摘要：針對龍門刨床機械式進刀量控制機構的結構特點，采用PLC為主控制器，以變頻器作為控制電源，研制了一種龍門刨床刀架自動進給控制系統實踐表明該系統設計*、操縱方便、運行可靠。
　　
　　傳統的龍門刨床電控系統采用接觸器和繼電器，時常發生觸點故障。本文著重介紹一種運用PLC控制調速器，結合減速裝置實現的刀具自動進給控制系統。該方案替換了原機械進刀機構，進步了進刀精度和可操縱性，并具有很好的可移植性，可廣泛應用于各種機床的進刀系統。
　　
　　以BQ2020型龍門刨床電器控制系統為例，它的機械進刀傳動示意圖見圖1。電動機1傳動蝸桿2帶動蝸輪3轉動，齒輪8處在左位時，結合子4和5結合，進刀機構處在進給工位。當齒輪8處在右位時，進刀機構處在快速工位，結合子9和10結合，超越離合器11帶動齒輪8旋轉。通過改變超越離合器轉動的角度，使齒輪8轉動不同的角度，從而獲得刀架不同的進給量。在實際使用過程中表現出機械沖擊大、電器故障多、進刀不均或進刀無力的缺點。本文提出的自動進給控制方案，可以有效地解決這些題目。

　　
　　一、整體改造方案
　　
　　改造后的龍門刨床主控系統采用PLC可編程控制器，實現其全部工作過程自動控制。包括橫梁上下、刀架移動、抬刀落刀、工作臺自動往復運動及聯鎖保護和報警等。PLC的硬件設計基本上按照常規進行。本設計中不直接用PLC的輸出繼電器帶動交流接觸器，而是在每個輸出觸點后面增加了一個24V的直流繼電器，用該繼電器的觸點驅動負載，不僅可以擴展輸出點數，進步通用性，也對PLC的輸出繼電器起到了保護作用。其中工作臺拖動電機的啟動、停止、正反轉以及轉速調節由PLC控制調速裝置完成，取代原有的繼電器接觸器控制系統和交直流發電機組拖動裝置。橫梁升降仍然用原有的電動機，抬刀仍然保存原有的電磁鐵，但是都由PLC同一控制。龍門刨床的整體系統控制結構如圖2所示。
　　
　　本文著重介紹刀架自動進刀控制系統的改造方案。
　　
　　二、刀架自動控制方案
　　
　　1．刀架工作方式
　　
　　刀具進給控制系統如圖3所示。龍門刨床的刀架分為垂直刀架、左側刀架和右側刀架，其動作原理基本一樣，現以垂直刀架為例說明。
　　
　　刀架的移動分為手動快速移動和自動進給兩種方式，由控制柜面板上的刀架工作方式選擇開關給PLC發送指令。變頻器輸出頻率由兩個電位器給定，WR1決定快移速度，WR2決定自動進給速度，由操縱職員根據需要隨時進行調節。
　　
　　當需要刀架快移對刀時，刀架工作方式選擇開關選擇“快移”，由按鈕通過PLC控制變頻器（圖4中的KA16）的狀態，進而控制電機運轉的啟停。
　　
　　在需要刀架自動進給時，刀架工作方式選擇開關選擇“進給”，此時，電動機的轉速由WR2給定。每次工作臺由前進轉換到后退時，PLC接通抬刀電磁鐵的電源，刨刀抬起，同時刀架完成進給動作。當工作臺由后退轉換到前進時，抬刀電磁鐵線圈斷電，刨刀彈簧復位落下。當自動進給行程結束后，刀架撞擊行程開關，刀架以快移速度快速返回，可以設置另一行程開關控制刀架停止，也可以由操縱職員手動停止。另外還有一個手動抬刀控制開關在選刀架時使用。
　　
　　2．刀架進刀量的控制
　　
　　刀具進給時，由PLC通過變頻器調速裝置控制刀架進給電機的啟動和停止，進刀量則由每次電動機運轉的時間△t和電動機的轉速決定。
　　
　　設電動機的轉速為n轉／分，每次進給時轉動的時間為△t秒，傳動絲杠的螺距為Lmm，則進給當量為：
　　
　　δ=△t×n×L/60mm（1）
　　
　　式中傳動絲杠的螺距L是固定的，△t在PLC中由專業職員通過修改程序參數設定，一般也不需要變更。在△t和L不變的情況下，自動進刀量可通過控制柜上的速度調節電位器WR2調整電機的轉速來調節，方便工人的現場操縱。
　　
　　3．刀架進刀量的精度控制
　　
　　一般來說，PLC能夠很好地保障△t的精度，傳動絲杠的螺距L的精度也可以保證，所以電機轉速的穩定性是保證進刀量精度的關鍵。
　　
　　龍門刨床的刀架在自動進刀時的進刀量通常都為幾個毫米，假如由電動機直接帶動絲杠，電機轉速相應就要調得很低，而低速狀態下電機轉速的變化率高。同時，由于交流異步電動機啟動的時間難于控制，從而會引起較大的誤差。為了減少誤差，我們在電機和刀架傳動絲杠之間加裝了減速箱。這樣，電機就可以工作在較高的速度上，時間也可以加長。
　　
　　三、進刀機構拖動電源的設計
　　
　　龍門刨床工作臺和進刀機構都有直流和交流兩種拖動方案。
　　
　　1．直流拖動
　　
　　以實際采用的SSD950十為例，它是一種全數字式直流調速裝置，使用一個內部的電流環和一個外部的速度環來控制直流電動機。可以采用電樞電壓反饋，具有IR補償；也可采用編碼反饋或模擬測速電機反饋。考慮到工作環境和性價比，本方案選用測速電機反饋，速度范圍為100:1，其工作原理如圖4所示。

　　
　　圖中MB為直流電機，BR為直流測速電機，PLC控制的繼電器觸點KA16閉合時刀架快移，KA17閉合時刀架進給，WR1、WR2為調速電位器。KA20、KA28閉合時電機正轉，KA21、KA28閉合時電機反轉。KA28是有故障時緊急停機用的常開觸點，正常工作時加電處于閉合狀態。在進刀機構中使用時，要求對刀正確、加工精度高、停機時間設為標準模式的下限0.1s。
　　
　　2．交流拖動方式
　　
　　采用法國施耐德公司的ATV31系列變頻器作為進刀電機的調速控制器，它提供豐富的軟件功能、操縱簡便、體積小、節省空間、具有可編程邏輯輸進。以本文所用的ATV31HU40N4型變頻器為例，其適用電機為4kW的三相交流電機，使用方法如圖5所示。

　　
　　M為進刀電機，RZ為電機制動電阻，PO為直流母線正極性，和PA+之間一定要有共用連接，KA16和KA17是由PLC控制的繼電器觸點，分別控制進刀電機的快速移動和刀架進給，電機的轉速分別由安裝在控制柜上的電位器WR3和WR4調整，KA20和KA21分別控制電機的正轉和反轉，KA29為緊急停機用的觸點，正常工作時閉合，由PLC監控系統的工作狀態，在有故障時斷開電機供電。