龙门刨床

龙门刨床（共7篇）

龙门刨床 篇1

一、存在的问题

苏州苏福马机械有限公司现使用的B1016A和B2020Q型6 m龙门刨床由济南第二机床厂20世纪80年代生产, 采用AG-G-M直流调速系统 (交磁放大机—直流发电机组—直流电机) , 主要用于框架类长形零件的粗精加工等。刨削加工过程中由工件与刨刀相对运动形成金属切削加工。工作台与工件必须频繁地进行往复运动 (主运动) , 切削加工只在工作台工进行程中进行, 返回行程只是空行程。在切削过程中刀架没有进给运动, 只有在返回行程中才有刀架的进给运动 (横梁、刀架运动称作辅助运动) 。6 m龙门刨床行程见图1, 其中0~t1———工作台前进起动阶段;t1~t2——刀具慢速切入阶段, 防止崩坏工件又可提高刀具使用寿命;t2~t3——加速至稳定工作速度;t3~t4———工作速度阶段;t4~t5——减速退出工件阶段;t5~t9———返回阶段, 快速返回以提高加工效率。

6 m龙门刨床服役日久, 电气系统运行很不稳定。直流发电机组和扩大机组耗电量较大, 进刀机构采用继电器控制进刀, 继电器经常出现粘连, 造成控制失灵。另外交磁扩大机的换向比一般直流发电机困难, 存在磁滞回环, 出现工作点不稳定、生产效率降低等问题。

二、改造方案

改用S-M直流调速系统 (由IGBT组成的全数字式双闭环直流调速系统) 。考虑到原有设备调速比达到20∶1以上, 静差度<10%, 工件加工时切削力恒定、平稳、冲击小, 刀具切入切出时自动减速及安全可靠等要求, 采用欧陆SSD590直流调速器 (以下简称SSD590) 。改造后的调速系统不仅具有交磁扩大机调速系统的优点, 而且可抵抗电网电压波动引起的电机转速变化。电流环和转速环双闭环系统可分别进行整定和调节, 不仅有较硬调速特性, 而且还有较大功率的启动特性, 可带大负载快速启动或较低速运行。为使SSD590更有效地控制电机, 设计时充分使用电流与速度反馈信号给一个相应的环, 电流反馈传感器是内置式的, 速度反馈由模拟测速发电机提供。直流电机的调速方法主要是励磁电压保持不变, 通过调节电枢电压控制电机转速。刨床电气控制系统以三菱FX2N-80MR型PLC为控制核心 (图2) , 重新设计、制作电控箱, 工作台PLC控制流程见图3。

预计方案实施后, S-M直流调速系统调速范围可达100∶1, 更换不同工作模式仍可使龙门刨床用于刨、铣削两用。工作台的速度不随切削量的变化而变化, 静差度<3%, 可提高加工精度。根据参数设定要求自动调速, 调速方便且数字化。接近理想速度运行曲线, 提高了加工质量与效率。

三、改造实施

工作台主运动采用1台国产Z4系列55 k W直流电机取代交磁扩大机组和直流发电机组, 外配1台ZYS-100A测速机, Z4直流电机可实现恒转矩控制, 并能达到低速切入的工作特性。经减速箱驱动后, 实现无级变速, 为保持减速箱位置不变, 重新制作Z4电机底座。工作台换向制动利用直流驱动自带的能量反馈装置, 制动速度快, 能量又反馈回电网。垂直刀架和左右侧刀架采用PLC控制, 使进刀量准确, 提高了加工精度。采用HED40A10/35L24G型油路压力开关替代LX2机械式触点开关, 清洗工作台面液压回路, 确保运行可靠。工作台组合行程开关选用LJM18A-10Z/NK型光电接近开关替代机械式行程开关, 位置可随意调节, 方便操作。

四、改造效果

1. 节能显著

使用DZFC-1电能综合分析测试仪、AWA5633P精密声级计和其他常用仪表测试改造前后刨床主要参数 (表1) , 设备测试状态为空载和轻载 (走刀量0.5 mm、切削深度3 mm、切削行程5 m、切削刀具尖头刀、1只切削刀架) 。方案实施前后单台6 m龙门刨床的实际耗电量分别为218.4 k W·h/8 h和134.4 k W·h/8 h。若按1年250个工作日、每日两班工作16 h、电费单价0.8元/k W·h计算, 单台设备1年可节省电费33 600元, 改造的两台6 m龙门刨床每年可节省电费6.72万元。

2. 其他

改造后刨床故障率明显降低, 机床低速性能得到明显改善。可满足“精刨代刮”的先进工艺, 在大负载情况下, 可实现0.5 m/min的超低速平稳运行, 加工零件的直线度和表面粗糙度指标部分达到了研磨的水平。装铣头后还能铣削加工。改造周期短, 对生产影响小。

