摘要：針對(duì)龍門(mén)刨床機(jī)械式進(jìn)刀量控制機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用PLC為主控制器，以變頻器作為控制電源，研制了一種龍門(mén)刨床刀架自動(dòng)進(jìn)給控制系統(tǒng)實(shí)踐表明該系統(tǒng)設(shè)計(jì)*、操縱方便、運(yùn)行可靠。
　　
　　傳統(tǒng)的龍門(mén)刨床電控系統(tǒng)采用接觸器和繼電器，時(shí)常發(fā)生觸點(diǎn)故障。本文著重介紹一種運(yùn)用PLC控制調(diào)速器，結(jié)合減速裝置實(shí)現(xiàn)的刀具自動(dòng)進(jìn)給控制系統(tǒng)。該方案替換了原機(jī)械進(jìn)刀機(jī)構(gòu)，進(jìn)步了進(jìn)刀精度和可操縱性，并具有很好的可移植性，可廣泛應(yīng)用于各種機(jī)床的進(jìn)刀系統(tǒng)。
　　
　　以BQ2020型龍門(mén)刨床電器控制系統(tǒng)為例，它的機(jī)械進(jìn)刀傳動(dòng)示意圖見(jiàn)圖1。電動(dòng)機(jī)1傳動(dòng)蝸桿2帶動(dòng)蝸輪3轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪8處在左位時(shí)，結(jié)合子4和5結(jié)合，進(jìn)刀機(jī)構(gòu)處在進(jìn)給工位。當(dāng)齒輪8處在右位時(shí)，進(jìn)刀機(jī)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(dòng)齒輪8旋轉(zhuǎn)。通過(guò)改變超越離合器轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，使齒輪8轉(zhuǎn)動(dòng)不同的角度，從而獲得刀架不同的進(jìn)給量。在實(shí)際使用過(guò)程中表現(xiàn)出機(jī)械沖擊大、電器故障多、進(jìn)刀不均或進(jìn)刀無(wú)力的缺點(diǎn)。本文提出的自動(dòng)進(jìn)給控制方案，可以有效地解決這些題目。

　　
　　一、整體改造方案
　　
　　改造后的龍門(mén)刨床主控系統(tǒng)采用PLC可編程控制器，實(shí)現(xiàn)其全部工作過(guò)程自動(dòng)控制。包括橫梁上下、刀架移動(dòng)、抬刀落刀、工作臺(tái)自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)及聯(lián)鎖保護(hù)和報(bào)警等。PLC的硬件設(shè)計(jì)基本上按照常規(guī)進(jìn)行。本設(shè)計(jì)中不直接用PLC的輸出繼電器帶動(dòng)交流接觸器，而是在每個(gè)輸出觸點(diǎn)后面增加了一個(gè)24V的直流繼電器，用該繼電器的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)負(fù)載，不僅可以擴(kuò)展輸出點(diǎn)數(shù)，進(jìn)步通用性，也對(duì)PLC的輸出繼電器起到了保護(hù)作用。其中工作臺(tái)拖動(dòng)電機(jī)的啟動(dòng)、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(jī)組拖動(dòng)裝置。橫梁升降仍然用原有的電動(dòng)機(jī)，抬刀仍然保存原有的電磁鐵，但是都由PLC同一控制。龍門(mén)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(dòng)進(jìn)刀控制系統(tǒng)的改造方案。
　　
　　二、刀架自動(dòng)控制方案
　　
　　1．刀架工作方式
　　
　　刀具進(jìn)給控制系統(tǒng)如圖3所示。龍門(mén)刨床的刀架分為垂直刀架、左側(cè)刀架和右側(cè)刀架，其動(dòng)作原理基本一樣，現(xiàn)以垂直刀架為例說(shuō)明。
　　
　　刀架的移動(dòng)分為手動(dòng)快速移動(dòng)和自動(dòng)進(jìn)給兩種方式，由控制柜面板上的刀架工作方式選擇開(kāi)關(guān)給PLC發(fā)送指令。變頻器輸出頻率由兩個(gè)電位器給定，WR1決定快移速度，WR2決定自動(dòng)進(jìn)給速度，由操縱職員根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
　　
　　當(dāng)需要刀架快移對(duì)刀時(shí)，刀架工作方式選擇開(kāi)關(guān)選擇“快移”，由按鈕通過(guò)PLC控制變頻器（圖4中的KA16）的狀態(tài)，進(jìn)而控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的啟停。
　　
　　在需要刀架自動(dòng)進(jìn)給時(shí)，刀架工作方式選擇開(kāi)關(guān)選擇“進(jìn)給”，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由WR2給定。每次工作臺(tái)由前進(jìn)轉(zhuǎn)換到后退時(shí)，PLC接通抬刀電磁鐵的電源，刨刀抬起，同時(shí)刀架完成進(jìn)給動(dòng)作。當(dāng)工作臺(tái)由后退轉(zhuǎn)換到前進(jìn)時(shí)，抬刀電磁鐵線圈斷電，刨刀彈簧復(fù)位落下。當(dāng)自動(dòng)進(jìn)給行程結(jié)束后，刀架撞擊行程開(kāi)關(guān)，刀架以快移速度快速返回，可以設(shè)置另一行程開(kāi)關(guān)控制刀架停止，也可以由操縱職員手動(dòng)停止。另外還有一個(gè)手動(dòng)抬刀控制開(kāi)關(guān)在選刀架時(shí)使用。
