四方电气C320系列变频器在龙门刨床上应用方案

2017年11月28日

　　一、龙门刨床的工艺分析

　　龙门刨床的主运动：

　　龙门刨床的刨削过程是工件(安装在刨台上)与刨刀之间作相对运动的过程。因为刨刀除进给运动外，(此运动一般由数控定位或手动定位)加工过程是不动的，所以龙门刨床的主运动就是刨台频繁的往复运动，变频器所拖动的就是刨台电机这种往复运动。所谓往复运动周期，是指刨台每往返一次的速度变化过程。以某国产A系列龙门刨床为例，其往复周期如图1所示。

　　图1 刨台的往复周期

　　a)刨台的运动示意图 b)往复周期

　　图中，Vf为线速度;t为时间。各时段(t1~t5)的工作状况如下：

　　t1段：刨台起动、刨刀切入工件段。

　　为了减小在刨刀刚切入工件的瞬间，刀具所受的冲击和防止工件被崩坏，v0速度较低。

　　t2段：刨削段。

　　刨台加速至正常的刨削速度vf 。

　　t3段：刨刀退出工件段。

　　为了防止工件边缘破裂，故将速度又降低为v0 。

　　t4段：返回段。

　　返回过程是不切削工件的空载行程，为了节约时间，提高工作效率，返回速度应尽可能快一些，设为vr 。

　　t5段：缓冲段。

　　返回行程即将结束、再反向到工作速度之前，为了减小对传动机构的冲击，又应将速度降低为v0;之后，便进入下一周期，重复上述过程。注意：t4、t5时间段变频器反转。

　　二、刨台运动的机械特性

　　以此刨床为例，说明如下：

　　1、刨台运动的负荷特性

　　1)切削速度vQ≤25m/min,在这一速度段，龙门刨床允许的最大切削力相同。在调速过程中，负荷具有恒转矩特性。

　　2)切削速度vQ>25m/min，由于横梁与立柱等机械结构的强度所限制，允许的最大切削力随速度的增大而减小。因此，在调速过程中负荷具有恒功率性质。

　　2、刨台的传动机构

　　分成两挡，以45m/min为界，速度比为2：1。

　　三、刨台运动的变频调速

　　1、变频调速方案的设计要点

　　1)电动机选型一般来说，以选用变频调速专用电动机为宜。

　　2)变频器的选型近年来，龙门刨床常常与铣床兼用，而铣削时的进刀速度约只有刨削时的1/100，故要求拖动系统具有良好的低速运行(即低频力矩特性)性能。所以选用四方矢量变频C320系列。

　　3)制动电阻与制动单元如上述，刨台在工作过程中，处于频繁往复的运行状态。为了提高工作效率、缩短辅助时间，刨台的加、减速时间应尽可能的短。因此，直流回路中的制动电阻与制动单元是必不可少的。由于往复十分频繁，故制动电阻的容量应比一般情况下的容量大1~2档次。

　　2、刨台往复运动的控制

　　1)往复指令刨台在往复周期中，实现速度变化的指令信号，是由刨台下面专用的接近开关的状态得到的。接近开关的状态由装在刨台下部的4个“接近块”(相当于行程开关的挡块，分别编以1、2、3、4号)的接近情况所决定，如图2a所示。图中，为了直观起见，仍用行程开关和挡块来表示。SQ1、SQ2是用来决定刨台的运行情况的;SQ5、SQ6是极限开关，用于对刨台极限位置的保护。各接近开关在不同时序中的状态如图2b所示。图中“1”表示接近开关被“撞”;“0”表示接近开关复位。

　　2)刨台运动的控制电路由于龙门刨床的实际控制电路，除刨台的往复运动外，还必须考虑刨台运动与横梁、刀架之间的配合等，故控制电路以采用PLC较为方便，其往复控制电路如图3所示。PLC的输入信号中，SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分别为各切换点的接近开关;按钮开关SB1用于循环开始，SB2用于紧急停机;SB3、SB4分别为正、反向点动按钮，这是在调整过程中所必须的。PLC的输出信号中，Y1、Y2、Y3分别控制变频器的多段转速控制端X1、X2、X3;Y5、Y6分别控制变频器的正转、反转。

　　变频器的参数设置：