摘要：利用三菱FX型PLC和欧陆SSD590直流调速器, 改造B1016A和B2020Q型6 m龙门刨床电气系统, 节能降耗, 提高刨床加工可靠性。

关键词：龙门刨床,电气系统,调速系统,改造

数控技术在龙门刨床的应用 篇2

1 刨床的基本结构

刨床通常由下列基本部分组成:支撑部件,用于安装和支承其他部件和工件,承受其重量和切削力,如床身和立柱等;变速机构,用于改变主运动的速度;进给机构,用于改变进给量;主轴箱,用于安装机床主轴;刀架;控制和操纵系统;润滑系统;冷却系统等。刨床的切削加工是由刀具与工件之间的相对运动来实现的,其运动可分为主运动、进给运动和辅助运动。主运动是从工件毛坯上剥离多余材料时起主要作用的运动,它是工件的直线运动;进给运动是刀具和工件待加工部分相向移动,使切削得以继续的运动,辅助运动主要包括横梁的上下移动及刀架沿横梁的左右移动,以及侧刀架在立柱上的上下往复运动等[1,2]。

2 数控控制的进给运动

2.1 数控系统的选用

传统的数控系统是一个软硬件专用、封闭的体系结构,而开发式数控系统基于PC机的软硬件平台,采用模块化、层次化结构设计。现在的机电设备基本上具有自动控制系统装置,且机械部件越来越少,内嵌软件功能模块越来越多,并随着计算机、微电子、信息、自动控制、精密检测及机械制造的高速发展,数控系统朝着功能上个性化,体系结构上开放化的趋势发展,对开放式有以下特征。

1)模块化:功能模块化和系统体系结构模块化即数控内部实现各功能的算法可分离和替代。

2)标准化:硬件和软件接口标准化。

3)平台无关性:控制器不依赖于特定的硬件和操作系统平台,实现跨平台移植。

4)二次开发:根据提供的接口标准,可增减硬件和软件功能。基于上述特征,为开发数控刨特有的功能创造了条件,因此刀架垂直和水平进给分别选用两套凯恩帝K100Ti-D系统。

2.2 数控伺服的选用

数控机床的伺服系统是指各坐标轴的进给伺服系统,必须保证数控装置发出的控制指令转化成符合速度要求的相应角位移或直线位移,带动运动部件在各坐标轴上联动或单独动。一般由驱动控制单元、驱动件、机械传动部件、执行件和检测反馈环节组成。是连接CNC和数控机床主体的关键部分,其性能关系到数控执行件的静态和动态特性、工作精度、负载能力、响应快慢等[3]。

数控机床的伺服系统从控制角度上分为开环控制、半闭环控制、全闭环控制3种。由于数控刨控制相对精度要求不高,因此选用半闭环控制,伺服电机自带反馈,伺服系统通过角位移测量元件测量伺服电机或滚珠丝杠轴端的转动间接到刀架托板的直线位移,然后反馈数控系统中与指令位置值比较,用差值实现控制。由于滚珠丝杠螺母副、导轨副在反馈环节外,其传动误差仍然影响工作台的位置精度,但可以在数控程序中调整反向间隙、丝杠螺距积累误差进行定位补偿。

根据加工特点,刀架垂直和水平进给数控伺服系统电机驱动滚珠丝杠实现半闭环控制,水平运动采用直线滚动导轨,垂直运动采用滑动导轨,电机分别选用10 N和15 N伺服电机。

2.3 硬件接口的重新定义

为实现零件的刨削加工,刨刀在后返前时应完成插补运动,当刨刀接近工件时插补就需停止,刨削开始一直到刨刀返回退出工件后,才可进行轮廓的下一次插补运动,如此循环直到完成整个工件的刨削加工。在此次应用中,刨床换向时数控轴才能进给设定的距离,数控系统要在接收到工作台换向信号后再执行程序,因此需要调整数控系统接口定义及系统内部PLC程序,接口修改具体见表1。

3 刨床工作台的数控应用

刨床工作台主要是往复运动,接近开关感应程序控制换向,不需要精准定位,出于性价比考虑主电机驱动选用90 k W大功率数字式开关磁阻无级调速电机。传动采用大螺旋角、少齿数、大变位系数齿轮齿条传动,重叠系数大,运行平稳、结构紧凑,易于维修。该工作台控制系统数控化突出表现在数字控制,可实现换向时根据床身重量调整减速时间,实现平稳换向,该驱动系统还具有启动电流小、转矩大、功率因素高等特点,特别适用于龙门刨床重载高速频繁往复运动的控制特点。工作台动作控制采用台达PLC,手动按钮与系统均可控制,数控系统主要控制工作台往复运动及其与进刀的配合,当工作台运动到后返前时,控制工作台的PLC会给系统发出信号,系统接收到信号后,执行轴进给,工作台控制输入接口见表2。

如果要实现刨床工作台的双向进给,可在刀架机构加装旋转机构,这样会大大提高生产效率。若使工作台速度和位置实现数字控制,并在工作台上增加数控回转轴,也可实现螺旋面等空间曲面的刨削加工[4]。

4 结论

数控龙门刨床定义为一种新型数控机床,该机床可自动完成平面、斜面、圆弧、摆线、渐开线等复杂曲面的加工,更适合加工长度大、表面复杂、沟槽种类较多的工件。该机床已生产制造调试成功,运行可靠,加工效率高,可保证工件位置公差,尺寸一致性好,用户反馈使用效果良好。

摘要：随着数控技术日新月异的发展,利用数控技术提升传统刨床的技术附加值,满足电子工业、航天等新型零部件加工的需求,提高生产效率是现代机械工业发展的必然趋势。设计数控龙门刨床正是迎合发展趋势,在传统刨床的基础上增加数控控制系统,实现了螺旋面等空间曲面的加工。

关键词：数控系统,数控伺服,龙门刨床

参考文献

[1]王爱玲.现代数控原理及控制系统[M].北京:国际工业出版社,2002.

