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PLC和变频器在龙门刨床主拖动系统中的应用

发布时间:2017-08-31作者:Doris

龙门刨床是机械制造业中主要工作机床之一,常用来加工大型零件,在工业生产中占有重要位置。龙门刨床的主运动,是工作台的直线往复运动。早期的龙门刨床电气主拖动系统主要有两种:一种是电动机扩大机一发电机一直流电动机组(A-G-M)系统;另一种是晶闸管一直流电动机组(V-M)系统。这两种系统的控制电路,普遍采用有触点的继电器控制方式,在经过多年的使用后,系统电气控制器件已经严重老化,出现了加工精度低、调速性能差、电气故障频繁、维护和保养难度大等问题,已不能满足正常加工生产的需要。

变频调速技术经过多年的推广和使用,各项性能和技术指标不断趋于完善和成熟,节能效果显著。为提高龙门刨床的加工精度和生产效率,采用PLC和变频器对龙门刨床电气主拖动系统进行改造,已成必然趋势。

1 龙门刨床电气主拖动系统的控制要求

龙门刨床的刨削过程是工件(固定在工作台上)与刨刀之间做相对运动的过程,龙门刨床的主运动,是工作台往返交替循环的直线运动。因此,龙门刨床对其主拖动系统的要求比较高。具体控制要求如下:

 (1)工作台主拖动系统,具有比较宽的调速范围和较硬的机械特性;

 (2)工作台能根据不同工件自由调节工作速度,而且前进和后退的速度要单独调整; 

 (3)工作台起动和制动快速、平稳,对电网和机械的冲击小,能够按照需要实现自动往返循环运行;

 (4)工作台要求能够人工点动运行,即“工作台步进”和“工作台步退”,以利于切削前的调整; 

 (5)与刀架、横梁的互锁。刀架与工作台之间、横梁与工作台之间必须有可靠的互锁;

 (6)与油泵电动机的互锁。只有在油泵正常供油的情况下,才允许进行工作台的往复运动;如果在工作台往复运动过程中,油泵电动机因发生故障而停机,工作台将不允许在刨削中间停止运行,而必须等工作台返回至起始位置时再停止。

1.1 系统改造方案 目前,龙门刨床控制系统的改造,主要根据主拖动直流电动机的设备状况进行选择。

第一种是工作台主拖动直流电动机的各项技术指标均优良,而且还有较长的使用年限。在这种情况下,为节省改造费用,建议保留直流电动机,采用全数字直流调速装置,取代电机扩大机—发电机组进行改造。

第二种是主拖动直流电动机的使用寿命已不太长,或没有太大使用价值,在这种情况下,建议用交流异步电动机取代主拖动直流电动机,采用变频器进行改造。本文以A系列龙门刨床电气主拖动系统为例,介绍用变频器对其进行改造的方案设计。

1.2 电气主拖动系统的电路设计

龙门刨床电气主拖动系统的电路如图1所示。

当空气断路器合闸后,由按钮SB7和SB8控制接触器KMl,分别控制变频器的通电与断电,并由指示灯HLI进行指示。工作台的步进和步退,分别通过按钮SBl和SB2来控制。工作台的刨削速度和返回速度,分别通过电位器RPl和RP2来调节;工作台步进和步退的速度,由变频器预置的点动频率决定。当变频器发生故障时,触点KF闭合,切断变频器的电源,同时,指示灯HL2亮,进行报警。当油泵发生故障时,继电器KT闭合,PLC程序使工作台在往复周期结束之后,停止工作台的继续运行,同时,指示灯HL3亮,进行报警。

1.3电动机的选择

对于机床类负载,由于在切削过程中转速是不调节的,故对机械特性的要求较高,且调速范围也往往较大。一般来说,以选用变频调速专用电动机为宜。龙门刨床工作台原电气拖动系统的直流电动机的主要额定数据为PN =60kW,nN=l800 r/min。

通过对比,现选用YVP250M--4型异步电动机,主要额定数据如下PN=55 kW/M=105A,TN=350.1 N·m,能够满足系统的要求。

1.4变频器的选择

考虑到龙门刨床本身对机械特性的硬度和动态响应能力的要求较高,近年来,龙门刨床常常与铣削和磨削兼用,而铣削和磨削的进刀速度,约为刨削时的1%,故要求拖动系统兼用良好的低速运行性能。现选用日本安川公司生产的通用高性能矢量控制变频器,控制方式为“有速度反馈”。根据异步电动机的

容量R=55kW,可选用变频器的型号为CIMR—G784055,其容量为98 kVA,额定电流为128A。

1.5 PLC的选择

根据控制系统所需的输入输出点数,并留有一定裕量备用,考虑选取维护使用方便、性价比高的机型,选用日本三菱公司生产的FX2N-128MR-001PLC。其具有高速处理及可扩展功能模块等特点,完全可以满足控制要求。

2 龙门刨床工作台工作流程

龙门刨床工作台的工作流程如图2所示。工作台启动后,为避免刀具切人工件时的冲击而使工件边缘崩裂,或损坏刀具,先以低速前进(慢速切人);刀架进刀机构自动进刀一次后,工作台加速至刨削速度,对工件进行加工;刨削结束,为避免刀具将工件剥落,工作台减速运行(低速切出);进刀结束后,刀架抬起,电动机换向、反向加速至高速,工作台高速后退,以提高工作效率;为了减小停车时的超程(又称越位),在后退换向前先减速运行,直至换向,进入下一次循环翻。

在工作台自动运行的过程中,通过“前进速度”和“后退速度”旋钮,可以根据需要对每个阶段工作台的运行速度进行调节,以达到理想的工作状态。

3 结束语

采用PLC和变频器对龙龙刨床床工作台主拖动系统改造后,工作台的拖动系统结构大大简化,加工的调速范围变宽,且为无级调速,工作台运行更加平稳,尤其是换向迅速且冲击小,加工效率提高,节能效果显著,具有良好的经济效益。

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