B2010A龙门刨床伺服系统的改造

第31卷第3期 湖南农业大学学报(自然科学版) V ol ．31 No ．3 2005年6月 Journal of Hunan Agricultural University (Natural Sciences) Jun ．2005

文章编号：1007-1032(2005)03-0335-03

B2010A 龙门刨床伺服系统的改造

龙 亮

(湘潭市柴油机厂，湖南 湘潭 411000)

摘 要：根据刨床加工工艺特征，采用艾默生公司TD3000变频器、三菱可编程器和Easyview 触摸屏组成控制系

统，把B2010A 龙门刨床原直流驱动改造为交流驱动．改造后机床节电效果明显，工作环境得到优化，稳定性大大提高，故障率大大降低．

关 键 词：B2010A 龙门刨床；技术改造；交流驱动；伺服系统；变频调速 中图分类号：TG551+.2

文献标识码：A

Servomotor Reshaping of B2010A Model Planer

LONG Liang

(Xiangtan Diesel Enginerfactory ，Xiangtan 411000，China)

Abstract: Based on characteristics of shapering process planning ，a control system for B2010A model planer was constituted by use of EMERSON’s TD3000，FX ZN PLC and Easyview ．Its original direct current drive was retroffitted into alternating current drive ．The modification brought about a striking electricity-saving effect ，an optimized work environment ，and greater stability ．

Key words: B2010A model planer ；technique reshaping ；alternating current drive ；servomotor ；frequency changing speed

B 2010A 龙门刨床是机械化自动化程度很高的大型机床．刨床工作台的原主拖动系统为A-G-M 调速系统(即电机扩大机—直流发电机—直流电动机组系统)，完全依靠电气自动化控制来执行．工作时，特别是在工作间隙、测量工件时，直流发电机组一直处于运行状态，白白消耗大量的空载能量，系统低速时损耗大，功率因数低，对电网污染严重；交流电动机拖动直流发电机浪费电能很严重，发电机组工作时噪音污染严重，机组占地面积大；从工作情况来看，直流电动机的功率并没有得到充分利用，并且维护、保养较困难．交流伺服电机结构简单，成本低廉，无电刷磨损问题，维修方便，被认为是1种理想的伺服电机

[1]

．随着电子技术和微电子技术的飞速发展以及矢量

控制技术的完善，交流变频调速技术日新月异．为此，笔者把B2010A 龙门刨床的拖动方式由直流驱动改为交流伺服驱动，以提高设备能力，节约能源．

1 刨床工作台对电力拖动的技术要求

1.1 B2010A 龙门刨床速度分析

龙门刨床是频繁往复运动的生产机械，它的工作方式为循环方式．前进行程是切削行程；后退行程不作切削，只让工作台驶回为下一步切削作准备．工作台速度变化如图1所示．首先刀具慢速(12~15 m/min)切入工件(ab 段)，增加到切削速度，进行前进切削(cd 段)，之后运行到设定行程(ef 段)开始减速，再经过换向行程控制，工作台由前进减速迅速制动并快速反向运行到hi 段，后退至jk ，再经换向切换到前进行程，Fig.1 The change of the worktable’s velocity

收稿日期：2005-03-25

基金项目：湖南省自然科学基金资助项目(98JJY2008)作者简介：龙 亮(1965-)，男，汉族，湖南双峰人，硕

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实际工作中，为了提高劳动生产率，轻载后退的速度要大于前进切削速度．由于工件的材料及加工工艺不同，要求工作台位置伺服系统具有较宽的调速范围和较硬的机械特性；工作台前进切削和后退的过程中运行平稳，不振荡，能无级调速[2]，无须停车；运行方向的改变要迅速、平稳、冲击力小、动作反应快；低速范围内切削力基本保持恒定状态，静差度小于3%；前进与后退行程的末尾工作台自动减速，反向准确；传动效率高，耗电量小；控制系统简单，安全可靠，易于维修保养． 1.2 B2010A 龙门刨床原主拖动调速原理

B2010A 的A-G-M 调速系统如图2所示．采用机械速比2∶1和电气调速范围10∶1的机电联合调速系统，动力及控制回路比较复杂．随着电子技术和微电子技术的发展，交流异步电动机因其结构简单、体积小、质量轻、价格便宜、维护方便等特点，在生产和生活中得到了广泛应用．然而，长期以来，交流异步电动机的调速始终是1个难题．随着电子技术和计算机技术的发展，交流异步电动机的调速技术发展很快．现在流行的交流异步电动机调速控制方法可分为2种：变频变压法(VVVF)和矢量控制法[3]．前者原理

的机械特性变软．因此人们开始研究矢量控制技术，其思路是：设法在三相交流异步电动机上模拟直流电动机控制转矩的规律．矢量控制的基本原理可用图3来加以说明．给定信号分解成2个互相垂直而且独立的直流信号i M ，i T ，然后通过直/交变换将i M ，i T 变换成两相交流信号i a ，i b ，又经2/3变换，得到三相交流的控制信号i A ，i B ，i C 去控制逆变电路．电流反馈信号经3/2变换和交/直变换，传送到控制端，对直流控制信号的转矩分量i T 进行修正，从而模拟出类似于直流电动机的工作状态[3]．

图3 矢量控制原理图

Fig.3 The structure diagram of vector control system

2 B2010A 龙门刨床主拖动系统技术改造方案

目前，国内外龙门刨床采用的主传动系统主要有3种形式：晶闸管—直流电动机系统(SCR-D 系统)、直流发电机—直流电动机系统(F-D 系统)和感应电动机-电磁离合器系统(I-C 系统)．SCR-D 系统技术上已很成熟，但因为要实现正反运行，使得电路复杂程度大大增加，工作可靠性降低，价格较高．F-D 系统有良好的控制性能，在刨床中大量采用，但其设备庞大，价格昂贵且效率不高．I-C 系统依靠电磁离合器实现正反转，离合器磨损严重，工作稳定性欠佳且不便于调速，仅用于轻型龙门刨床．

笔者选用艾默生公司TD3000系列变频器、三菱

可编程器和Easyview 触摸屏组成控制系统，对原直流驱动系统进行改造．

2.1 控制系统设计

针对山东煤矿莱芜机械厂B2010A 型龙门刨床进行改造．刨床原有部件基本上不变，不增加铣削功能(如果横梁垂直刀架机械刚性足，可以在机械上改造，配刨、铣变速箱来实现铣削功能)．工作台换向采用制动单元及制动电阻，制动速度快．从应用来看，TD3000变频器在频繁换向过程中速度降低快，动力制动迅速，换向时工作时间短，为抑制泵升电压，采用制动电阻进行能量释放．电气控制系统采用莱芜凤普自控有限公司研制的XH-120PLC 可编程控制器实现对主拖动