[2]杜君文.数控技术[M].天津:天津大学出版社,2001.

[3]胡秋.数控机床伺服进给系统的设计[J].机床液压,2004(6):55-56.

龙门刨床工作台运动电气控制设计 篇3

将被加工件固定在工作台 (刨台) 上, 工作台频繁做直线往返运动。工作台正向运动带动被加工件正向运动, 与刨刀相对运动时进行切削, 正向行程完成后刨刀抬起, 工作台带动被加工件做返回运动, 返回行程结束后开始下一个循环动作。加工过程中工作台连续的往复运动被称为主运动。对应工作台的每一个循环, 刀架的垂直或水平方向的运动为进给移动。工作台的步进和步退;刀架的快速移动和抬刀;横梁的夹紧、放松和升降等为辅助运动, 辅助运动用于检修或调整机床及工件与刀具的相对位置。本文主要对龙门刨床工作台的电气控制部分进行设计。

1 工况对工作台的控制要求

转速的调节:刨台的刨削速率和高速返回的速率都必须能够十分方便地进行调节。点动功能:刨台必须能够点动, 称为“刨台步进”和“刨台步退”, 便于切削前的调整。连锁功能:a与横梁、刀架的连锁。刨台的往复运动和横梁的移动、刀架的运动之间, 必须有可靠的连锁。b与油泵电动机的连锁:一方面, 只有在油泵正常供油的情况下, 才允许进行刨台往复运动;另一方面, 如果在刨台往复运动过程中, 油泵电动机因发生故障而停机, 刨台将不允许在刨削中间停止运行, 必须等刨台返回至起始位置时再停止。

2 工作台的变频调速系统设计

2.1 工作台的变频调速系统示意图 (图1)

2.2 工作台变频调速系统控制电路 (图2)

对工作台变频调速系统的控制电路的说明如下:

2.2.1 变频器的通电:

当空气断路器合闸后, 由按钮SB1和SB2控制接触器KM1, 进而控制变频器的通电与断电, 并由指示灯HLM进行指示。

2.2.2 速度调节:

a.刨台得刨削速度和返回速度分别通过电位器RP1和RP2来调节。b.刨台步进和步退的转速由变频器预置的点动频率决定。

2.2.3 往复运动的启动:

通过按钮QX和HX来控制, 具体按哪个按钮, 根据刨台的初始位置来决定。

2.2.4 故障处理:

一旦变频器发生故障, 触点KF闭合, 一方面切断变频器的电源, 同时, 指示灯HLT亮, 进行报警。

2.2.5 油泵故障处理:

一旦油泵发生故障, 继电器SB8闭合, PLC将使刨台在往复周期结束之后, 停止刨台的继续运行。同时, 指示灯HLP亮, 进行报警。

2.2.6 停机处理:

正常情况下, 按ST2, 则刨台应在一个往复周期结束之后才切断变频器电源。如遇紧急情况, 则按SB6, 使整台刨床停止运动。

结束语

随着工业电气自动化日新月异的不断发展, 龙门刨床控制和使用得当, 不仅能提高效率, 节约成本, 还可大大延长使用寿命, 使龙门刨床能够优化运行。龙门刨床主要分为机械和电气控制两大组成部分, 机械部分相对比较稳定, 结构较简单, 优化运行主要取决于电气控制系统控制方式。本文通过对龙门刨床工作台电气控制部分进行了变频调速系统设计, 克服了传统龙门刨床的缺点, 减少了故障率、增加了工作台运动的稳定性, 提高了整台机床的加工精度和工作效率。

参考文献

[1]张晓娟.工厂电气控制设备[M].北京:电子工业出版社, 2007.

应用变频调速技术改造龙门刨床 篇4

1 龙门刨床简介

1.1 龙门刨床主要结构

龙门刨床结构如图1所示。

1.2 龙门刨床主要运动形式

1.2.1 主运动:

加工过程中工作台连续的往复运动。每一个工作循环包含工作行程和返回行程, 前进时为工作行程, 此时带动工作台的电机有负载, 对工件进行切削;后退时为返回行程, 电机为空载。

1.2.2 进给运动:

对应工作台的每一个循环, 刀架的垂直或水平方向的进给移动。进给运动是发生在工作台由后退行程变为前进行程之初, 并要求在前进切削前结束。

1.2.3 辅助运动:

包括工作台的步进和步退;刀架的快速移动和抬刀;横梁的夹紧、放松和升降等。辅助运动用于检修或调整机床及工件与刀具的相对位置。

2 变频调速原理

变频调速原理:三相异步电动机转子转速为:

式中n为电动机转速;n0为电动机定子旋转磁场转速;s为转差率 (转子转速落后旋转磁场转速的比率) ;f为定子电源频率;p为定子磁极对数。由公式 (1) 可知:三相异步电动机转子转速由定子电源频率、磁极对数及转差率决定。要想改变电动机的转速只要改变定子电源频率、磁极对数及转差率即可达到调速的目的。

3 刨台变频调速系统控制电路设计

刨台变频调速系统控制电路如图2所示。

对刨台变频调速系统的控制电路的说明如下:

3.1 变频器的通电:

