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龙门刨床刀架自动进给控制系统结构特点 本篇文章来源于中国机床网|JiChuang.NET 原文出处:http://www.jichuang.net/news/news_81605.html本篇文章来源

中国机床网   传统的龙门刨床电气控制系统普遍采用接触器继电器控制技术。由于采用硬点接触且连线复杂,因此电气系统时常发生触点故障,使龙门刨床经常处于停机维修状况,不能保证正常生产。作者曾经应用PLC对多台龙门刨床电气控制系统进行过改造,对龙门刨床各个运动部件的控制总结了一套成熟的解决方案。本文着重介绍一种运用PLC控制调速器,结合减速装置实现刀具自动进给控制系统。该方案替换了原机械式进刀量控制机构,极大地改善了进刀精度和可操作性,并具有很好的可移植性,可广泛应用于各种机床的进刀系统控制。
    以BQ 2020型龙门刨床电器控制系统为例,它的刀架进刀机构为机械式进刀方式,其传动示意图如下图所示。蜗杆经电动机传动从而带动蜗轮转动,齿轮处在左位时,进刀机构处在进给工位,结合子1和结合子2结合,进刀机构处在快速工位。当齿轮处在右位时,结合子3和结合子4结合,超越离合器带动齿轮旋转。通过改变超越离合器可转动的角度,使齿轮转动不同的角度,从而获得刀架不同的进给量。传统的龙门刨床多采用该类型的刀架进给机构,是典型的间歇进给运动。在实际使用过程中,进给电动机频繁正反转,机械冲击大,电器故障多,超越离合器易磨损,经常出现进刀不均或进刀无力的现象,此种机构故障多且维修量大。本文提出的自动进给控制方案,可以有效地解决这些问题。

1 整体改造方案

    改造后的龙门刨床主控系统采用PLC,实现其全部工作过程自动控制,包括横梁上下、刀架移动、抬刀落刀、工作台自动往复运动及联锁保护、报警等。PLC的硬件设计基本上按照常规进行。本设计中不直接用PLC的输出继电器带动交流接触器,而是在每个输出触点后面增加了一个24 V的直流继电器,用该继电器的触点驱动负载,不仅可以扩展输出点数,提高通用性,也对PLC的输出继电器起到了保护作用。其中工作台拖动电机的起动、停止、正反转以及转速调节由PLC控制调速装置完成,取代原有的继电器接触器控制系统和交直流发电机组拖动装置。横梁升降仍然用原有的电动机,抬刀仍然保留原有的电磁铁,但是都由PLC统一控制。龙门刨床的整体系统控制结构。

2 刀架自动控制方案

2.1 刀架工作方式的控制

本文提出的刀架工作方式。

 

    龙门刨床的刀架分为垂直刀架、左侧刀架和右侧刀架,其动作原理基本一样,只是位置不同,现以垂直刀架为例进行说明。

    刀架的移动分为手动快速移动和自动进给两种工作方式,由控制柜面板上的刀架工作方式选择开关给PLC发送指令进行选择。变频器输出频率由两个电位器给定,WR1决定快移速度;WR2决定自动进给速度;由操作人员根据需要随时进行调节。

    当需要刀架快移对刀时,刀架工作方式选择开关选择“快移”方式,由按钮通过PLC控制变频器的状态,进而控制电机运转的起停,电动机的转速由WR1给定。

    在需要刀架自动进给时,刀架工作方式选择开关选择“进给”方式,此时,电动机的转速由WR2给定。每次工作台由前进转换到后退时,PLC接通抬刀电磁铁的电源,刨刀抬起,同时刀架完成进给动作。当工作台由后退转换到前进时,抬刀电磁铁线圈断电,刨刀弹簧复位落下。当自动进给行程结束后,刀架撞击行程开关,刀架以快移速度快速返回,可以设置另一行程开关控制刀架停止,也可以由操作人员手动停止。另外还有一个手动抬刀控制开关在选刀架时使用。

