃初榕

（蘇州蘇福馬機械有限公司 江蘇蘇州）

一、存在的問題

蘇州蘇福馬機械有限公司現(xiàn)使用的B1016A和B2020Q型6 m龍門刨床由濟南第二機床廠20世紀80年代生產(chǎn)，采用AG-G-M直流調速系統(tǒng)（交磁放大機—直流發(fā)電機組—直流電機），主要用于框架類長形零件的粗精加工等。刨削加工過程中由工件與刨刀相對運動形成金屬切削加工。工作臺與工件必須頻繁地進行往復運動（主運動），切削加工只在工作臺工進行程中進行，返回行程只是空行程。在切削過程中刀架沒有進給運動，只有在返回行程中才有刀架的進給運動（橫梁、刀架運動稱作輔助運動）。6 m龍門刨床行程見圖1，其中0～t1——工作臺前進起動階段；t1～t2——刀具慢速切入階段，防止崩壞工件又可提高刀具使用壽命；t2～t3——加速至穩(wěn)定工作速度；t3～t4——工作速度階段；t4～t5——減速退出工件階段；t5～t9——返回階段，快速返回以提高加工效率。

6 m龍門刨床服役日久，電氣系統(tǒng)運行很不穩(wěn)定。直流發(fā)電機組和擴大機組耗電量較大，進刀機構采用繼電器控制進刀，繼電器經(jīng)常出現(xiàn)粘連，造成控制失靈。另外交磁擴大機的換向比一般直流發(fā)電機困難，存在磁滯回環(huán)，出現(xiàn)工作點不穩(wěn)定、生產(chǎn)效率降低等問題。

圖1 刨床行程

二、改造方案

改用S-M直流調速系統(tǒng)（由IGBT組成的全數(shù)字式雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)）?？紤]到原有設備調速比達到20∶1以上，靜差度＜10%，工件加工時切削力恒定、平穩(wěn)、沖擊小，刀具切入切出時自動減速及安全可靠等要求，采用歐陸SSD590直流調速器（以下簡稱SSD590）。改造后的調速系統(tǒng)不僅具有交磁擴大機調速系統(tǒng)的優(yōu)點，而且可抵抗電網(wǎng)電壓波動引起的電機轉速變化。電流環(huán)和轉速環(huán)雙閉環(huán)系統(tǒng)可分別進行整定和調節(jié)，不僅有較硬調速特性，而且還有較大功率的啟動特性，可帶大負載快速啟動或較低速運行。為使SSD590更有效地控制電機，設計時充分使用電流與速度反饋信號給一個相應的環(huán)，電流反饋傳感器是內置式的，速度反饋由模擬測速發(fā)電機提供。直流電機的調速方法主要是勵磁電壓保持不變，通過調節(jié)電樞電壓控制電機轉速。刨床電氣控制系統(tǒng)以三菱FX2N-80MR型PLC為控制核心（圖2），重新設計、制作電控箱，工作臺PLC控制流程見圖3。

圖2 刨床電氣控制系統(tǒng)原理

圖3 刨床工作臺PLC控制流程

預計方案實施后，S-M直流調速系統(tǒng)調速范圍可達100∶1，更換不同工作模式仍可使龍門刨床用于刨、銑削兩用。工作臺的速度不隨切削量的變化而變化，靜差度＜3%，可提高加工精度。根據(jù)參數(shù)設定要求自動調速，調速方便且數(shù)字化。接近理想速度運行曲線，提高了加工質量與效率。

三、改造實施

工作臺主運動采用1臺國產(chǎn)Z4系列55 kW直流電機取代交磁擴大機組和直流發(fā)電機組，外配1臺ZYS-100A測速機，Z4直流電機可實現(xiàn)恒轉矩控制，并能達到低速切入的工作特性。經(jīng)減速箱驅動后，實現(xiàn)無級變速，為保持減速箱位置不變，重新制作Z4電機底座。工作臺換向制動利用直流驅動自帶的能量反饋裝置，制動速度快，能量又反饋回電網(wǎng)。垂直刀架和左右側刀架采用PLC控制，使進刀量準確，提高了加工精度。采用HED40A10/35L24G型油路壓力開關替代LX2機械式觸點開關，清洗工作臺面液壓回路，確保運行可靠。工作臺組合行程開關選用LJM18A-10Z/NK型光電接近開關替代機械式行程開關，位置可隨意調節(jié)，方便操作。

四、改造效果

1.節(jié)能顯著使用DZFC-1電能綜合分析測試儀、AWA5633P精密聲級計和其他常用儀表測試改造前后刨床主要參數(shù)（表1），設備測試狀態(tài)為空載和輕載（走刀量0.5 mm、切削深度3 mm、切削行程5 m、切削刀具尖頭刀、1只切削刀架）。方案實施前后單臺6 m龍門刨床的實際耗電量分別為218.4 kW·h/8 h和134.4 kW·h/8 h。若按1年250個工作日、每日兩班工作16 h、電費單價0.8元/kW·h計算，單臺設備1年可節(jié)省電費33 600元，改造的兩臺6 m龍門刨床每年可節(jié)省電費6.72萬元。

表1 刨床參數(shù)數(shù)據(jù)

2.其他

改造后刨床故障率明顯降低，機床低速性能得到明顯改善?？蓾M足“精刨代刮”的先進工藝，在大負載情況下，可實現(xiàn)0.5 m/min的超低速平穩(wěn)運行，加工零件的直線度和表面粗糙度指標部分達到了研磨的水平。裝銑頭后還能銑削加工。改造周期短，對生產(chǎn)影響小。