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      龍門刨床刀架自動進給控制系統結構特點 本篇文章來源于中國機床網|JiChuang.NET 原文出處:http://www.jichuang.net/news/news_81605.html本篇文章來源

      中國機床網   傳統的龍門刨床電氣控制系統普遍采用接觸器繼電器控制技術。由于采用硬點接觸且連線復雜,因此電氣系統時常發生觸點故障,使龍門刨床經常處于停機維修狀況,不能保證正常生產。作者曾經應用PLC對多臺龍門刨床電氣控制系統進行過改造,對龍門刨床各個運動部件的控制總結了一套成熟的解決方案。本文著重介紹一種運用PLC控制調速器,結合減速裝置實現刀具自動進給控制系統。該方案替換了原機械式進刀量控制機構,極大地改善了進刀精度和可操作性,并具有很好的可移植性,可廣泛應用于各種機床的進刀系統控制。
          以BQ 2020型龍門刨床電器控制系統為例,它的刀架進刀機構為機械式進刀方式,其傳動示意圖如下圖所示。蝸桿經電動機傳動從而帶動蝸輪轉動,齒輪處在左位時,進刀機構處在進給工位,結合子1和結合子2結合,進刀機構處在快速工位。當齒輪處在右位時,結合子3和結合子4結合,超越離合器帶動齒輪旋轉。通過改變超越離合器可轉動的角度,使齒輪轉動不同的角度,從而獲得刀架不同的進給量。傳統的龍門刨床多采用該類型的刀架進給機構,是典型的間歇進給運動。在實際使用過程中,進給電動機頻繁正反轉,機械沖擊大,電器故障多,超越離合器易磨損,經常出現進刀不均或進刀無力的現象,此種機構故障多且維修量大。本文提出的自動進給控制方案,可以有效地解決這些問題。

      1 整體改造方案

          改造后的龍門刨床主控系統采用PLC,實現其全部工作過程自動控制,包括橫梁上下、刀架移動、抬刀落刀、工作臺自動往復運動及聯鎖保護、報警等。PLC的硬件設計基本上按照常規進行。本設計中不直接用PLC的輸出繼電器帶動交流接觸器,而是在每個輸出觸點后面增加了一個24 V的直流繼電器,用該繼電器的觸點驅動負載,不僅可以擴展輸出點數,提高通用性,也對PLC的輸出繼電器起到了保護作用。其中工作臺拖動電機的起動、停止、正反轉以及轉速調節由PLC控制調速裝置完成,取代原有的繼電器接觸器控制系統和交直流發電機組拖動裝置。橫梁升降仍然用原有的電動機,抬刀仍然保留原有的電磁鐵,但是都由PLC統一控制。龍門刨床的整體系統控制結構。

      2 刀架自動控制方案

      2.1 刀架工作方式的控制

      本文提出的刀架工作方式。

       

          龍門刨床的刀架分為垂直刀架、左側刀架和右側刀架,其動作原理基本一樣,只是位置不同,現以垂直刀架為例進行說明。

          刀架的移動分為手動快速移動和自動進給兩種工作方式,由控制柜面板上的刀架工作方式選擇開關給PLC發送指令進行選擇。變頻器輸出頻率由兩個電位器給定,WR1決定快移速度;WR2決定自動進給速度;由操作人員根據需要隨時進行調節。

          當需要刀架快移對刀時,刀架工作方式選擇開關選擇“快移”方式,由按鈕通過PLC控制變頻器的狀態,進而控制電機運轉的起停,電動機的轉速由WR1給定。

          在需要刀架自動進給時,刀架工作方式選擇開關選擇“進給”方式,此時,電動機的轉速由WR2給定。每次工作臺由前進轉換到后退時,PLC接通抬刀電磁鐵的電源,刨刀抬起,同時刀架完成進給動作。當工作臺由后退轉換到前進時,抬刀電磁鐵線圈斷電,刨刀彈簧復位落下。當自動進給行程結束后,刀架撞擊行程開關,刀架以快移速度快速返回,可以設置另一行程開關控制刀架停止,也可以由操作人員手動停止。另外還有一個手動抬刀控制開關在選刀架時使用。

