一、前言： 我單位是以全礦的的大中型設備的大中修為主，尤其是在備品備件的加工方面，在整個檢修過程中顯得十分重要，各種機床數十臺，但存在設備老化、故障率高的矛盾，影響加工效率、精度。尤其是僅有的一臺70年代購買一臺B2012A型龍門刨床，已經使用了30多年，包括機械電氣都已老化嚴重，既影響加工精度又提高不了效率，尤其讓人頭疼的是故障率高，讓你防不勝防，做為一名基層維修電工對此深有感觸，在目前單位資金緊缺的情況下，更換新機床是不太現實，所以，本人和單位技術人員決定對此進行一次技術改造，是迫在眉睫的大事。 二、原刨床的基本概況： （1） 基本結構：龍門刨床包括，左側刀架、橫梁、左右垂直刀架、進給箱、立柱、工作臺、床身等主要部分。 （2） 主拖動系統：采用的是交流變流機組的方式，即采用了交流異步電動機拖動的直流發電機提供直流電源，由直流電動機作主電動機方案，這樣的直流發電機—電動機調速系統即為G—M系統。其基本原理如圖一所示，工作原理是三相交流異步電動機M1拖 直流發電機—電動機系統原理圖圖一 動同軸連接的的兩臺直流發電機G1和G2，并勵直流發電機G2作為勵磁機，G2為直流發電機G1和直流電動機M2的勵磁繞組提供直流電源。G1發出的電動勢供給直流電動機M2的電樞回路，最后由直流電動機拖動負載。則直流電動機又由交磁放大機控制發電機的勵磁系統，反過來再來對直流電動機進行調速，再結合兩級機械變速，從而達到20：1的機電聯合調速系統。進刀機構采用進刀繼電器進刀，而繼電器鐵芯及機械磨損又造成動作異常，損壞線圈，既影響加工精度又影響效率。 （3） 主工作臺運行過程：主拖動系統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的進行往復運動，，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，工作臺與工件的往復運動稱為主運動，橫梁、刀架的運動稱作輔助運動。 （4） 工作臺要求的運動速度圖：主運動速度圖，如圖二所示 圖中： 0—t1為工作臺前進啟動階段； t1—t2為刀具慢切入階段； t2—t3為工件前進加速階段，以加速到規定的工作速度； t3—t4為工作臺穩定工作速度階段； t4—t5為工作臺前進減速階段； t5—t6為工作臺慢速前進階段； t6—t7為工作臺前進制動之零。 t7—t10為工作臺返回階段。 其中機床加工要求的慢速切入與切出，主要是為了減小工件對刀具的沖擊提高刀具使用壽命，以及防止蹦壞工件。高速切削、返回以提高加工效率。 龍門刨床的主運動是一個比較復雜的往復直線運動，它不僅要求啟動快，制動快，還要求工作速度穩定，速度調節范圍寬。在這種情況下，考慮用PLC和變頻技術對此機床進行一次改造，既能在技術要求上滿足現有的加工需要，又能夠徹底改變目前故障率高的矛盾。 三、變頻技術 （1） 變頻技術的優越性：時至今日，變頻技術的應用已十分普及了，是交流異步電動機的一種理想調速方法，其調速性能好、效率高。所以，將其該技術運用到機床的改造上，考慮到原機床要求的調速范圍結合變頻使機床調速高達40：1，而且，改造后更換不同的工作組件還可使刨床用于刨、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。 （2） 設備組成：根據原主拖動電機的容量（為直流60KW），用一臺45KW—50KW的異步電動機經變頻作為主拖動，實現無級變速。工作臺的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。垂直刀架和左側刀架采用步進電機控制，使進刀量準確，以提高加工精度。另增加一個11KW的變頻器控制銑刀頭，作為附加組件。 （3） 組成框圖 系統以PLC為控制核心，具體組成如圖三所示 系統原理圖圖三 四、PLC的控制系統 （1） PLC的特點及主要功能 PLC的種類雖千差萬別，但為了在惡劣的工業環境中使用，設計上都有著很強的優勢，其抗干擾能力強、可靠性高；編程、使用、維護方便；設計、施工、調試周期短；易于實現一體化等。它的控制功能更是無與倫比，可用來完成各種控制功能的自動化設備，用來取代傳統繼電器控制系統實現邏輯控制和順序控制。既可用于單機或多機控制，又可用于自動化生產線、運動、定時、等控制。 （2） 為此，我們控制部分采用PLC可編程控制器，利用其功能強、速度快、接點數少、可靠性高、并可通過CNC接口接入CIMS系統的優點來實現各種自動控制。 （3） 控件的選配這一點在整個改造中至關重要，若對變頻器的選型及使用不當，往往會造成變頻器不能正常運行，對調速控制影響很大，為此，必須慎重，鑒于此考慮決定采用三菱的FR—A740型通用變頻器，具有矢量控制、自動保護、反饋制動、V/F控制、轉矩控制等功能可以滿足刨床的要求；則PLC選擇的基本原則是，在滿足要求的前提下，考慮選擇最可靠、維護使用方便以及性價比最優的機型，所以，再三考慮采用三菱FX2N—64MR，具有32點輸入、32點輸出。根據控制系統的具體要求其輸入、輸出的點數I/O，留有10%左右的備用。 （4） 控制電路 A、 變頻器的設置，將變頻器的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點動控制；A3為反轉控制；A4為停車。GM為光電編碼器反饋輸入信號。 B、 PLC的X0—X25為操作和工藝控制的輸入信號端。輸出端是：Y0—Y5為控制主變頻器，Y6—Y15為控制橫梁升降，刀架進給、銑、磨頭的運動控制。 端子功能及接線圖如圖四所示： 五、結束語 在整個機床的改造過程中將涉及到許多測試，調整的具體問題，尤其是硬件方面要根據現場的實際情況，需要多次反復的安裝調整，使機械配合靈活，動作到位。變頻器的參數設置與原機床的配接情況，必須進行仔細的斟酌，無數次的試驗，方可進行，否則，難以實現原有的控制參數要求。PLC程序的外部開關量、模擬量的輸入輸出，要經過仔細的分析，然后灌入編程，十分復雜；既要考慮自身的特點，又要考慮B2012A的加工要求問題，因為此項改造對原來較為復雜的繼電器控制過程，轉換為PLC和變頻器的聯合控制過程，需要大量的精心的準備與后期的安裝調試，才能真正達到和實現提高加工精度、效率、減少故障、維修成本的目標。真正實現低功耗、安全可靠、易于維護的控制特點。 參考資料 張燕賓 常用變頻器功能手冊 機械工業出版社2005 胡學林 可編程控制器教程（基礎篇）北京電子工業出版社2003 彭利標 可編程控制器原理及應用 西安電子科技大學出版社2001 劉賢興 電力拖動與控制 機械工業出版社2001 陳在平 可編程序控制器技術與應用系統設計 機械工業出版社 2002