傳統(tǒng)的龍門刨床電控系統(tǒng)采用接觸器和繼電器，時常發(fā)生觸點故障。本文著重介紹一種運用plc控制調(diào)速器，結(jié)合減速裝置實現(xiàn)的刀具自動進給控制系統(tǒng)。該方案替換了原機械進刀機構(gòu)，提高了進刀精度和可操作性，并具有很好的可移植性，可廣泛應(yīng)用于各種機床的進刀系統(tǒng)。
以bq2020型龍門刨床電器控制系統(tǒng)為例，它的機械進刀傳動示意圖見圖1。電動機1傳動蝸桿2帶動蝸輪3轉(zhuǎn)動，齒輪8處在左位時，結(jié)合子4和5結(jié)合，進刀機構(gòu)處在進給工位。當(dāng)齒輪8處在右位時，進刀機構(gòu)處在快速工位，結(jié)合子9和10結(jié)合，超越離合器11帶動齒輪8旋轉(zhuǎn)。通過改變超越離合器轉(zhuǎn)動的角度，使齒輪8轉(zhuǎn)動不同的角度，從而獲得刀架不同的進給量。在實際使用過程中表現(xiàn)出機械沖擊大、電器故障多、進刀不均或進刀無力的缺點。本文提出的自動進給控制方案，可以有效地解決這些問題。
一、整體改造方案
改造后的龍門刨床主控系統(tǒng)采用plc可編程控制器，實現(xiàn)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(fù)運動及聯(lián)鎖保護和報警等。plc的硬件設(shè)計基本上按照常規(guī)進行。本設(shè)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24v的直流繼電器，用該繼電器的觸點驅(qū)動負(fù)載，不僅可以擴展輸出點數(shù)，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啟動、停止、正反轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)由plc控制調(diào)速裝置完成，取代原有的繼電器接觸器控制系統(tǒng)和交直流發(fā)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(tǒng)一控制。龍門刨床的整體系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖2所示。
本文著重介紹刀架自動進刀控制系統(tǒng)的改造方案。
二、刀架自動控制方案
1．刀架工作方式
刀具進給控制系統(tǒng)如圖3所示。龍門刨床的刀架分為垂直刀架、左側(cè)刀架和右側(cè)刀架，其動作原理基本一樣，現(xiàn)以垂直刀架為例說明。
刀架的移動分為手動快速移動和自動進給兩種方式，由控制柜面板上的刀架工作方式選擇開關(guān)給plc發(fā)送指令。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(jù)需要隨時進行調(diào)節(jié)。
當(dāng)需要刀架快移對刀時，刀架工作方式選擇開關(guān)選擇“快移”，由按鈕通過plc控制變頻器（圖4中的ka 16）的狀態(tài)，進而控制電機運轉(zhuǎn)的啟停。
在需要刀架自動進給時，刀架工作方式選擇開關(guān)選擇“進給”，此時，電動機的轉(zhuǎn)速由wr2給定。每次工作臺由前進轉(zhuǎn)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(dāng)工作臺由后退轉(zhuǎn)換到前進時，抬刀電磁鐵線圈斷電，刨刀彈簧復(fù)位落下。當(dāng)自動進給行程結(jié)束后，刀架撞擊行程開關(guān)，刀架以快移速度快速返回，可以設(shè)置另一行程開關(guān)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(guān)在選刀架時使用。
2．刀架進刀量的控制
刀具進給時，由plc通過變頻器調(diào)速裝置控制刀架進給電機的啟動和停止，進刀量則由每次電動機運轉(zhuǎn)的時間△t和電動機的轉(zhuǎn)速決定。
設(shè)電動機的轉(zhuǎn)速為n轉(zhuǎn)／分，每次進給時轉(zhuǎn)動的時間為△t秒，傳動絲杠的螺距為lmm，則進給當(dāng)量為：
δ=△t×n×l/60 mm（1）
式中傳動絲杠的螺距l(xiāng)是固定的，△t在plc中由專業(yè)人員通過修改程序參數(shù)設(shè)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(diào)節(jié)電位器wr2調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)，方便工人的現(xiàn)場操作。
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(xiāng)的精度也可以保證，所以電機轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性是保證進刀量精度的關(guān)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(zhuǎn)速相應(yīng)就要調(diào)得很低，而低速狀態(tài)下電機轉(zhuǎn)速的變化率高。同時，由于交流異步電動機啟動的時間難于控制，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。
三、進刀機構(gòu)拖動電源的設(shè)計
龍門刨床工作臺和進刀機構(gòu)都有直流和交流兩種拖動方案。
1．直流拖動
以實際采用的ssd950十為例，它是一種全數(shù)字式直流調(diào)速裝置，使用一個內(nèi)部的電流環(huán)和一個外部的速度環(huán)來控制直流電動機?？梢圆捎秒姌须妷悍答?，具有ir補償；也可采用編碼反饋或模擬測速電機反饋?？紤]到工作環(huán)境和性價比，本方案選用測速電機反饋，速度范圍為100:1，其工作原理如圖4所示。
圖中mb為直流電機，br為直流測速電機，plc控制的繼電器觸點ka 16閉合時刀架快移，ka 17閉合時刀架進給，wr1、wr2為調(diào)速電位器。ka20、ka28閉合時電機正轉(zhuǎn)，ka21、ka28閉合時電機反轉(zhuǎn)。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(tài)。在進刀機構(gòu)中使用時，要求對刀準(zhǔn)確、加工精度高、停機時間設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)模式的下限0.1s。
2．交流拖動方式
采用法國施耐德公司的atv 31系列變頻器作為進刀電機的調(diào)速控制器，它提供豐富的軟件功能、操作簡便、體積小、節(jié)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4kw的三相交流電機，使用方法如圖5所示。
m為進刀電機，rz為電機制動電阻，po為直流母線正極性，和pa+之間一定要有共用連接，ka 16和ka 17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(zhuǎn)速分別由安裝在控制柜上的電位器wr3和wr4調(diào)整，ka20和ka21分別控制電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，ka29為緊急停機用的觸點，正常工作時閉合，由plc監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，在有故障時斷開電機供電。