龙门刨床的自动化改造

【论文摘要】利用PLC与变频技术对B2016A型龙门刨床进行自动化改造，以提高其的加工效率与精度。

一 引言
 长沙某机床厂的B2016A型龙门刨床被用于加工车床导轨。该设备使用日久，出现了精度降低，调速性差，生产效率低等问题，故急需对其进行改造。考虑到原有设备与加工要求调速比达到40：1以上，可用于刨、铣削，静差度小于10%，切削力恒定、平稳、冲击小，刀具切入切出时自动减速，功耗低，安全可靠、易于维护等要求。我们决定采用变频器结合PLC的改造方法。
 
 二 原刨床的基本情况
 
 2.1基本结构
 龙门刨床包括，床身、工作台、横梁、左右垂直刀架、左右侧刀架、进给箱、立柱、龙门顶等
 2.2工作过程
 龙门刨的刨削过程是工件与刨刀相对运动。因此工作台与工件必须频繁地进行往复运动，切削加工只在工作行程中，返回行程只是空转。在切削过程中没有进给运动，只有在返回行程中才有刀架的进给运动。其中，工作台与工件间的往复运动称为主运动，横梁、刀架的运动称作辅助运动。
 2.3运动特点
 主运动的速度图 如图1所示

其中0-t1工作台前进起动阶段
 t1-t2刀具慢速切入阶段
 t2-t3加速至稳定工作速度
 t3-t4工作速度阶段
 t4-t5减速退出工件阶段
 t5-t9返回阶段
 慢速切入切出，即防止崩坏工件又可以提高刀具使用寿命。高速切削、返回以提高加工效率。
 2.4传动系统
 国产A系列龙门刨采用G-M（发电机组电动机）调速系统交流电机拖动直流发电机再拖动直流电动机，由交磁放大机控制发电机的励磁系统，结合机械传动，达到20:1的机电联合调速系统。进刀机构采用进刀继电器控制进刀，而继电器铁心和圆盘齿因频繁运动而磨损，使精度下降。
 
 三 变频调速
 
 3.1变频的优越性
 调速范围宽达40:1更换不同的工作组件就可使刨床用于刨、铣、磨 一机三用。为提高加工精度，工作台的速度不随切削量的变化而变化，静差度小于3%，自动调速，达到速度曲线的要求提高加工质量与效率。
 3.2设备组成
 工作台的主运动只需一台45KW的异步电机经变频拖动，实现无级变速。工作台换向制动利用变频器自带的能量反馈装置，使制动速度快，能量又反馈到电网中。垂直刀架和左右测刀架采用步进电机控制，使进刀量准确，提高加工精度。另增加一个11KW的变频器控制的铣刀头，作为附加组件。
 3.3组成框图
 系统以PLC为控制核心，组成如图所示

四 PLC控制
 
 控制部分采用PLC可编程控制器控制，其功能强、速度快、接点数少、可靠性高，并可通过CNC接口接入CIMS系统。
 4.1控件选配
 变频器采用三菱的FR-A540型通用变频器，具有矢量控制，自动保护，反馈制动等功能，PLC采用三菱FX2N，具有25点输入，16点输出。
 4.2控制电路
 变频器的设置，将变频器设置为外部控制状态，实现远程控制，由A0，A1按编码组合为四种运行速度，以A2为点动控制。A3反转控制A4为停车。GM为光电编码器反馈输入信号。PLC的X0—X25为操作和工艺控制的输入信号端，输出端，Y0—Y5为控制主变频器 ，Y6—Y15控制横梁升降，刀架进给，铣、磨头的运动。
 端子功能及接线图如下：

五结束语
 
 在整个机床的改造过程中涉及到了许多测试，调试的问题，在硬件设备安装好后有进行了许多调试工作。PLC程序的编制综合考虑了工艺与加工要求的问题，变频器参数设置也需考虑具体的加工要求。