2.2 刀架进刀量的控制

    刀具进给时,由PLC通过变频器调速装置控制刀架进给电机的起动和停止,进刀量则由每次电动机运转的时间△t和电动机的转速决定。

    设电动机的转速为n转/分,每次进给时转动的时间为△t秒,传动丝杠的螺距为L毫米,则进给当量为:

δ=△t×n×L/60 (mm)(1)

 

(1)式中传动丝杠的螺距L是固定的,△t在PLC中由专业人员通过修改程序参数设定,一般也不需要变更。在△t和L不变的情况下,自动进刀量可通过控制柜上的速度调节电位器WR2调整电机的转速来调节,方便工人的现场操作。

2.3 刀架进刀量的精度控制

    一般来说,PLC能够很好地保障△t的精度,传动丝杠的螺距L的精度也可以保证,所以电机转速的稳定性是保证进刀量精度的关键。

    龙门刨床的刀架在自动进刀时的进刀量通常都为几个毫米,如果由电动机直接带动丝杠,电机转速相应就要调得很低,而低速状态下电机转速的变化率高,同时,由于交流异步电动机起动的时间难于精确控制,从而会引起较大的误差。为了减少误差,我们在电机和刀架传动丝杠之间加装了减速箱,这样,电机就可以工作在较高的速度上,时间也可以加长。转速不稳和起动时间不确定性所造成的误差就可以大大减小。

    举例来说,设进刀量为2 mm,传动丝杠的螺距L为2 mm,由电动机直接带动丝杆,电动机转速调节到20 r/min,按照理想的情况,电动机不需要起动时间,由(1)式可以计算出电动机运行时间需要3 s。但是,如果电动机起动时间由±0.6 s的变化范围,就有可能造成20%左右的误差。如果加上30∶1的加速器,误差就可以控制在1%之内,可以满足加工要求。在实际设计时,由于电机的转动时间设定和速度调节都有很好的自由度,减速箱的减速比设定主要考虑电机的额定转速和进刀速度要求,以使电机可以有较高的工作效率和稳定性。

3 进刀机构拖动电源的设计

    龙门刨床工作台有直流和交流两种拖动方案,进刀机构的拖动方案也有交流和直流两种。如果选用直流电动机,可采用各种品牌的直流数字调速装置进行控制。如果选用交流电动机,可以采用各种品牌的变频器,用以对各类交流电机进行调速控制。

3.1 直流拖动方式

    以实际采用的SSD 950+为例,它是一种全数字式直流调速装置,使用一个内部的电流环和一个外部的速度环来控制直流电动机,可以采用电枢电压反馈,具有IR补偿,也可采用编码反馈,或模拟测速电机反馈;考虑到工作环境和性价比,本方案选用测速电机反馈,速度范围为100∶1,其工作原理。

 

    MB为直流电机,BR为直流测速电机,PLC控制的继电器触点KA16闭合时刀架快移,KA17闭合时刀架进给,WR1、WR2为调速电位器。KA20、KA28闭合时电机正转,KA21、KA28闭合时电机反转。KA28是有故障时紧急停机用的常开触点,正常工作时加电处于闭合状态。在进刀机构中使用时,要求对刀准确,加工精度高,停机时间设为标准模式的下限0.1 s。

3.2 交流拖动方式

    采用法国施耐德公司的ATV31系列变频器作为进刀电机的调速控制器,它提供丰富的软件功能,操作简便,体积小,节省空间,具有可编程逻辑输入。以本文所用的ATV31HU40N4型变频器为例,其适用电机为4 kW的三相交流电机,使用方法。

    M为进刀电机,RZ为电机制动电阻,PO为直流母线正极性,它和PA+之间一定要有共用连接,KA16和KA17是由PLC控制的继电器触点,分别控制进刀电机的快速移动和刀架进给,电机的转速分别由安装在控制柜上的电位器WR3和WR4调整,KA20和KA21分别控制电机的正转和反转,决定快移与进刀的方向,KA29为紧急停机用的常开触点,正常工作时闭合,由PLC监控系统的工作状态,在有故障时断开电机供电。

本篇文章来源于中国机床网|JiChuang.NET 原文出处:http://www.jichuang.net/news/news_81605.html

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