龙门刨床主拖动系统变频调速改造

1、龙门刨床电气系统变频调速改造1龙门刨床主拖动系统的运动特点我国现行生产的龙门刨床其主拖动方式以直流发电机一电动机组及品闸管一电 动机系统为主，以A系列龙门刨床为例，它采用电磁扩大机作为励磁调节器的直流 发电机一电动机系统，通过调节直流电动机电压来调节输出速度，并采用两级齿轮 变速箱变速的机电联合调节方法。其主运动为刨台频繁的往复运动，在往复一个周 期中，对速度的控制有一定要求，如图1所示。图1刨台的运动图中：t1段表示刨台起动，刨刀切入工件的阶段，为了减小刨刀刚切入工件的瞬间， 刀具所受的冲击及防止工件被崩坏，此阶段速度较低。t2段为刨削段，刨台加速至正常的刨削速度t3段为刨刀退出工件段，为防

2、止边缘被崩裂，同样要求速度较低。t4段为返回段，返回过程中，刨刀不切削工件，为节省时间，提高加工效率， 返回速度应尽可能高些。t5段为缓冲区。返回行程即将结束，再反向到工作速度之前，为减小对传动机 械的冲击，应将速度降低，之后进入下一周期。2刨台运动的机械特性曲线与很多切削机床相同，刨台运动特性分两种情况分析。2.1低速区刨台运动速度较低时，此时刨刀允许的切削力由电动机最大转矩决定。电动机 确定后，即确定了低速加工时的最大切削力。因此，在低速加工区，电动机为恒转 矩输出。2.2高速区速度较高时，此时切削力受机械结构的强度限制，允许的最大切削力与速度成 反比，因此，电动机为恒功率输出。由此可得，

3、主拖动系统直流电动机的运行机械特性曲线分为如图2所示两段。图2负载机械特性3对电动机机械特性的要求为充分利用电动机容量，同时满足负载对电动机的要求，龙门刨床主拖动电动 机运行时的机械特性应与负载机械特性配合，即电动机机械特性应靠近并位于负载 机械特性之上。4变频调速机械特性从电动机调速理论可知，若采用变频调速，在频率低于额定频率时，电动机调 速具有恒转矩输出特性，而在高于额定频率区，电动机电压不能升高，具有恒功率 输出特性。图3变频调速机械特性比较可知，采用变频调速时，电动机的机械特性曲线刚好与刨台的运动所对应 的特性曲线相符。因此，适宜于采用变频调速对龙门刨床主运动系统进行改造，并 使电动机

4、的工作频率适当提高全额定频率以上。由于龙门刨床的传动机构从速度为45r/min分为两档，故电动机的机械特性也 以45r/min分成曲线相似的两段。5采用变频调速的刨台运动控制5.1机械结构及控制要求用于实现刨台往返控制的六个行程开关仍如原来所示安装，工作台侧面的燕尾 槽安装四个撞块。依靠四个撞块碰撞相应的行程开关实现工作台的自动工作。前进 撞块A、B，后退撞块C、D分布在行程开关两侧。图4所示为各行程开关的零位状 态。图4工作台行程开关零位状态运动控制过程如下：工作台前进时，撞块A撞击SQ3, B撞击SQ5，经过一段越 位后，刨台后退。后退时，撞块B使SQ5复位，撞块A使SQ3复位。后退末了，

5、工 件退出刀具后，撞块C撞击SQ4使电机减速，D撞击SQ6使电机换向，经过一段越 位后，刨台从后退换成前进。刨台即按此方式循环工作。SQ2、sQ1分别起前进、后 退的限位保护。为满足龙门刨床的加工要求，要求工作台具有调整的正反向点动控制和正常工 作时的自动往返控制，并能进行低速的磨削工作。控制电路除包括刨台的往返运动 外，还有刨台运动与横梁、刀架之间的配合。为简化控制电路，减小维护工作量， 可采用PLC作为控制元件与变频器结合实现刨床的自动化控制。5.2 控制电路以下是刨台往返运动的PLC变频调速控制电路图。其中PLC台达sX系列，变频 器采用的是台达vfd系列。图中，SB1、SB2为起、停按

6、钮SB3、SB4为正反向点动按钮；SB5为故障复位按钮。SQ1SQ6为刨床上六个行程开关，X13接变频器 故障输出端R2A，控制Y11、Y12；系统总起动由SA控IllRIA制。R2BLC变频调速接线图C输出信JOX5 _2S3QJx6R2A Y2Y3 COMl LT fbtwtfd REV ST)PLY4控制速度）、XI。COM2 m Yio XI? Y】IX】3图5主变频器三档转速，即低高速（空力返回），Y10控制接触器KM，停止；Y2、Y3、.中速（刨削加工控制电动机正反向循环运转、点动及:速（刨刀切入、刨刀退出、反向前）、.使变频器得电,“PE序中，应使Y10动作后，Y0、Y1才能动作

7、；Y11、Y12为变频器故障时进行声，光报警，同时应切断 Y10的输出。6控制系统用PLC实现龙门刨床的其他动作的电器自动控制。本改造采用台达PLC完成龙 门刨床自动进给刀、抬刀、横梁升降、横梁夹紧放松、刀架快速移动以及工作台的 加速、换向等各种动作的正常运转。7.改造后的全数字龙门刨控制系统的特点：1）.该变频传动装置能耗低，效率高，其效率可达到0.99以上，而直流发电机组只 有0.7左右。2）.调速性能高。这种全数字变频调速装置是一种高精度传动控制，以其自身的优 点使整个主传动控制系统的精度、调速范围、快速性能有了很大的改善，从而提高 了加工能力及其加工质量。3）.结构简单，可靠性高。大大

8、减少了占地面积，并使控制系统结构简单、体积缩小; 而且能量一次性转换，使能耗降低，效率大大提高。用先进的可编程控制器取代繁杂的交直流继电器控制系统，使元件减少，连线减 少，大大提高了系统的可靠性，同时维护也十分方便。.装机水平高，具有完善的保护功能。系统具有良好的保护和监控功能，PLC有自 身的输入/输出监控指示灯，而全数字变频调速装置则更有良好的保护监控功能，且 具有故障存储记忆，自适应参数优化等多种功能。.免维护，改造后，系统中的变频调速装置和可编程控制器不需要维护，提高了系 统的作业效率，减少运行成本。8、使用效率：由变频器和PLC相互配合进行改造后的龙们刨床控制系统从全速到换向实行两 次减速，可在1020秒时间内完成，且换向平稳无冲击，不会发生振荡、爬行、起 位等现象，同时可恒转矩切削，因而大大提高加工精及效率。通过悬挂按钮完全能 完成系统的启动、停止、自动手动。工件加工长度范围由悬挂按钮站完成行程设