龍門刨床的自動化改造

一 引言
長沙某機床廠的B2016A型龍門刨床被用于加工車床導軌。該設備使用日久，出現了精度降低，調速性差，生產效率低等問題，故急需對其進行改造。考慮到原有設備與加工要求調速比達到40：1以上，可用于刨、銑削，靜差度小于10%，切削力恒定、平穩、沖擊小，刀具切入切出時自動減速，功耗低，安全可靠、易于維護等要求。我們決定采用變頻器結合PLC的改造方法。

二 原刨床的基本情況

2.1基本結構
龍門刨床包括，床身、工作臺、橫梁、左右垂直刀架、左右側刀架、進給箱、立柱、龍門頂等
2.2工作過程
龍門刨的刨削過程是工件與刨刀相對運動。因此工作臺與工件必須頻繁地進行往復運動，切削加工只在工作行程中，返回行程只是空轉。在切削過程中沒有進給運動，只有在返回行程中才有刀架的進給運動。其中，工作臺與工件間的往復運動稱為主運動，橫梁、刀架的運動稱作輔助運動。
2.3運動特點
主運動的速度圖 如圖1所示

其中0-t1工作臺前進起動階段
t1-t2刀具慢速切入階段
t2-t3加速至穩定工作速度
t3-t4工作速度階段
t4-t5減速退出工件階段
t5-t9返回階段
慢速切入切出，即防止崩壞工件又可以提高刀具使用壽命。高速切削、返回以提高加工效率。
2.4傳動系統
國產A系列龍門刨采用G-M（發電機組電動機）調速系統交流電機拖動直流發電機再拖動直流電動機，由交磁放大機控制發電機的勵磁系統，結合機械傳動，達到20:1的機電聯合調速系統。進刀機構采用進刀繼電器控制進刀，而繼電器鐵心和圓盤齒因頻繁運動而磨損，使精度下降。

三 變頻調速

3.1變頻的優越性
調速范圍寬達40:1更換不同的工作組件就可使刨床用于刨、銑、磨 一機三用。為提高加工精度，工作臺的速度不隨切削量的變化而變化，靜差度小于3%，自動調速，達到速度曲線的要求提高加工質量與效率。
3.2設備組成
工作臺的主運動只需一臺45KW的異步電機經變頻拖動，實現無級變速。工作臺換向制動利用變頻器自帶的能量反饋裝置，使制動速度快，能量又反饋到電網中。垂直刀架和左右測刀架采用步進電機控制，使進刀量準確，提高加工精度。另增加一個11KW的變頻器控制的銑刀頭，作為附加組件。
3.3組成框圖
系統以PLC為控制核心，組成如圖所示

四 PLC控制

控制部分采用PLC可編程控制器控制，其功能強、速度快、接點數少、可靠性高，并可通過CNC接口接入CIMS系統。
4.1控件選配
變頻器采用三菱的FR-A540型通用變頻器，具有矢量控制，自動保護，反饋制動等功能，PLC采用三菱FX2N，具有25點輸入，16點輸出。
4.2控制電路
變頻器的設置，將變頻器設置為外部控制狀態，實現遠程控制，由A0，A1按編碼組合為四種運行速度，以A2為點動控制。A3反轉控制A4為停車。GM為光電編碼器反饋輸入信號。PLC的X0—X25為操作和工藝控制的輸入信號端，輸出端，Y0—Y5為控制主變頻器 ，Y6—Y15控制橫梁升降，刀架進給，銑、磨頭的運動。
端子功能及接線圖如下：

五結束語

在整個機床的改造過程中涉及到了許多測試，調試的問題，在硬件設備安裝好后有進行了許多調試工作。PLC程序的編制綜合考慮了工藝與加工要求的問題，變頻器參數設置也需考慮具體的加工要求。