　　
　　2．刀架進(jìn)刀量的控制
　　
　　刀具進(jìn)給時(shí)，由PLC通過(guò)變頻器調(diào)速裝置控制刀架進(jìn)給電機(jī)的啟動(dòng)和停止，進(jìn)刀量則由每次電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間△t和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。
　　
　　設(shè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為n轉(zhuǎn)／分，每次進(jìn)給時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間為△t秒，傳動(dòng)絲杠的螺距為L(zhǎng)mm，則進(jìn)給當(dāng)量為：
　　
　　δ=△t×n×L/60mm（1）
　　
　　式中傳動(dòng)絲杠的螺距L是固定的，△t在PLC中由專業(yè)職員通過(guò)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(dòng)進(jìn)刀量可通過(guò)控制柜上的速度調(diào)節(jié)電位器WR2調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)，方便工人的現(xiàn)場(chǎng)操縱。
　　
　　3．刀架進(jìn)刀量的精度控制
　　
　　一般來(lái)說(shuō)，PLC能夠很好地保障△t的精度，傳動(dòng)絲杠的螺距L的精度也可以保證，所以電機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性是保證進(jìn)刀量精度的關(guān)鍵。
　　
　　龍門(mén)刨床的刀架在自動(dòng)進(jìn)刀時(shí)的進(jìn)刀量通常都為幾個(gè)毫米，假如由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)絲杠，電機(jī)轉(zhuǎn)速相應(yīng)就要調(diào)得很低，而低速狀態(tài)下電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化率高。同時(shí)，由于交流異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的時(shí)間難于控制，從而會(huì)引起較大的誤差。為了減少誤差，我們?cè)陔姍C(jī)和刀架傳動(dòng)絲杠之間加裝了減速箱。這樣，電機(jī)就可以工作在較高的速度上，時(shí)間也可以加長(zhǎng)。
　　
　　三、進(jìn)刀機(jī)構(gòu)拖動(dòng)電源的設(shè)計(jì)
　　
　　龍門(mén)刨床工作臺(tái)和進(jìn)刀機(jī)構(gòu)都有直流和交流兩種拖動(dòng)方案。
　　
　　1．直流拖動(dòng)
　　
　　以實(shí)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(gè)內(nèi)部的電流環(huán)和一個(gè)外部的速度環(huán)來(lái)控制直流電動(dòng)機(jī)?？梢圆捎秒姌须妷悍答?，具有IR補(bǔ)償；也可采用編碼反饋或模擬測(cè)速電機(jī)反饋?？紤]到工作環(huán)境和性價(jià)比，本方案選用測(cè)速電機(jī)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(jī)，BR為直流測(cè)速電機(jī)，PLC控制的繼電器觸點(diǎn)KA16閉合時(shí)刀架快移，KA17閉合時(shí)刀架進(jìn)給，WR1、WR2為調(diào)速電位器。KA20、KA28閉合時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，KA21、KA28閉合時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。KA28是有故障時(shí)緊急停機(jī)用的常開(kāi)觸點(diǎn)，正常工作時(shí)加電處于閉合狀態(tài)。在進(jìn)刀機(jī)構(gòu)中使用時(shí)，要求對(duì)刀正確、加工精度高、停機(jī)時(shí)間設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)模式的下限0.1s。
　　
　　2．交流拖動(dòng)方式
　　
　　采用法國(guó)施耐德公司的ATV31系列變頻器作為進(jìn)刀電機(jī)的調(diào)速控制器，它提供豐富的軟件功能、操縱簡(jiǎn)便、體積小、節(jié)省空間、具有可編程邏輯輸進(jìn)。以本文所用的ATV31HU40N4型變頻器為例，其適用電機(jī)為4kW的三相交流電機(jī)，使用方法如圖5所示。

　　
　　M為進(jìn)刀電機(jī)，RZ為電機(jī)制動(dòng)電阻，PO為直流母線正極性，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(diǎn)，分別控制進(jìn)刀電機(jī)的快速移動(dòng)和刀架進(jìn)給，電機(jī)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(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，KA29為緊急停機(jī)用的觸點(diǎn)，正常工作時(shí)閉合，由PLC監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，在有故障時(shí)斷開(kāi)電機(jī)供電。