惠丰变频器在龙门刨床上的应用.docVIP

惠丰变频器在龙门刨床的变频调速改造 烟台惠丰电子有限公司 柳新春 摘 要：本文就传统龙门刨床（使用直流电机拖动控制）采用交流变频控制进行深入探讨，研究采用变频拖动龙门刨床的可行性，证明不但能满足设备的技术性能要求，同时还能获得明显的经济效益。 关键词：龙门刨床；直流控制系统；变频调速；经济效益 一 前言 龙门刨床是制造重型设备必用的大型机床，主要用来加工大型工件的各种平面，端面，斜面和槽体，该设备应用广泛，自动化控制要求高，在机床电力拖动控制系统中具有典型的代表意义，广泛的被列入高校的教材。 1龙门刨床概述 1．1 结构 该设备主要由七部分组成：A床身 B工作台C横梁D左右垂直刀架 E左右侧刀架和进给箱 F立拄G 龙门顶 1．2 工作特点 该设备在工作过程是工件与刨刀作相对运动的过程，工作台与工件频繁的进行往复运动，各切削动作在工作行程内进行，而在返回行程中只是空转。在每个切削过程中刀架没有进给运动，只是在工作台在返回工作行程转到工作行程的期间内刀架才位移一定的距离。对龙门刨床来讲，龙门刨的工作台和工件的的纵向往复运动是主运动，横梁的的上下移动以及刀架沿横梁的左右移动和侧刀架在立拄的上下往复运动为辅运动。 主运动有以下特点： 见图1 L1为工作行程长度，，L2为返回行程长度，V，V1，V2分别为慢速切入速度，正常切削速度和返回速度。各时间段的工作介绍：0-t1工作台前进启动阶段，t1-t2刀具慢速切入阶段，t2-t3刀具加速进入正常加工速度阶段，t3-t4正常加工速度阶段，t4-t5减速退出工作阶段，t5-t6反接制动到返回阶段，t6-t7返回速度稳定阶段，t7-t8最后减速阶段，t8-t9返回反接制动阶段，至此完成一个完整的加工过程，开始准备下一个工作过程。在此工作时间内，大家会发现各时间段的速度不一致：在刀具进入工件前采用低速度主要是为防止因撞击而蹦坏工件的边缘和减少刀具在进入工件时所受的撞击力，延长刀具的工作使用寿命。进入工件后，工作台加速到V1（t3-t4），离开工件前减速的目的（t4-t5）主要是防止高速崩裂工件的边缘，工作台在返回过程中没有切削工作发生。通常我们为提高生产效率，返回时采用V2高速返回（t6-t7）。返回过程再反向到工作速度之前，为防止越位（限位开关）和对传动机构的冲击，通常要有一个减速过程（t7-t8）。 辅助运动： 在龙门刨的加工过程中，横梁是不能移动的，只有在完成一个工件，准备加工另一个工件，才根据工艺的需要来调整刀架的高度和移动横梁，距离视工件尺寸来定，横梁的移动属于“点动”的性质，为保证横梁按要求停在一定的位置上，设有夹紧机构。 1．3动力控制系统介绍 1．3．1 动力拖动系统的负荷性质： 在切削过程中，当切削速度V1〈25m/min,最大切削力为8000kgf,在调速过程中负荷为恒转矩负载，当V1〉25m/min时，允许的最大切削力随速度的增大而减少，输出功率保持不变，为恒功率负载；如果在V》25m/min时仍要保持8000kgf的切削力，则龙门刨的横梁和立拄可能受到破坏变形。因此龙门刨的最高切削速度时的最大 切削力是由龙门刨的的机械结构强度来决定的。 1．3．2原主拖动系统：我们以B2016—A型龙门刨为例：主传动采用G——M调速系统，直流电机功率60KW，直流发电机70KW，交流电动机55KW，控制直流发电机励磁系统的交磁扩大机组为2。2KW，采用机械速比为2：1和电气调速10：1的机电联合调速模式。 调速系统的分析： 该调速系统的负载性质如下图所示： 其中Fm表示最大切削力，V1表示切削速度，Pm表示最大切削功率。V2对应最大转矩时的最高转速，在图中可以看出，V1—V2范围内为恒转矩负载性质。V2—V3范围为恒功率负载性质。，若整个调速范围均采用恒转矩性质的调压调速，则所需要的电机功率Pm为负载所需要的最大切削功率Pm的V3/V2倍。当V3=90m/min,V2=25m/min,Pm2/Pm1=3.6 显然，单纯采用调压调速方案不是很合理。为解决该问题，该系列龙门刨采用机械与机电联合调速方式，其中齿轮调速具有恒功率性质，此时恒转矩调速范围可缩小致V1——V3/2所须电动机功率Pm3是负载所须的最大切削功率Pm1的V3/2V2倍，即Pm3/Pm1=90/2*25=1.8.由此可见，机电联合调速和单纯调压调速相比，电动机的设计功率可以缩小一半。不过由于机电调速与生产机械调速的要求仍然不是完全匹配，所以电动机的功率仍然比负载所须的功率大了0.8倍。显然，A系列的龙门刨直流电机的功率仍然没有得到充分利用。如果采用交流变频拖动系统，我们就可以通过灵活的参数预制，恒转矩和恒功率调速的转换点，使拖动系统的特性更好的满足龙门刨床的特性要求，从而降低主拖动