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在工廠中，龍門刨床被廣泛用于大型工件的加工。傳統(tǒng)的龍門刨床的刨臺采用直流電動機拖動，缺點是設(shè)備造價高，效率低；若將龍門刨床的刨臺換成交流電動機拖動，采用變頻調(diào)速，則經(jīng)濟效益十分可觀
一、龍門刨床的工藝分析
龍門刨床的主運動：
龍門刨床的刨削過程是工件（安裝在刨臺上）與刨刀之間作相對運動的過程。因為刨刀除進給運動外，（此運動一般由數(shù)控定位或手動定位）加工過程是不動的，所以龍門刨床的主運動就是刨臺頻繁的往復(fù)運動，變頻器所拖動的就是刨臺電機這種往復(fù)運動。所謂往復(fù)運動周期，是指刨臺每往返一次的速度變化過程。以某國產(chǎn)A系列龍門刨床為例，其往復(fù)周期如圖1所示。
圖1 刨臺的往復(fù)周期
a）刨臺的運動示意圖 b）往復(fù)周期
圖中，Vf為線速度；t為時間。各時段(t1~t5)的工作狀況如下：
t1段： 刨臺起動、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。
返回過程是不切削工件的空載行程，為了節(jié)約時間，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，為了減小對傳動機構(gòu)的沖擊，又應(yīng)將速度降低為v0；之后，便進入下一周期，重復(fù)上述過程。注意：t4、t5時間段變頻器反轉(zhuǎn)。
二、刨臺運動的機械特性
以此刨床為例，說明如下：
1、刨臺運動的負荷特性
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)速過程中，負荷具有恒轉(zhuǎn)矩特性。
2） 切削速度vQ＞25m/min，由于橫梁與立柱等機械結(jié)構(gòu)的強度所限制，允許的最大切削力隨速度的增大而減小。因此，在調(diào)速過程中負荷具有恒功率性質(zhì)。
2、刨臺的傳動機構(gòu)
分成兩擋，以45m/min為界，速度比為2：1。
三、刨臺運動的變頻調(diào)速
1、變頻調(diào)速方案的設(shè)計要點
1） 電動機選型 一般來說，以選用變頻調(diào)速專用電動機為宜。
2） 變頻器的選型 近年來，龍門刨床常常與銑床兼用，而銑削時的進刀速度約只有刨削時的1/100，故要求拖動系統(tǒng)具有良好的低速運行（即低頻力矩特性）性能。所以選用四方矢量變頻C320系列。
3） 制動電阻與制動單元 如上述，刨臺在工作過程中，處于頻繁往復(fù)的運行狀態(tài)。為了提高工作效率、縮短輔助時間，刨臺的加、減速時間應(yīng)盡可能的短。因此，直流回路中的制動電阻與制動單元是必不可少的。由于往復(fù)十分頻繁，故制動電阻的容量應(yīng)比一般情況下的容量大1~2檔次。
2、刨臺往復(fù)運動的控制
1） 往復(fù)指令 刨臺在往復(fù)周期中，實現(xiàn)速度變化的指令信號，是由刨臺下面專用的接近開關(guān)的狀態(tài)得到的。接近開關(guān)的狀態(tài)由裝在刨臺下部的4個“接近塊”（相當(dāng)于行程開關(guān)的擋塊，分別編以1、2、3、4號）的接近情況所決定，如圖2a所示。圖中，為了直觀起見，仍用行程開關(guān)和擋塊來表示。SQ1、SQ2是用來決定刨臺的運行情況的；SQ5、SQ6是極限開關(guān)，用于對刨臺極限位置的保護。各接近開關(guān)在不同時序中的狀態(tài)如圖2b所示。圖中“1”表示接近開關(guān)被“撞”；“0”表示接近開關(guān)復(fù)位。
2）刨臺運動的控制電路 由于龍門刨床的實際控制電路，除刨臺的往復(fù)運動外，還必須考慮刨臺運動與橫梁、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的輸入信號中，SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分別為各切換點的接近開關(guān)；按鈕開關(guān)SB1用于循環(huán)開始，SB2用于緊急停機；SB3、SB4分別為正、反向點動按鈕，這是在調(diào)整過程中所必須的。PLC的輸出信號中，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：
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F0.0=1 |
F0.4=0001 |
F0.10=3 |
F0.11=3 |
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F0.8=75 |
F2.9=75 |
F3.8=16 |
F4.11=130 |
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F4.12=110 |
F4.24=680 |
F4.25=90 |
F3.0=1 |
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F3.1=2 |
F3.2=3 |
F5.1=20 |
F5.2=60 |
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F5.3=20 |
F5.4=75 |
F5.5=20 |
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使用C320系列矢量變頻器注意事項：當(dāng)匹配變頻器容量高于電機容量時，應(yīng)輸入電機參數(shù)進行電機參數(shù)自測定且變頻器容量與電機容量相差在兩擋以內(nèi)。否則由于電機參數(shù)不匹配可能導(dǎo)致變頻器輸出力矩達不到理想的輸出要求。
圖3 刨臺變頻調(diào)速往復(fù)周期控制電路圖
四、變頻器調(diào)試要點
在調(diào)試變頻器的過程中，主要針對工作臺頻繁換向，快速響應(yīng)等問題進行調(diào)整。
1、注意變頻器與電機的自調(diào)諧過程。在選擇矢量控制方式第一次運行前，一定要進行電機的自動調(diào)諧工作，以便獲得被控電機的準確電氣參數(shù)。這種過程相當(dāng)于對負載電動機自動地進行一次“等效電路參數(shù)測定實驗”，力求達到準確的矢量控制。
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、高速運行等嚴重惡劣條件造成或在運動中工作臺慣性大，勢必會在減速與反向過程中會向原方向作一定距離的慣性運動，務(wù)必調(diào)整變頻器的有關(guān)參數(shù)，一定要準確控制加減速時間及制動的投入方式，否則會出現(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，工作時直流發(fā)電機組一直處于運行狀態(tài)，特別是在工作間隙，測量工件等，白白耗費大量的空載能量。改造后，龍門刨床只是在工作臺運動時才消耗能量，并且在輕載時變頻器自動節(jié)能。
2、運行與維護
改造前，由于刨床使用時間長，各處性能不如最初，換向慣性大，機床維修量大，并且難以維修，特別是勵磁發(fā)電機不發(fā)電故障。改造后，采用了先進的矢量控制，從性能、穩(wěn)定性上超過原來，換向慣性小，反向快速響應(yīng)。變頻器控制柜集中，基本上沒有出現(xiàn)大的故障。
3、環(huán)境改善
改造前，發(fā)電機組工作時噪音嚴重，高達80dB。改造后，檢測噪音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，機組占地面積大，改造后僅為原來的10%。
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