一. 概述
龍門銑床是加工較大型工件的機加設(shè)備,，其電器控制系統(tǒng)包括工作臺的主傳動和進給機構(gòu)的邏輯控制兩大部分。河南焦作邁科公司有一臺龍門銑床,，從70 年代至今使用了多年,。龍門銑床的工作臺主傳動采用直流可逆調(diào)速拖動方式。早期的直流調(diào)速控制系統(tǒng)由分立元件構(gòu)成,，使用了若干年以后,，故障率明顯上升，維修工作量量不斷增大,，故障停工工時急劇上升,，已經(jīng)嚴重影響生產(chǎn)的正常進行。原來的直流調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)淘汰了,，沒有可能對直流調(diào)速系統(tǒng)換新處理,，進行技術(shù)改造是必然的選擇。
二. 改造方案
對直流調(diào)速系統(tǒng)改造,，如果保留直流電機,，調(diào)速系統(tǒng)可用數(shù)字式可控硅直流調(diào)速系統(tǒng)，如歐陸590A,，西門子6RA70,，ABB DCS400等。這種方案的優(yōu)點就是利用原有的直流電機,，經(jīng)濟上比較省,，但缺點也是明顯的，其缺點是直流電機較交流異步鼠籠電機的維護工作量大,，特別是使用了多年的直流電機,，整流子磨損嚴重，維修花費更多,。另一種方案就采用交流調(diào)速系統(tǒng),，將主傳動直流電機換為交流異步鼠籠電機，調(diào)速控制系統(tǒng)使用變頻器,。這種方案的缺點是除需要變頻器外,，還需要將直流電機換為交流電機，改造的費用相對高一些,，但是,，交流電機結(jié)構(gòu)簡單，維護量小,，變頻器性能優(yōu)良,，便于實現(xiàn)最優(yōu)控制,。比較兩種方案的優(yōu)劣后，選擇用交流調(diào)速的改造方案,。
三. 龍門銑床工作臺運動過程
龍門銑床工作臺的拖動屬于平穩(wěn)快速的運動系統(tǒng),，工作臺的工作流程如圖1所示

圖中表示了銑床工作臺工作銑削行程和返回過程的變化。0～t1銑床工作臺空行程起動,；t1～t2銑床工作臺以穩(wěn)定速度n1運轉(zhuǎn),；t2～t3銑床工作臺帶銑削負載加速；t3～t4銑床工作臺以穩(wěn)定速度n2運轉(zhuǎn),；t4～t5銑床工作臺減速,；t5～t6銑床工作臺保持n3速度條件下刀具離開工件；t6～t7銑床工作臺減速到零,；t7～t10銑床工作臺反向加速到高速運轉(zhuǎn)制動后返回原加工位置,，由此在重復(fù)上面所述的銑削循環(huán),。
四 龍門銑床的變頻改造
1. 變頻器的選型和容量的計算
變頻器的選型要根據(jù)交流電機的容量,，交流電機的容量的選擇又要以直流電機為參考依據(jù)。原工作臺直流電機參數(shù)為：PN=18.5KW,，nN=1000r/min,，與此相對應(yīng)的交流電機PN=18.5KW，nN=970r/min,，龍門銑床經(jīng)常工作在低速加工狀態(tài),，為保證加工質(zhì)量，要求電機低速時轉(zhuǎn)矩大,，考慮到交流電機的機械特性,，在選擇交流電機是適當增大容量。本例交流電機選為22KW 6極鼠籠電機,。
電機容量確定后,，可直接選擇變頻器的容量。龍門銑床工作臺為恒轉(zhuǎn)矩負載,，要求起動和低速力矩大,，最好選用矢量控制變頻器，選用希望森蘭公司生產(chǎn)的 SB61G變頻器,。該變頻器采用先進的無速度傳感器矢量控制算法,，功能齊全，在各種行業(yè)中應(yīng)用自如,?？梢赃x擇V/f開環(huán)、V/f閉環(huán),、無PG矢量控制和有 PG矢量控制方式,；可選用鍵盤和外部端子,，功能端子的操作方式，并有RS485串行通訊口,，便于與計算機組網(wǎng)控制,。在設(shè)計中進行可靠性設(shè)計，電磁兼容設(shè)計,，穩(wěn)定性分析等,，具有非常優(yōu)良的性能。本例選用森蘭SB61G22KW變頻器,?？紤]到銑床工作臺返回行程時間比較短，慣性較大,，需要配用制動單元和制動電阻,，制動電阻按100%制動轉(zhuǎn)矩時的標準配置30Ω，5KW,，考慮到制動比較頻繁,，適當加大電阻的容量到10KW。