当空气断路器合闸后, 由按钮SB1和SB2控制接触器KM1, 进而控制变频器的通电与断电, 并由指示灯HLM进行指示。

3.2 速度调节:

a.刨台得刨削速度和返回速度分别通过电位器RP1和RP2来调节。b.刨台步进和步退的转速由变频器预置的点动频率决定。

3.3 往复运动的启动:

通过按钮QX和HX来控制, 具体按哪个按钮, 根据刨台的初始位置来决定。

3.4 故障处理:

一旦变频器发生故障, 触点KF闭合, 一方面切断变频器的电源, 同时, 指示灯HLT亮, 进行报警。

3.5 油泵故障处理:

一旦油泵发生故障, 继电器SB8闭合, PLC将使刨台在往复周期结束之后, 停止刨台的继续运行。同时, 指示灯HLP亮, 进行报警。

3.6 停机处理:

正常情况下, 按ST2, 则刨台应在一个往复周期结束之后才切断变频器电源。如遇紧急情况, 则按SB6, 使整台刨床停止运动。

结束语

从电气传动的观点看:调速可分为交流调速和直流调速两大类。直流调速与交流调速比较:直流电动机有机械换向器, 除励磁外, 全部输入功率从换向器流入电枢, 电动机效率低, 转子散热条件差, 冷却费用高, 而且其向高电压、高转速、大容量发展困难。交流电动机则具有容量大, 速度高, 惯性小, 维修方便, 可在恶劣环境中运行等优点。交流调速比直流调速成本要低得多, 调速性能也好得多。该拖动系统采用变频调速方式, 不仅可以获得很好的调速性能, 还能简化系统结构及控制电路。

参考文献

[1]张晓娟.工厂电气控制设备[M].北京:电子工业出版社, 2007.

龙门刨床 篇5

B2016A型龙门刨床工作台传动系统原采用晶闸管—直流电动机模拟调速系统(襄樊电气传动设备公司KBS直流调速装置)，工作台直流电动机功率60KW，其调速系统方框图如图一所示。

在多年使用中发现存在以下问题：(1)ST、LT的PID参数与电动机的时间常数Tm和电磁时间常数TL有关，常规情况下不易获得Tm、TL的准确值，系统性能受影响;(2)ST、LT的PLC参数由电阻及电容构成，当电阻及电容参数发生变化时，系统静态及动态性能恶化;(3)众多功能单元间连线多，可靠性不理想;(4)设备老化，故障率高，运行维护难度大，设备停台时间不断上升，影响生产。因此，该设备调速系统急待改进。

1 传动系统比较及改造方案的确定

可控硅直流调速系统控制的发展经历了分立元件和集成运放两代模拟控制电路，最终由PLC数字程控所代替。前两种在实践应用时，普遍存在设计问题和动、静态响应影响以及电子元件动态参数变化、给定与反馈作用误差产生的稳态误差等问题，从而使得系统产生振荡、超调和起车惯性大等危害。随着计算机控制技术的迅速发展，以微处理器为核心的可编程序控制器(PLC)已逐步替代继电器控制，在自动化控制领域得到普遍应用。对直流调速系统改造，如果保留直流电机，调速系统可用数字式可控硅直流调速系统。这种方案的优点就是利用原有的直流电机，经济上比较省，但缺点是直流电机较交流异步鼠笼电机的维护工作量大，直流电机整流子磨损严重，维修花费多。另一种方案采用交流调速系统，将主传动直流电机换为交流异步鼠笼电机，调速控制系统使用矢量变频器。这种方案的缺点是除需要矢量变频器外，还需将直流电机换为交流电机，改造的费用高。

由于该机床主要电机前期已保养处理，从实际生产工艺要求、改造资金综合考虑，系统采用数字直流调速和可编程控制器PLC，构成了一个全数字化控制系统。该系统以西门子公司的直流调速器6RA70为主要调速控制器件，主拖动直流电机采用反电动势反馈的控制方法，根据主电机实际转速自动调节电枢电压和电流，平滑改变电动机转速。刨床各运动部件采用PLC逻辑控制，根据工艺要求可实现各部分单独运动及联动。以可编程控制器检测速度过零为换向条件，实现了工作台的无冲击换向。以精密电位计为速度给定元件，可手动实时精确地调节主电机转速，从根本上克服了龙门刨床换向冲击大、工作效率不高、耗电量大等一系列缺点。

2 系统主要元件

2.1 可编程控制器

三菱FX2N-80MR型编程控制器是FX系列中功能最强、速度最高的微型PLC。它的基本指令执行时间高达0.08us每条指令，内置的用户存储器为8K步，同时它具有编程方法简单易学、可靠性高、抗干扰能力强、维修方便、体积小、能耗低等优点。可编程控制器使用220V交流电流，内置DC24V电源可作输入回路的电源和传感器的电源。输入、输出各40点，用它实现了龙门刨床复杂的控制功能。

