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B2015 龍門刨（páo）床控製係統的（de）技術改造（zào）

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 係統（tǒng）），控製部分采用常規繼電接觸電器方（fāng）式。本文介紹采用交流變頻調（diào）速係統和 PLC 可編程控製技（jì）術，改造 B2015 龍門刨床（chuáng）技術，通過驗證取得了滿意的效果。

關鍵詞：繼電（diàn）接觸電器；變頻調（diào）速；PLC 控製（zhì）

一、龍（lóng）門刨床對（duì）電力拖動及控製的要求

龍門（mén）刨床是頻繁往複運動的生產機械，前進（jìn）為切削行程。後退行程是不作切削的（de），隻是讓工作台駛回準備作第二次切削，且高於前進行程速度。為了（le）加工不同（tóng）的金屬材料和滿足不同加工工藝，要求（qiú）工作台有（yǒu）較寬的（de）調速範圍和較硬的機械特（tè）性。從工（gōng）作台的運行過程可以看出，前進與後退的變換（huàn）過程中，各段速（sù）度（dù）變化不同。由於工件（jiàn）長度不一，要求工作台（tái）的行程也不同，數（shù）據需要現（xiàn）場調整。工作台的前進、後退、點動、設定加工速度和後退速度均能自由操作（zuò），按鈕盒的各種鍵功能不變。

二、工作台傳（chuán）動及功率

龍門刨床工作台主（zhǔ）傳動機械由兩級斜齒圓柱齒輪減速箱（總減速比為 9），經較（jiào）長傳動軸傳到 45°斜（xié）齒輪（lún）齧合齒條帶動工作台。在整個功率的傳輸過程，要考慮到（dào）機械空載功率、摩擦功率和切削功率（lǜ）等因素。即（jí） P 主 =P 切 +P 摩 +P 空；P 主：主拖動電動機的（de）功（gōng）率；P 切（qiē）：加工切削功率；P 摩：機械運行的摩擦功率；P 空：機械的（de）空（kōng）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（lǜ）。

三、龍門刨床電力拖動係統的設計

選擇最（zuì）佳設計方案要考慮諸多（duō）因素，上述分析 B2015 龍門刨（páo）床的拖動電機受（shòu）切削力、靜動摩擦力等影響，同時與運行（háng）速度也有關係，其工作台的負載性質是恒功率性質，即在不同切削速度 Vz 時切削功（gōng）率 Pz 近似不變。事實上，由於機床機械（xiè）剛度是有限的，龍門刨床應有一個最大切削（xuē）力（lì） 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（sù）度 Vx，稱為（wéi）計算速度（dù） Vx，而最大切削力（最大牽引力）可（kě）在 B2015 手冊查到。顯然，龍（lóng）門刨床需要的切（qiē）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（dù）；K1：功率變化係數；K2：允許過負載係數；N：機（jī）械效率。選擇交流電機時還應（yīng）考慮恒轉矩調速用於恒功率調速和交（jiāo）流電動（dòng）機（jī）的（de）特性，電動機功率就應擴大若幹倍（bèi），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（zé） 45 k W 交流電（diàn）動機作為主拖動電機（jī）還有較多的富（fù）裕量，考

慮到工作台的低速延伸，還可考慮（lǜ） 37 KW（600 rpm）交流電動機方案。鑒於上述分析 , 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（diàn）動機組成了 B2015 龍門（mén）刨床的拖動係（xì）統。IHF-55K 變頻器具有無速（sù）度傳感的控製模式或內藏 PID 控製模式（shì），構成（chéng）的（de）速度閉環調速係（xì）統可達到龍門刨床的機械電氣性能要（yào）求。

四、電氣（qì）控製部分的設計

龍門（mén）刨床電氣操作較複雜，本著不改（gǎi）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（diàn）器件構（gòu）成電氣（qì）操作係統，龍門刨床的工作台的（de）自動、手動進退、換向、點動、垂直、左右刀架（jià）的動作和橫梁升降及夾緊等電器控製，均由 PLC 軟件完成，軟件設計（jì）完全實現了各種（zhǒng）操作與原（yuán）操作保（bǎo）持一致。通過交流電動機的測速機，還設（shè）計了工作台運動速度顯示功能。由於 PLC 具有豐（fēng）富的軟件，有內部計（jì）數器、計時器、輔助繼電器。利用它來設計龍門（mén）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（diàn）氣原理框（kuàng）圖如圖 1 所示.

圖 1　龍門刨床（chuáng）工作台行程（chéng）控製框（kuàng）圖（tú）

通過實（shí）踐證明，采（cǎi）用交（jiāo）流變頻拖動係統和 PLC 可編程控製技（jì）術改造 B2015 龍門刨床直流（liú）機組 K-F-D 係統，不僅簡化（huà）了控製線路，縮小（xiǎo）了控製裝置的體積，提高了係統工作的可靠性、通用性，而且還（hái）增強了控製係（xì）統的功能，提高了（le）B2015 龍門刨床自動控製的控製效率。

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