哈爾濱中天數(shù)控工具有限責(zé)任公司
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摘 要：傳統(tǒng)的龍門刨床電力拖動(dòng)多為直流電機(jī)擴(kuò)大機(jī)—發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)組（簡稱 K-F-D 系統(tǒng)），控制部分采用常規(guī)繼電接觸電器方式。本文介紹采用交流變頻調(diào)速系統(tǒng)和 PLC 可編程控制技術(shù)，改造 B2015 龍門刨床技術(shù)，通過驗(yàn)證取得了滿意的效果。
關(guān)鍵詞：繼電接觸電器；變頻調(diào)速；PLC 控制
一、龍門刨床對(duì)電力拖動(dòng)及控制的要求
龍門刨床是頻繁往復(fù)運(yùn)動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械，前進(jìn)為切削行程。后退行程是不作切削的，只是讓工作臺(tái)駛回準(zhǔn)備作第二次切削，且高于前進(jìn)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(tái)有較寬的調(diào)速范圍和較硬的機(jī)械特性。從工作臺(tái)的運(yùn)行過程可以看出，前進(jìn)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(tái)的行程也不同，數(shù)據(jù)需要現(xiàn)場調(diào)整。工作臺(tái)的前進(jìn)、后退、點(diǎn)動(dòng)、設(shè)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(tái)傳動(dòng)及功率
龍門刨床工作臺(tái)主傳動(dòng)機(jī)械由兩級(jí)斜齒圓柱齒輪減速箱（總減速比為 9），經(jīng)較長傳動(dòng)軸傳到 45°斜齒輪嚙合齒條帶動(dòng)工作臺(tái)。在整個(gè)功率的傳輸過程，要考慮到機(jī)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(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率；P 切：加工切削功率；P 摩：機(jī)械運(yùn)行的摩擦功率；P 空：機(jī)械的空載功率。通過計(jì)算或查出上述各種因素，即可算得拖動(dòng)最大功率。
三、龍門刨床電力拖動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
選擇最佳設(shè)計(jì)方案要考慮諸多因素，上述分析 B2015 龍門刨床的拖動(dòng)電機(jī)受切削力、靜動(dòng)摩擦力等影響，同時(shí)與運(yùn)行速度也有關(guān)系，其工作臺(tái)的負(fù)載性質(zhì)是恒功率性質(zhì)，即在不同切削速度 Vz 時(shí)切削功率 Pz 近似不變。事實(shí)上，由于機(jī)床機(jī)械剛度是有限的，龍門刨床應(yīng)有一個(gè)最大切削力 Fmax 。當(dāng) Vz<Vx 時(shí)，F(xiàn)z=Fmax= 常數(shù)，其負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩特性。當(dāng)Vz>Vx 時(shí)，其負(fù)載是轉(zhuǎn)矩性質(zhì)為恒功率 , 恒功率切削區(qū)的最低切削速度 Vx，稱為計(jì)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，F(xiàn)m：最大牽引力（N）；Vx：轉(zhuǎn)折點(diǎn)的速度；K1：功率變化系數(shù)；K2：允許過負(fù)載系數(shù)；N：機(jī)械效率。選擇交流電機(jī)時(shí)還應(yīng)考慮恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速用于恒功率調(diào)速和交流電動(dòng)機(jī)的特性，電動(dòng)機(jī)功率就應(yīng)擴(kuò)大若干倍，這一計(jì)算與上述機(jī)械分析是一致的。經(jīng)過實(shí)際測量 B2015 龍門刨床選擇 45 k W 交流電動(dòng)機(jī)作為主拖動(dòng)電機(jī)還有較多的富裕量，考
慮到工作臺(tái)的低速延伸，還可考慮 37 KW（600 rpm）交流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)組成了 B2015 龍門刨床的拖動(dòng)系統(tǒng)。IHF-55K 變頻器具有無速度傳感的控制模式或內(nèi)藏 PID 控制模式，構(gòu)成的速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可達(dá)到龍門刨床的機(jī)械電氣性能要求。
四、電氣控制部分的設(shè)計(jì)
龍門刨床電氣操作較復(fù)雜，本著不改變操作習(xí)慣的基礎(chǔ)，筆者選擇采用日本 OMRON 公司的 PLC 及常規(guī)電器件構(gòu)成電氣操作系統(tǒng)，龍門刨床的工作臺(tái)的自動(dòng)、手動(dòng)進(jìn)退、換向、點(diǎn)動(dòng)、垂直、左右刀架的動(dòng)作和橫梁升降及夾緊等電器控制，均由 PLC 軟件完成，軟件設(shè)計(jì)完全實(shí)現(xiàn)了各種操作與原操作保持一致。通過交流電動(dòng)機(jī)的測速機(jī)，還設(shè)計(jì)了工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度顯示功能。由于 PLC 具有豐富的軟件，有內(nèi)部計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器、輔助繼電器。利用它來設(shè)計(jì)龍門刨床的各種操作程序十分方便，大大減少了常規(guī)電氣件的用量，降低了整機(jī)的故障率，增加了運(yùn)行可靠性，電氣原理框圖如圖 1 所示.
圖 1 龍門刨床工作臺(tái)行程控制框圖
通過實(shí)踐證明，采用交流變頻拖動(dòng)系統(tǒng)和 PLC 可編程控制技術(shù)改造 B2015 龍門刨床直流機(jī)組 K-F-D 系統(tǒng)，不僅簡化了控制線路，縮小了控制裝置的體積，提高了系統(tǒng)工作的可靠性、通用性，而且還增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的功能，提高了B2015 龍門刨床自動(dòng)控制的控制效率。
來源：徐州技師學(xué)院電氣學(xué)院 作者：孟慶龍