2.2 全数字直流调速系统

通过对龙门刨床工作台拖动电机参数进行分析，决定选用SIMOREG DC MASTER6RA7081-6D V62整流器。其结构紧凑，节省空间。由于各个部件容易接近，紧凑式设计使其容易保养与维护。电子板箱包含基本电子板和附加板，端子扩展板CUD2(选件K00)被安装在主电子板(CUD1)上，不需要其它附件，具有输入/输出口的扩展功能。整流器输入三相交流380V电源，通过三相全控变交流为直流用于电枢和励磁供电，额定输出电枢电流400A，电压420V，额定励磁电流15A，电压325V。所有的开环和闭环驱动控制及通讯功能由两台功能强大的微处理器实现，控制精度对于模拟给定下可保证在电机额定转速0.1%之内。闭环控制功能可通过参数设置，由软件程序模块实现。装置配备简易操作面板PMU,由一个5位、7段显示,作为状态显示三个LED和三个参数化键组成，具有RS232或RS485标准同USS接口的连接器X300，供整流器所需进行的调整和设定及测量值的显示。系统以数字显示输出主电机实时转速和电枢电流值，显示准确、直观。对直流调速器进行了参数自动优化设置，可根据速度调节过程的偏差自动调节内部控制参数，使其运行在最佳状态，保证主电机转速波动小，工作台运行平稳，内置散热风机无需另置。

3 龙门刨床工作台传动

龙门刨床是一种广泛使用的切削加工机床，其电力拖动自动控制主要包括：工作台的前、后往复运动;横梁的升、降运动及夹紧、放松控制;刀架的快速移动和自动进给运动及抬刀和落刀控制。在上述三大运动中，尤以工作台的前、后往复运动要求最高，它要求调速范围宽、换向频繁、动态及静态性能优良。龙门刨床工艺要求工作台前、后往复的速度图如图二所示。

刨台运动分为前进调节，刨台慢进、后退调节，刨台慢退。刨台运动必须在启动条件具备时才能进行，机床润滑，电动风机、装置风机启动及装置无故障，电机投入激磁，横梁升降必须不在要运动的方向极限位置情况下，这样可以有效保护设备，避免设备损坏。

4 工作台传动原理框图及外围连接

KA1、KA2为刨台进退控制继电器，W1、W2刨台速度给定电位器;KA3为启动控制继电器，启动条件具备时KA3闭合;当整流装置准备就绪，无故障，并已投入激磁时KA闭合;KA5、KA6继电器控制刨台慢进和慢退;KA7、KA8继电器控制前进点动和后退点动，KA1-KA8由PLC输出的控制。刨台可向前和向后两方向运动，运动速度由电位器W1、W2设定(工作台部分相关PLC输入输出接线图如图四所示)。

6RA70外部信号连接的开关量输入/输出,模拟量输入/输出,脉冲发生器等,通过插接端子排实现。主电路由交流阻容吸收、传动装置、平波电抗器、直流快开组成。交流进线侧装有阻容吸收电路,用于吸收变压器合闸对传动装置的冲击,6RA70的电枢电源1U1、1V1、1W1接380VAC,电子板电源5U1、5V1接380VAC,励磁电源接3U1、3V1380VAC。直流侧安装直流快开,用于完成直流侧的保护。1C1、1D1输出工作台直流电机电枢电源,3C1、3D1输出工作台直流电机励磁电源。

5 送电前检查装置和电机

辅助电源系统送电检查，接地线和辅助电源零线检查，电机绝缘检查，电机电枢绕组和励磁绕组对地绝缘和电阻检查，检查装置风机和柜顶风机电源和转向，检查电机风机电源和转向装置电源及控制电源。

6 系统模拟调试

包括硬件、软件、模拟调试和现场运行。模拟调试是检查硬件和软件的整体性能，为现场运行做准备。在进行系统调试时要遵守：先进行单机调试，再进行联机调试;先空载试验，再带载调试。调试过程中，许多故障是由于直流调速装置和PLC的参数设置不当造成的，因此，正确设置参数是保证系统正常运行的前提。

在运行状态下，过载电流为装置铭牌上所标注的额定直流电流(最大允许的持续直流电流)的1.5倍。最大过载持续时间不仅与过载电流的时间曲线有关，而且还与装置上一次过载情况有关。

当参数设置正确后，电机可以恒磁启动，检查装置风机及电机风机。

7 系统现场运行

当启动条件具备时，按下相应的刨台进、退按钮，调速装置即解除封锁，输出相应电压，电机运转带动刨台运动，刨台减速及返回信号由限位开关控制，并将信号送给PLC。慢进和慢退速度由整流装置参数设定。PLC输出控制正反方向给定及慢进、慢退信号给调速装置。控制电压输出大小及方向，实现刨台自动控制。刨台同时有点动向前、向后功能，点动速度由6RA70调速装置参数设定，操作在按钮站完成，易于操作，灵活方便。当刨台撞块到达后退位时刀架抬刀，抬刀由PLC控制抬刀电磁铁完成(工作台部分相关PLC梯形图如图五所示)。

8 运行效果

设备经安装调试后，现已投入正常运行，与原系统相比具有显著优点。一年多的实际生产运行显示，本系统硬件结构简单，维护方便，操作灵活，直观性好，控制安全可靠，运行平稳，调速精度高，电流冲击小，故障率低，极大地提高了生产效率，降低了运行维护成本。

本次改造运用6RA70全数字直流调整装置替代原晶闸管—直流电动机模拟调速系统，与PLC控制系统应用于刨床控制。经现场调试及运行表明，此方法是控制直流电机的较为可靠、方便且经济的方法，系统设计具有普遍性，具有良好的经济效果，可为同类机床改造所借鉴，有利于提高了生产自动化水平，具有广阔的应用前景。

摘要：本文阐述了运用西门子6RA70全数字直流调速系统和三菱FX2N-80MR型PLC对龙门刨床工作台电气传动系统进行改造,对6RA70全数字直流调速系统的调试运行作详细介绍。

关键词：全数字直流调速系统,龙门刨床工作台传动,直流电机

参考文献

[1]西门子6RA70整流器操作手册[M].西门子公司,2006.

