解決方案
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一、龍門刨床的工藝分析
龍門刨床的主運(yùn)動(dòng)：
龍門刨床的刨削過(guò)程是工件（安裝在刨臺(tái)上）與刨刀之間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。因?yàn)榕俚冻M(jìn)給運(yùn)動(dòng)外，（此運(yùn)動(dòng)一般由數(shù)控定位或手動(dòng)定位）加工過(guò)程是不動(dòng)的，所以龍門刨床的主運(yùn)動(dòng)就是刨臺(tái)頻繁的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，變頻器所拖動(dòng)的就是刨臺(tái)電機(jī)這種往復(fù)運(yùn)動(dòng)。所謂往復(fù)運(yùn)動(dòng)周期，是指刨臺(tái)每往返一次的速度變化過(guò)程。以某國(guó)產(chǎn)A系列龍門刨床為例，其往復(fù)周期如圖1所示。
圖1 刨臺(tái)的往復(fù)周期
a）刨臺(tái)的運(yùn)動(dòng)示意圖 b）往復(fù)周期
圖中，Vf為線速度；t為時(shí)間。各時(shí)段(t1~t5)的工作狀況如下：
t1段： 刨臺(tái)起動(dòng)、刨刀切入工件段。
為了減小在刨刀剛切入工件的瞬間，刀具所受的沖擊和防止工件被崩壞，v0速度較低。
t2段： 刨削段。
刨臺(tái)加速至正常的刨削速度vf 。
t3段： 刨刀退出工件段。
為了防止工件邊緣破裂，故將速度又降低為v0 。
t4段： 返回段。
返回過(guò)程是不切削工件的空載行程，為了節(jié)約時(shí)間，提高工作效率，返回速度應(yīng)盡可能快一些，設(shè)為vr 。
t5段：緩沖段。
返回行程即將結(jié)束、再反向到工作速度之前，為了減小對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的沖擊，又應(yīng)將速度降低為v0；之后，便進(jìn)入下一周期，重復(fù)上述過(guò)程。注意：t4、t5時(shí)間段變頻器反轉(zhuǎn)。
二、刨臺(tái)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械特性
以此刨床為例，說(shuō)明如下：
1、刨臺(tái)運(yùn)動(dòng)的負(fù)荷特性
1）切削速度vQ≤25m/min,在這一速度段，龍門刨床允許的最大切削力相同。在調(diào)速過(guò)程中，負(fù)荷具有恒轉(zhuǎn)矩特性。
2）切削速度vQ＞25m/min，由于橫梁與立柱等機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度所限制，允許的最大切削力隨速度的增大而減小。因此，在調(diào)速過(guò)程中負(fù)荷具有恒功率性質(zhì)。
2、刨臺(tái)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
分成兩擋，以45m/min為界，速度比為2：1。
三、刨臺(tái)運(yùn)動(dòng)的變頻調(diào)速
1、變頻調(diào)速方案的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1）電動(dòng)機(jī)選型 一般來(lái)說(shuō)，以選用變頻調(diào)速專用電動(dòng)機(jī)為宜。
2）變頻器的選型 近年來(lái)，龍門刨床常常與銑床兼用，而銑削時(shí)的進(jìn)刀速度約只有刨削時(shí)的1/100，故要求拖動(dòng)系統(tǒng)具有良好的低速運(yùn)行（即低頻力矩特性）性能。所以選用四方矢量變頻C320系列。
3）制動(dòng)電阻與制動(dòng)單元 如上述，刨臺(tái)在工作過(guò)程中，處于頻繁往復(fù)的運(yùn)行狀態(tài)。為了提高工作效率、縮短輔助時(shí)間，刨臺(tái)的加、減速時(shí)間應(yīng)盡可能的短。因此，直流回路中的制動(dòng)電阻與制動(dòng)單元是必不可少的。由于往復(fù)十分頻繁，故制動(dòng)電阻的容量應(yīng)比一般情況下的容量大1~2檔次。
2、刨臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的控制
