B2015 龍門刨床控制系統的技術改造
2018-6-19 來源： 徐州技師學院電氣學院 作者：孟慶龍
摘 要：傳統的龍門刨床電力拖動多為直流電機擴大機—發電機—電動機組（簡稱 K-F-D 系統），控制部分采用常規繼電接觸電器方式。本文介紹采用交流變頻調速系統和 PLC 可編程控制技術，改造 B2015 龍門刨床技術，通過驗證取得了滿意的效果。
關鍵詞：繼電接觸電器；變頻調速；PLC 控制
一、龍門刨床對電力拖動及控制的要求
龍門刨床是頻繁往復運動的生產機械，前進為切削行程。后退行程是不作切削的，只是讓工作臺駛回準備作第二次切削，且高于前進行程速度。為了加工不同的金屬材料和滿足不同加工工藝，要求工作臺有較寬的調速范圍和較硬的機械特性。從工作臺的運行過程可以看出，前進與后退的變換過程中，各段速度變化不同。由于工件長度不一，要求工作臺的行程也不同，數據需要現場調整。工作臺的前進、后退、點動、設定加工速度和后退速度均能自由操作，按鈕盒的各種鍵功能不變。
二、工作臺傳動及功率
龍門刨床工作臺主傳動機械由兩級斜齒圓柱齒輪減速箱（總減速比為 9），經較長傳動軸傳到 45°斜齒輪嚙合齒條帶動工作臺。在整個功率的傳輸過程，要考慮到機械空載功率、摩擦功率和切削功率等因素。即 P 主 =P 切 +P 摩 +P 空；P 主：主拖動電動機的功率；P 切：加工切削功率；P 摩：機械運行的摩擦功率；P 空：機械的空載功率。通過計算或查出上述各種因素，即可算得拖動最大功率。
三、龍門刨床電力拖動系統的設計
選擇最佳設計方案要考慮諸多因素，上述分析 B2015 龍門刨床的拖動電機受切削力、靜動摩擦力等影響，同時與運行速度也有關系，其工作臺的負載性質是恒功率性質，即在不同切削速度 Vz 時切削功率 Pz 近似不變。事實上，由于機床機械剛度是有限的，龍門刨床應有一個最大切削力 Fmax 。當 Vz<Vx 時，Fz=Fmax= 常數，其負載為恒轉矩特性。當Vz>Vx 時，其負載是轉矩性質為恒功率 , 恒功率切削區的最低切削速度 Vx，稱為計算速度 Vx，而最大切削力（最大牽引力）可在 B2015 手冊查到。顯然，龍門刨床需要的切削功率 Pz=Fm Vx/NK1K2（k W）。
公式中，Fm：最大牽引力（N）；Vx：轉折點的速度；K1：功率變化系數；K2：允許過負載系數；N：機械效率。選擇交流電機時還應考慮恒轉矩調速用于恒功率調速和交流電動機的特性，電動機功率就應擴大若干倍，這一計算與上述機械分析是一致的。經過實際測量 B2015 龍門刨床選擇 45 k W 交流電動機作為主拖動電機還有較多的富裕量，考
慮到工作臺的低速延伸，還可考慮 37 KW（600 rpm）交流電動機方案。鑒于上述分析 , 筆者選擇了日本 SANKEN 公司的IHF-55K 變頻器和變頻專用 YTS280M-8 三相異步電動機組成了 B2015 龍門刨床的拖動系統。IHF-55K 變頻器具有無速度傳感的控制模式或內藏 PID 控制模式，構成的速度閉環調速系統可達到龍門刨床的機械電氣性能要求。
四、電氣控制部分的設計
龍門刨床電氣操作較復雜，本著不改變操作習慣的基礎，筆者選擇采用日本 OMRON 公司的 PLC 及常規電器件構成電氣操作系統，龍門刨床的工作臺的自動、手動進退、換向、點動、垂直、左右刀架的動作和橫梁升降及夾緊等電器控制，均由 PLC 軟件完成，軟件設計完全實現了各種操作與原操作保持一致。通過交流電動機的測速機，還設計了工作臺運動速度顯示功能。由于 PLC 具有豐富的軟件，有內部計數器、計時器、輔助繼電器。利用它來設計龍門刨床的各種操作程序十分方便，大大減少了常規電氣件的用量，降低了整機的故障率，增加了運行可靠性，電氣原理框圖如圖 1 所示.
圖 1 龍門刨床工作臺行程控制框圖
通過實踐證明，采用交流變頻拖動系統和 PLC 可編程控制技術改造 B2015 龍門刨床直流機組 K-F-D 系統，不僅簡化了控制線路，縮小了控制裝置的體積，提高了系統工作的可靠性、通用性，而且還增強了控制系統的功能，提高了B2015 龍門刨床自動控制的控制效率。
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