[2]B2016A龙门刨床电气原理图[M].襄樊电气传动设备公司,1990.

[3]杨开明.PLC改造龙门刨床控制系统的应用研究与实现[M].成都:电子科技大学出版社,2009.

[4]刘东.龙门刨床变频调速系统的研制[J].洛阳工学院学报,2000.

用可编程控制器对龙门刨床的改造 篇6

某厂A1024A单臂四米龙门刨床, 其电气系统由主拖动和控制系统两部分组成。电气主拖动系统是JF-D直流调速系统, 电控部分采用继电逻辑控制系统。因已运行了三十多年, 电气系统存在着严重的老化现象, 设备精度降低, 调速性差, 故障率高且继电逻辑控制系统线路复杂, 查找故障必须按照一定的步骤和顺序进行, 设备发生故障的次数和处理故障的时间也越来越长。

因此, 采用PLC对A1024A龙门刨床进行数控改造, 提高其加工精度, 延长其工作寿命, 并满足客户对产品技术性能指标的要求, 不失为一种投入少, 见效快的解决办法。

1 数控改造方案

1.1 龙门刨床的工艺流程对控制系统的要求

1.1.1 调速范围

JF-D调速系统的速度范围为100～1 000 rpm/min, 即调速范围为10∶1;有磨削功能的JF-D调速系统的速度范围为25～1 000 rpm/min, 即调速范围为40∶1。

1.1.2 静差度

一般要求S=0.1～0.05, 即S=10%～5%。

1.1.3 工作台的自动循环往返运动

刨削加工时, 工作台应能自动往复运动。

1.2 龙门刨床电气控制系统的硬件设计

1.2.1 系统的总体结构

目前改造龙门刨床的主拖动部分一般采用全数字直流调速系统或交流变频调速系统, 控制部分使用PLC。全数字直流调速系统选用国外的成套设备, 设备的运行参数用英文显示, 设备操作及维护人员要消化和掌握系统的性能, 需花费较长的时间和具备一定的技术水平。

而变频调速系统经过多年的推广和使用, 各项性能和技术指标不断趋于完善和成熟, 节能效果显著。并且由于变频调速系统的各种运行状况和故障情况都可以通过监示器显示, 因此, 根据当前电气技术的发展趋势和龙门刨床的实际状况, 提出图1所示的电气技术改造原理框图。

改造方案中, 保留了原来的操作按钮, 这样可以适应原操作人员的操作习惯, 设备的大部分操作都可通过按钮完成。操作指令传送给PLC控制系统, PLC对这些指令进行处理后控制相应的设备。PLC将设备的运行状态信号传送给按钮, 按钮用指示灯显示相应的信息。

监示器选用触摸屏, 可以形象直观地显示整个电气系统的各种运行状态和设备可能发生的电气故障。操作人员和电气维护人员, 查看触摸屏画面就可以了解整个设备运行状况和故障发生的位置。

PLC用于实现开关量逻辑控制和控制变频电机转速的方向和大小。按钮站的按钮、外部行程开关和操作手柄通过PLC, 控制油泵、风机、横梁升降、横梁夹紧、垂直刀架、右侧刀架、左侧刀架的电动机, 以及后退行程抬刀电磁铁线圈。

1.2.2 电力拖动系统主回路设计

电气改造时主回路基本不变, 只是将主拖动的直流电动机换为交流变频电机。空气开关1ZK, 4ZK, 5ZK一般处于闭合状态, 设备运行时合上总空气开关ZK, 非工作时断开。主回路电路如图2所示。

1.3 PLC基本单元选型与PLC的外部接线图

1.3.1 PLC基本单元选型

根据所需的PLC的输入/输出点数, 并留有一定的余地, 选择三菱公司生产的FX2N-80MR-001的PLC。它的基本指令执行时间每条0.08 μs, 存储器容量可扩展到16K步, 最大可扩展到256个I/O点, 有多种摸拟量输入/输出模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、位置控制模块、RS 232/RS 422, RS 485串行通信模块、功能扩展板和模拟电位器扩展板等, 可完全满足设计需要。

1.3.2 PLC的外部接线图

图3是PLC的外部接线图。输入部分可以分为外部工作环境、工作台运行、刀架控制和横梁运行四部分。输出点分为信号显示、交流接触器线圈控制和变频器控制三部分。

1.4 电机选型

龙门刨床原直流调速系统的直流电机型号为BCD-93, 通过对比, 选用55 kW的8极变频电动机, 其额定转矩为700.7 N·m。55 kW的8极变频电动机的转矩比原来的直流电动机大, 能够满足系统调速范围的要求。

1.5 变频器选型

通过对各主要生产厂家的产品的性能价格比分析, 选用日本安川公司的变频器。为减少改造成本, 选用安川的CIMR-F7A4055变频器, 它的带PG V/f控制方式的调速范围为1∶40, 速度控制精度可达±0.03%, 可以满足系统的调速要求。