1）往復(fù)指令 刨臺(tái)在往復(fù)周期中，實(shí)現(xiàn)速度變化的指令信號(hào)，是由刨臺(tái)下面專用的接近開(kāi)關(guān)的狀態(tài)得到的。接近開(kāi)關(guān)的狀態(tài)由裝在刨臺(tái)下部的4個(gè)“接近塊”（相當(dāng)于行程開(kāi)關(guān)的擋塊，分別編以1、2、3、4號(hào)）的接近情況所決定，如圖2a所示。圖 中，為了直觀起見(jiàn)，仍用行程開(kāi)關(guān)和擋塊來(lái)表示。SQ1、SQ2是用來(lái)決定刨臺(tái)的運(yùn)行情況的；SQ5、SQ6是極限開(kāi)關(guān)，用于對(duì)刨臺(tái)極限位置的保護(hù)。各接近開(kāi)關(guān)在不同時(shí)序中的狀態(tài)如圖2b所示。圖中“1”表示接近開(kāi)關(guān)被“撞”；“0”表示接近開(kāi)關(guān)復(fù)位。
2）刨臺(tái)運(yùn)動(dòng)的控制電路 由于龍門刨床的實(shí)際控制電路，除刨臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)外，還必須考慮刨臺(tái)運(yùn)動(dòng)與橫梁、刀架之間的配合等，故控制電路以采用PLC較為方便，其往復(fù)控制電路如圖3所示。PLC的輸入信號(hào)中，SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分別為各切換點(diǎn)的接近開(kāi)關(guān)；按鈕開(kāi)關(guān)SB1用于循環(huán)開(kāi)始，SB2用于緊急停機(jī)；SB3、SB4分別為正、反向點(diǎn)動(dòng)按鈕，這是在調(diào)整過(guò)程中所必須的。PLC的輸出信號(hào)中，Y1、Y2、Y3分別控制變頻器的多段轉(zhuǎn)速控制端X1、X2、X3；Y5、Y6分別控制變頻器的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。
變頻器的參數(shù)設(shè)置：
使用C320系列矢量變頻器注意事項(xiàng)：當(dāng)匹配變頻器容量高于電機(jī)容量時(shí)，應(yīng)輸入電機(jī)參數(shù)進(jìn)行電機(jī)參數(shù)自測(cè)定且變頻器容量與電機(jī)容量相差在兩擋以內(nèi)。否則由于電機(jī)參數(shù)不匹配可能導(dǎo)致變頻器輸出力矩達(dá)不到理想的輸出要求。
圖3 刨臺(tái)變頻調(diào)速往復(fù)周期控制電路圖
四、變頻器調(diào)試要點(diǎn)
在調(diào)試變頻器的過(guò)程中，主要針對(duì)工作臺(tái)頻繁換向，快速響應(yīng)等問(wèn)題進(jìn)行調(diào)整。
1、注意變頻器與電機(jī)的自調(diào)諧過(guò)程。在選擇矢量控制方式第一次運(yùn)行前，一定要進(jìn)行電機(jī)的自動(dòng)調(diào)諧工作，以便獲得被控電機(jī)的準(zhǔn)確電氣參數(shù)。這種過(guò)程相當(dāng)于對(duì)負(fù)載電動(dòng)機(jī)自動(dòng)地進(jìn)行一次“等效電路參數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)”，力求達(dá)到準(zhǔn)確的矢量控制。
2、避免出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。由于加工切削量不同、工件重量不等、行程不一、高速運(yùn)行等嚴(yán)重惡劣條件造成或在運(yùn)動(dòng)中工作臺(tái)慣性大，勢(shì)必會(huì)在減速與反向過(guò)程中會(huì)向原方向作一定距離的慣性運(yùn)動(dòng)，務(wù)必調(diào)整變頻器的有關(guān)參數(shù)，一定要準(zhǔn)確控制加減速時(shí)間及制動(dòng)的投入方式，否則會(huì)出現(xiàn)越位等故障。
五、應(yīng)用情況及效果
1、工作方式
在龍門刨床改造前，工作時(shí)直流發(fā)電機(jī)組一直處于運(yùn)行狀態(tài)，特別是在工作間隙，測(cè)量工件等，白白耗費(fèi)大量的空載能量。改造后，龍門刨床只是在工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)才消耗能量，并且在輕載時(shí)變頻器自動(dòng)節(jié)能。
2、運(yùn)行與維護(hù)
改造前，由于刨床使用時(shí)間長(zhǎng)，各處性能不如最初，換向慣性大，機(jī)床維修量大，并且難以維修，特別是勵(lì)磁發(fā)電機(jī)不發(fā)電故障。改造后，采用了先進(jìn)的矢量控制，從性能、穩(wěn)定性上超過(guò)原來(lái)，換向慣性小，反向快速響應(yīng)。變頻器控制柜集中，基本上沒(méi)有出現(xiàn)大的故障。
3、環(huán)境改善
改造前，發(fā)電機(jī)組工作時(shí)噪音嚴(yán)重，高達(dá)80dB。改造后，檢測(cè)噪音70dB，改善了工作環(huán)境，有利于操作工人的身心健康。
4、占地面積
改造前，機(jī)組占地面積大，改造后僅為原來(lái)的10%。