      2.2 刀架進刀量的控制

          刀具進給時,由PLC通過變頻器調速裝置控制刀架進給電機的起動和停止,進刀量則由每次電動機運轉的時間△t和電動機的轉速決定。

          設電動機的轉速為n轉/分,每次進給時轉動的時間為△t秒,傳動絲杠的螺距為L毫米,則進給當量為:

      δ=△t×n×L/60 (mm)(1)

       

      (1)式中傳動絲杠的螺距L是固定的,△t在PLC中由專業人員通過修改程序參數設定,一般也不需要變更。在△t和L不變的情況下,自動進刀量可通過控制柜上的速度調節電位器WR2調整電機的轉速來調節,方便工人的現場操作。

      2.3 刀架進刀量的精度控制

          一般來說,PLC能夠很好地保障△t的精度,傳動絲杠的螺距L的精度也可以保證,所以電機轉速的穩定性是保證進刀量精度的關鍵。

          龍門刨床的刀架在自動進刀時的進刀量通常都為幾個毫米,如果由電動機直接帶動絲杠,電機轉速相應就要調得很低,而低速狀態下電機轉速的變化率高,同時,由于交流異步電動機起動的時間難于精確控制,從而會引起較大的誤差。為了減少誤差,我們在電機和刀架傳動絲杠之間加裝了減速箱,這樣,電機就可以工作在較高的速度上,時間也可以加長。轉速不穩和起動時間不確定性所造成的誤差就可以大大減小。

          舉例來說,設進刀量為2 mm,傳動絲杠的螺距L為2 mm,由電動機直接帶動絲桿,電動機轉速調節到20 r/min,按照理想的情況,電動機不需要起動時間,由(1)式可以計算出電動機運行時間需要3 s。但是,如果電動機起動時間由±0.6 s的變化范圍,就有可能造成20%左右的誤差。如果加上30∶1的加速器,誤差就可以控制在1%之內,可以滿足加工要求。在實際設計時,由于電機的轉動時間設定和速度調節都有很好的自由度,減速箱的減速比設定主要考慮電機的額定轉速和進刀速度要求,以使電機可以有較高的工作效率和穩定性。

      3 進刀機構拖動電源的設計

          龍門刨床工作臺有直流和交流兩種拖動方案,進刀機構的拖動方案也有交流和直流兩種。如果選用直流電動機,可采用各種品牌的直流數字調速裝置進行控制。如果選用交流電動機,可以采用各種品牌的變頻器,用以對各類交流電機進行調速控制。

      3.1 直流拖動方式

          以實際采用的SSD 950+為例,它是一種全數字式直流調速裝置,使用一個內部的電流環和一個外部的速度環來控制直流電動機,可以采用電樞電壓反饋,具有IR補償,也可采用編碼反饋,或模擬測速電機反饋;考慮到工作環境和性價比,本方案選用測速電機反饋,速度范圍為100∶1,其工作原理。

       

          MB為直流電機,BR為直流測速電機,PLC控制的繼電器觸點KA16閉合時刀架快移,KA17閉合時刀架進給,WR1、WR2為調速電位器。KA20、KA28閉合時電機正轉,KA21、KA28閉合時電機反轉。KA28是有故障時緊急停機用的常開觸點,正常工作時加電處于閉合狀態。在進刀機構中使用時,要求對刀準確,加工精度高,停機時間設為標準模式的下限0.1 s。

      3.2 交流拖動方式

          采用法國施耐德公司的ATV31系列變頻器作為進刀電機的調速控制器,它提供豐富的軟件功能,操作簡便,體積小,節省空間,具有可編程邏輯輸入。以本文所用的ATV31HU40N4型變頻器為例,其適用電機為4 kW的三相交流電機,使用方法。

          M為進刀電機,RZ為電機制動電阻,PO為直流母線正極性,它和PA+之間一定要有共用連接,KA16和KA17是由PLC控制的繼電器觸點,分別控制進刀電機的快速移動和刀架進給,電機的轉速分別由安裝在控制柜上的電位器WR3和WR4調整,KA20和KA21分別控制電機的正轉和反轉,決定快移與進刀的方向,KA29為緊急停機用的常開觸點,正常工作時閉合,由PLC監控系統的工作狀態,在有故障時斷開電機供電。

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