2 软件设计

2.1 工作台控制程序设计

龙门刨床工作台的工作分为点动和自动循环两种方式。点动包括步进 (点动前进) 和步退 (点动后退) , 目的是调整工作台到达合适位置, 以便摆放加工工件。工作台的自动循环往返运动是对工件进行加工的过程。工作台自动循环往返过程由装在床身的六只行程开关 (接近开关) 控制。

在工作台自动循环往返过程的开始阶段, 要求工作台处于前进减速行程开关X4和后退减速行程开关X5之间, 如果工作台没有在这个区间, 应在步进或步退方式下, 按点动按钮, 将工作台调整到该范围之内。将油泵转换开关置于“接通”位置, 若风机和油泵动作, 则工作台自动运行的外部条件符合要求。工作台自动运行的顺序功能图如图4所示。

2.2 故障诊断程序设计

在龙门刨床运行过程中, 经常会出现各种各样的故障, 查找老式的继电器逻辑控制系统的故障非常困难。龙门刨床采用PLC控制后, 利用PLC和触摸屏强大的信息处理功能和信息显示功能, 在出现故障时, 通过触摸屏及时通知操作人员, 可以指导检修人员准确地处理故障。

2.2.1 工作台自动运行故障诊断程序设计

工作台的自动运行过程与前进/后退换向行程开关和前进/后退减速行程开关的状态变化密切相关, 如果这4个行程开关出了问题, 工作台不能正确地实现步M20～M28描述的自动循环过程。

2.2.2 外部设备故障诊断程序设计

外部设备包括风机、油泵和变频器, 有外部设备故障时, 用起保停电路保持, 信号用触摸屏显示。

3 人机界面设计

3.1 触摸屏选用

通过综合考虑后选用WEINVIEW生产的MT-510T型8线精密电阻网络型工业触摸屏, 它是10.4"彩色TFT液晶触摸屏, 640×480点像素, 有2 MB FLASH ROM和4 MB DRAM。通信口COM1有一个用于PC的RS 232口和一个用于PLC的RS 485/422口, COM2是用于PLC的RS 232口。它还有一个标准的并行打印机接口。

3.2 主画面的设计

主画面形象直观地显示龙门刨床工作台的往复运动状态、抬刀动作和与工作台有关的限位开关的通断状态。用指示灯显示工作台的各种状态, 例如前进、后退、慢速切入、前进减速和后退减速, 以及工作台步进和步退。还用指示灯显示油泵风机、变频器的状态, 以及进刀、退刀和故障信号等。画面转换关系和主画面如图5和图6所示。

4 改造效果

对龙门刨床的电气控制系统进行了总体设计。主拖动采用调速范围宽、节能效果显著的变频器, 用PLC实现开关量逻辑控制和变频电动机的转速控制。控制系统用触摸屏作人机界面, 触摸屏用各种画面来显示龙门刨床的运行状态和故障信息。实践证明, 改造好的龙门刨铣床大大提高了机床的性能和加工能力, 有效地提高了工件的加工精度, 产生了显著的经济效益和社会效益。

摘要：利用PLC改造老式龙门刨床用的电控部分。根据龙门刨床工艺对控制系统的要求, 对电气控制系统进行重新设计。主拖动采用调速范围宽、节能效果显著的变频器, 用PLC实现开关量逻辑控制和变频电动机的转速控制。控制系统选用触摸屏作人机界面, 实时显示龙门刨床的运行状态和故障信息。给出了电力拖动系统的主回路电路图、PLC的外部接线图。改造后的龙门刨铣床大大提高了机床的性能和加工精度, 达到了预期效果。

关键词：PLC,刨床,控制系统,控制精度

参考文献

[1]廖常初.PLC基础及应用[M].北京:机械工业出版社, 2003.

[2]张国兵.基于PLC和变频器的龙门刨床改造[J].工业控制计算机, 2003, 16 (12) :59-61.

[3]马红旗.触摸屏在PLC中的应用[J].机电一体化, 2003 (4) :36-37.

[4]宋健, 袁驰.B2012A型龙门刨床拖动系统的改造[J].潍坊高等专科学校学报, 2001 (3) :78-79.

[5]许明新.变频技术及PLC在龙门刨床中的应用[J].机车车辆工艺, 2001 (4) :22-24.

[6]程彪, 袁佑新, 彭祥敏, 等.基于PLC控制的龙门刨控制系统[J].武汉理工大学学报, 2001, 23 (10) :46-49.

[7]刘东.龙门刨床变频调速系统的研制[J].洛阳工学院学报, 2000, 21 (3) :17-19.

[8]安川电机.安川Varispeed F7系列使用说明书[Z].2003.

[9]深圳人机电子有限公司.EasyBuilder500软件使用手册[Z].2002.