常規(guī)設(shè)計的自冷式交流異步電動機,，在額定工況及規(guī)定的環(huán)境溫度范圍內(nèi),，是不會超過額定溫升的。但在變頻調(diào)速后自冷式交流異步電動機在20Hz頻率以下運行時,，轉(zhuǎn)子自帶風(fēng)扇的風(fēng)力減低,，電機的散熱性能變差，如果在恒轉(zhuǎn)矩負載條件下長期運行時電機會過熱,。因此,，對長期低速運行的電機需加恒速風(fēng)扇降溫。加恒速風(fēng)扇的方法是將交流異步電動機的尾罩卸下,，在尾罩上挖一個與軸流風(fēng)機相適應(yīng)的圓孔,，使其軸流風(fēng)機裝好后，所吹出的風(fēng)能全部到電機的后端蓋上,，經(jīng)機殼導(dǎo)流片導(dǎo)流到電機機身的各個方向上,，使之能對電機各個部分都能均勻冷卻。軸流風(fēng)機的電源用220V市電,。
2變頻器功能的設(shè)定
從龍門銑床工作臺工作流程圖可見,，工作臺的運行速度有4段，即n1,、,、n2、n3和返回運行速度,。設(shè)SB61S22KW變頻器為多段速度控制方式,，變頻器的多端頻率控制輸入端子為X1,，X2，X3,，X4;多段速度的頻率值由所加工的工件決定,，加、減速的時間,，由功能代碼 F009,，F(xiàn)010，F(xiàn)631-F636決定.其控制信號取自銑床無觸點開關(guān),，只要銑床工作臺運動到相應(yīng)的位置,，無觸點開關(guān)輸出信號送到變頻器相應(yīng)的輸入端口上，變頻器就加速,、減速,、反向或恒速運行。
3． PLC的應(yīng)用
由于控制線路和低壓元器件老化,，在對龍門銑床工作臺主傳動變頻調(diào)速改造的同時,，對銑床的控制線路進行改造。用PLC可大大的減少控制電路的復(fù)雜性,，并可減低成本,。PLC選用HOLLIAS-LEC G3 40點PLC,，編程方式為梯形圖,，比較簡單，不再贅述,。
五.后記
我國70年代以前生產(chǎn)的機床,，需要調(diào)速時采用變速箱機械換檔調(diào)速方式或采用直流調(diào)速方式。直流電源的獲得是使用交流電動機帶動直流發(fā)電機,，發(fā)出的直流電驅(qū)動直流電動機調(diào)速運行,。70年代后，可控硅整流器出現(xiàn)后,，直流調(diào)速省去了交流電動機帶直流發(fā)電機的環(huán)節(jié),，效率大幅度的提高，運行噪聲極大的下降,。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和完善,，變頻器的性能不斷的提高，而價格不斷下降,，已逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng),。通過其外圍少數(shù)幾個端子，就可以實現(xiàn)對機床全范圍的控制,，且變頻器內(nèi)部有較完善的保護功能,，無需在設(shè)計控制電路時考慮保護電路,，既簡化了電路又降低了成本。
通過對龍門銑床工臺拖動系統(tǒng)的改造,，使用了PLC和變頻器,，用交流調(diào)速系統(tǒng)取代直流調(diào)速系統(tǒng)，簡化了設(shè)備的控制線路,，故障率幾乎下降到零,，實現(xiàn)了可靠、快速,、靈活的控制,，使工件的銑削質(zhì)量和工作效率都有明顯的提高。