龍門刨床的自動化改造

一 引言
長沙某機(jī)床廠的B2016A型龍門刨床被用于加工車床導(dǎo)軌。該設(shè)備使用日久，出現(xiàn)了精度降低，調(diào)速性差，生產(chǎn)效率低等問題，故急需對其進(jìn)行改造。考慮到原有設(shè)備與加工要求調(diào)速比達(dá)到40：1以上，可用于刨、銑削，靜差度小于10%，切削力恒定、平穩(wěn)、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(hù)等要求。我們決定采用變頻器結(jié)合PLC的改造方法。

二 原刨床的基本情況

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

其中0-t1工作臺前進(jìn)起動階段
t1-t2刀具慢速切入階段
t2-t3加速至穩(wěn)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(tǒng)
國產(chǎn)A系列龍門刨采用G-M（發(fā)電機(jī)組電動機(jī)）調(diào)速系統(tǒng)交流電機(jī)拖動直流發(fā)電機(jī)再拖動直流電動機(jī)，由交磁放大機(jī)控制發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)，結(jié)合機(jī)械傳動，達(dá)到20:1的機(jī)電聯(lián)合調(diào)速系統(tǒng)。進(jìn)刀機(jī)構(gòu)采用進(jìn)刀繼電器控制進(jìn)刀，而繼電器鐵心和圓盤齒因頻繁運(yùn)動而磨損，使精度下降。

三 變頻調(diào)速

3.1變頻的優(yōu)越性
調(diào)速范圍寬達(dá)40:1更換不同的工作組件就可使刨床用于刨、銑、磨 一機(jī)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(diào)速，達(dá)到速度曲線的要求提高加工質(zhì)量與效率。
3.2設(shè)備組成
工作臺的主運(yùn)動只需一臺45KW的異步電機(jī)經(jīng)變頻拖動，實(shí)現(xiàn)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(wǎng)中。垂直刀架和左右測刀架采用步進(jìn)電機(jī)控制，使進(jìn)刀量準(zhǔn)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(tǒng)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(qiáng)、速度快、接點(diǎn)數(shù)少、可靠性高，并可通過CNC接口接入CIMS系統(tǒng)。
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(hù)，反饋制動等功能，PLC采用三菱FX2N，具有25點(diǎn)輸入，16點(diǎn)輸出。
4.2控制電路
變頻器的設(shè)置，將變頻器設(shè)置為外部控制狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，由A0，A1按編碼組合為四種運(yùn)行速度，以A2為點(diǎn)動控制。A3反轉(zhuǎn)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(jìn)給，銑、磨頭的運(yùn)動。
端子功能及接線圖如下：

五結(jié)束語

在整個機(jī)床的改造過程中涉及到了許多測試，調(diào)試的問題，在硬件設(shè)備安裝好后有進(jìn)行了許多調(diào)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(shù)設(shè)置也需考慮具體的加工要求。