龙门刨床 篇7

1 优化龙门刨床刨削性能而重

龙门刨床主在拖动过程中对电气的驱动有着特殊的要求, 它的特点就是小精度差、快速平稳过渡、宽调速范围、大力矩低速切削等指标。根据操作情况我们设计了如下图所示的拖动调速系统的负荷性质:图中n1为切削速度, Nm为最大切削力矩, Pm为最大切削功率, n2为最大转矩时的最高速度, 在n2-n3范围内进行横功率调速, 而在n1-n2范围内进行恒转矩调速。

基于以上分析, 我们设计了以下4种改造方案, 实施利用交流变频器调速、KBS-Ⅲ型晶闸管调速柜、数字直流调速器加PLC和数字直流调速器进行了试验。实验表明, 4种方案节能效果都比较明显, 不过也存在一些细微上的差异。如利用交流变频器调速方案要把直流电动机换成交流电动机不经济;KBS-Ⅲ型晶闸管调速柜方案属于早期产品, 体积大, 调速控制复杂, 分立元件多, 现已不宜推广;数字直流调速器方案调速系统改造升级, 但是电控部分未改造, 所以故障率还未降低;所以还是数字直流调速器加PLC的方案改造龙门刨床效果最好。

原刨床属于继电器组成的控制系统, 所以元件数量比较多, 出现故障的概率也就很高, 对于这种情况, 我们在电路图的设计上选用PLC作为核心, 用PLC直接控制调速装置, 从而取得稳定性和可靠性的保障。至于机床电器的其他一些部件比如液压泵、风机、进刀、抬刀、横梁加紧、横梁升降及信号灯指示都是利用PLC来控制的, 这样一来外围线路就会大大减少, 重新设计出来的线路就会变得简单而清晰, 接触器、继电器都是按照“模块”化的方式进行组合, 数量一步到位直接减少为14个, 值得一起的是除PLC及调速器之外, 所有的部件都是国内产品。

2 改造横梁刨铣两用

进过我们改造过的机床主要具有低速转矩的恒定输出、无极变速、以及操作方便等特点, 同时还大大提高了加工的效率, 并且初次将出现故障的概率降低到80%, 平均能够节电30%, 这就完全改善了以往的工作环境。在进行试验的一年多的时间里, 所有的操作者都反映比较良好。不过随着分厂生产任务的逐渐增加, 因为该机床只由单一的刨削而缺少铣削功能, 所以还是大大制约了企业生产效率。

基于此, 实验人员同技术部的机械技术人员共同对该刨床的横梁进行了实地考察, 同时还参照了济南第二机床厂龙门刨床的铣头结构, 结合我们单位的龙门刨床的横梁结构, 绘制出了机械零件的结构图, 然后才进行了关于变速箱零件的安装和加工。在变速箱的设计完成之后我们再将其与外购的铣头进行了配套调试, 实行机械二挡, 共分6种速度的变速 (80r/min~610r/min) 。

具体的操作是:选择铣头时, 首先要确保能够满足我们的加工要求, 在操作上要简单方便, 在运行中要安全可靠, 外观上要经济客观, 同时还特别要考虑到横梁的刚性, 如果横梁承载能力较小而铣头较重, 就极易出现铣头发抖, 这样就能影响到工件的表面粗糙度和加工精度。经过与龙门铣床的相比, 我们发现B2016A的横梁截面选择要尽量小, 不能选择一些大而重的铣头。在垂直刀架的位置要配置一款性价比比较高的龙门铣床专用的铣头, 其重量仅150kg, 而且还是手柄调速, 主轴得电动机只有7.5kW, 这样就完全满足了所有铣削加工的要求。最大可安装加工直径300mm的铣刀盘, 7:24的标准锥孔锥度, 套筒行程为140mm, 这些都具有可更换性。在安装的时候, 因为刀架溜板要比铣头的安装面小很多, 所以在工作台与整块调整铣头的垂直度, 当联接上紧以后, 垂直度的误差不能大于0.01/300mm, 那么工作台的全宽误差也就不会大于0.05mm, 用定位销定位, 这样就能满足所有的加工精度要求。

注:1.减速器伸出轴, 2.减速机, 3、10.支架, 4.联接套, 5.下光杆, 6.上光杆, 7、9.横梁, 8.变频电动机

在改造的整个过程中, 为了完全满足所有工件角度的旋转要求 (通常情况下铣头的可扳动为45°左右) , 我们的方法就是, 在过渡板上先镗一个孔, 然后用原溜板上法兰台阶的定位旋转, 在过渡板及溜板上部安装一套蜗杆配扇形蜗轮的传动机构, 过渡板上有角度刻度线, 并在30°或45°的角度位置钻定位孔。角度调整的时候, 先要松开铣头固定螺钉, 然后将拔插式的锥形定位销从0°定位孔中拔出, 扳动铣头到刻度指示的角度, 插入到该角度定位孔并锁紧就算完工。至于立铣头的横铣功能改造如图2所示。当控制右端的传动机构要与左溜板的下光杠横梁脱开时, 就要手柄固定, 便于减速机输入轴的伸出, 用于手动调整。2.2kW变频电动机50Hz时的转速为1 000r/min, 通过1:30的蜗轮减速机减速后, 下光杠转速1 000/30=33 (r/min) , 丝杆导程8×2=16 (mm) , 则横铣最快移动速度为33 x16=533 (mm/min) , 变频电动机变速调节范围1:20, 那么, 横铣可调速度为27 533m/min, 从而满足了横向铣削速度要求。

经过实际铣削测试, 直流调速改造后的效果良好, 比原来的生产效率提高了20%, 受到操作者和厂领导的一致好评, 取得了很好的社会效益和经济效益。

参考文献

[1]机械设计手册编委会.机械设计手册 (新版) 第4卷[M].北京:机械工业出版社, 2004.