沈陽第一機床廠傳統的龍門刨床電氣控制系統普遍采用接觸器繼電器控制技術。由于采用硬點接觸且連線復雜，因此電氣系統時常發生觸點故障，使龍門刨床經常處于停機維修狀況，不能保證正常生產。作者曾經應用PLC對多臺龍門刨床電氣控制系統進行過改造，對龍門刨床各個運動部件的控制沈陽第一機床廠總結了一套成熟的解決方案。本文著重介紹一種運用PLC控制調速器，結合減速裝置實現刀具自動進給控制系統。該方案替換了原機械式進刀量控制機構，極大地改善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控制。
以BQ2020型龍門刨床電器控制系統為例，它的刀架進刀機構為機械式進刀方式，其傳動示意圖如下圖所示。蝸桿經電動機傳動從而帶動蝸輪轉動，齒輪處在左位時，進刀機構處在進給工位，結合子1和結合子2結合，進刀機構處在快速工位。當齒輪處在右位時，結合子3和結合子4結合，超越離合器帶動齒輪旋轉。通過改變超越離合器可轉動的角度，使齒輪轉動不同的角度，從而獲得刀架沈陽第一機床廠不同的進給量。傳統的龍門刨床多采用該類型的刀架進給機構，是典型的間歇進給運動。在實際使用過程中，進給電動機頻繁正反轉，機械沖擊大，電器故障多，超越離合器易磨損，經常出現進刀不均或進刀無力的現象，此種機構故障多且維修量大。本文提出的自動進給控制方案，可以有效地解決這些題目。
1整體改造方案
改造后的龍門刨床主控系統采用PLC，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、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的輸出繼電沈陽第一機床廠器起到了保護作用。其中工作臺拖動電機的起動、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。
2刀架自動控制方案
2.1刀架工作方式的控制
本文提出的刀架工作方式。
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，只是位置不同，現以垂直刀架為例進行說明。
刀架的移動分為手動快速移動和自動進給兩種工作方式，由控制柜面板上的刀架工作方式選擇開關給PLC發送指令進行選擇。變頻器輸出頻率由兩個電位器給定沈陽第一機床廠，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”方式，由按鈕通過PLC控制變頻器的狀態，進而控制電機運轉的起停，電動機的轉速由WR1給定。
在需要刀架自動進給時，刀架工作方式選擇開關選擇“進給”方式，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，刨刀彈簧復位落下沈陽第一機床廠。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。
2.2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起動和停止，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L毫米，則進給當量為：
δ=△t×n×L/60(mm)(1)
(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。
2.3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，同沈陽第一機床廠時，由于交流異步電動機起動的時間難于精確控制，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。轉速不穩和起動時間不確定性所造成的誤差就可以大大減小。
舉例來說，設進刀量為2mm，傳動絲杠的螺距L為2mm，由電動機直接帶動絲桿，電動機轉速調節到20r/min，按照理想的情況，電動機不需要起動時間，由(1)式可以計算出電動機運行時間需要3s。但是，假如電動機起動時間由±0.6s的變化范圍，就有可能造成20%左右的誤差。假如加上30∶1的加速器，誤差就可以控制在1%之內，可以滿足加工要求。在實際設計時，由于電機的轉動時間沈陽第一機床廠設定和速度調節都有很好的自由度，減速箱的減速比設定主要考慮電機的額定轉速和進刀速度要求，以使電機可以有較高的工作效率和穩定性。
3進刀機構拖動電源的設計
龍門刨床工作臺有直流和交流兩種拖動方案，進刀機構的拖動方案也有交流和直流兩種。假如選用直流電動機，可采用各種品牌的直流數字調速裝置進行控制。假如選用交流電動機，可以采用各種品牌的變頻器，用以對各類交流電機進行調速控制。
3.1直流拖動方式
以實際采用的SSD950+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。
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。
3.2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。
M為進刀電機，RZ為電機制動電阻，PO為直流母線正極性，它和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分別控制電機的正沈陽第一機床廠轉和反轉，決定快移與進刀的方向，KA29為緊急停機用的常開觸點，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。
4結論
作者在改造多臺龍門刨床電氣控制系統的過程中，在研究了各種進刀機構的結構特點和性能特點的基礎上，研制了一種通用的龍門刨床刀架自動進給控制系統。該系統采用PLC配合調速裝置，極大地簡化了機電控制結構，并通過在刀架進刀絲杠和電機的傳動之間加進了減速沈陽第一機床廠裝置，減小了轉速穩定性和起動時間不確定性所造成的誤差，保證了刀具進給的精度。實踐證實，該系統設計先進、性價比高、調速范圍大、結構簡單、運行可靠、可移植性強，可以廣泛應用于各種類型的龍門刨床的電氣控制系統改造，對其它的交直流電機的調速控制也有很好的參考價值。
| 
