一、概述
日前，時(shí)光科技有限公司承接某大型機(jī)械生產(chǎn)廠家8米龍門刨床的改造項(xiàng)目。由于此設(shè)備經(jīng)過30多年的使用，殘值已經(jīng)所剩無幾。時(shí)光科技的技術(shù)人員在機(jī)械結(jié)構(gòu)基本完好的條件下，采用時(shí)光IMS系列伺服控制器對控制和電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行改造，使之達(dá)到當(dāng)前大型數(shù)控機(jī)床的先進(jìn)水平，大大提高設(shè)備自身的實(shí)際價(jià)值。
原設(shè)備情況介紹：
8米龍門刨床1971年出廠，型號為B2031,主電機(jī)采用以電動機(jī)—發(fā)電機(jī)組為能源的直流電機(jī)調(diào)速機(jī)組驅(qū)動;垂直刀架、側(cè)刀架，通過變速箱的手柄改變速度和進(jìn)給量和進(jìn)給方向，采用未加控制的普通三相異步電動機(jī)驅(qū)動。
1、工作臺具體情況
工作臺面：8m×3m
工作臺最大負(fù)載量：12000㎏
工作臺工作速度：4—70m/min
主減速機(jī)速比：1:9
主減速機(jī)輸出扭矩：11000N.m
主電機(jī)采用以電動機(jī)—發(fā)電機(jī)組為能源的直流電機(jī)調(diào)速機(jī)組驅(qū)動
a）發(fā)電用三相異步電動機(jī) 型號：JO3 280-4
功率：100KW 電流：185A
直流發(fā)電機(jī) 型號：ZSF-36.8/23
功率：138KW 輸出電壓：460V 輸出電流：300A
b）直流電動機(jī)（兩臺串接）型號：ZBD-93-BL
功率：60KW 額定轉(zhuǎn)速：1000r/min
電壓：220V 電流：305A
2、刀架的基本情況
電動機(jī) 型號：JO2-32
功率：3KW 額定轉(zhuǎn)速：1430r/min
電流：6.5A 螺桿螺距：8mm
二、改造方案
1.增加銑削、磨削功能。
2.工作臺工作速度在0.02—70m/min的范圍變化，調(diào)速比為1:3500
刨削 4—70m/min
銑削 20—70mm/min
磨削 1—1.5m/min
3.無極調(diào)速、運(yùn)行穩(wěn)定、不爬行、連續(xù)工作、電機(jī)不發(fā)熱。電機(jī)控制系統(tǒng)低速穩(wěn)定性好，輸出轉(zhuǎn)矩大。
（一）工作臺改造
1. 淘汰原有的以電動機(jī)——發(fā)電機(jī)組作為能源的直流電機(jī)調(diào)速機(jī)組。
2. 采用時(shí)光科技有限公司的交流異步伺服系統(tǒng)：交流異步伺服的技術(shù)指標(biāo)可以達(dá)到改造要求，調(diào)速范圍寬、低速特性好、輸出轉(zhuǎn)矩大?？刂葡到y(tǒng)對電機(jī)的要求不高，在三相異步電機(jī)軸上安裝編碼器即可控制。因此系統(tǒng)控制的電機(jī)功率可以很大，且價(jià)格用戶可接受。
3. 8米龍門刨床原設(shè)計(jì)采用了兩臺60千瓦直流電動機(jī)電氣上串聯(lián)，機(jī)械上兩軸并聯(lián)，減速機(jī)雙入單出的驅(qū)動方式。采用這種結(jié)構(gòu)需要兩臺伺服控制器分別控制兩臺異步電機(jī)進(jìn)行同步運(yùn)行，由于減速機(jī)為硬連接，兩根輸入軸可能造成機(jī)械干涉，降低控制效率。因此，決定改為用一臺大功率電機(jī)，重新制造一臺單入單出的減速機(jī)。減速比改為1:14。
4. 原直流電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1000r.p.m，交流異步電動機(jī)按6極電機(jī)選擇。主減速機(jī)輸出扭矩為11000N.m，減速比1:14，輸入扭矩應(yīng)為786N.m，選用90kW 電機(jī)。交流異步伺服控制器可以控制電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以上恒功率運(yùn)行。
電機(jī)轉(zhuǎn)速 工作臺速度 減速機(jī)輸出扭矩
1556r.p.m 70m/min 7850N.m
1110r.p.m 49.95m/min 11000N.m
1000r.p.m 45m/min 12208N.m
0.444r.p.m 20mm/min 12208N.m
5. 根據(jù)8米龍門刨床的實(shí)際使用情況，一般返回最大速度為55m/min。90kW 6極三相異步電機(jī)能夠滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)和生產(chǎn)實(shí)際的綜合要求。
電機(jī)參數(shù)：機(jī)座號：315M-6 額定功率：90kW
額定轉(zhuǎn)速：985r.p.m 額定電流：170A
額定轉(zhuǎn)矩：872N.m 轉(zhuǎn)動慣量：4.28
電機(jī)配用1024線編碼器，控制定位精度為±0.044。
（二）刀架改造
1. 8米龍門刨床原有垂直刀架、側(cè)刀架，通過變速箱的手柄改變速度和進(jìn)給量和進(jìn)給方向，采用未加控制的普通三相異步電動機(jī)驅(qū)動。無法滿足銑削、磨削功能對速度和進(jìn)給量的控制要求。
2. 刀架的改造不對設(shè)備原有機(jī)械結(jié)構(gòu)作改動，在刀架上安裝銑頭或磨頭。變速箱固定在一個(gè)合適的變速比，將電機(jī)更換為帶有編碼器的三相異步電動機(jī)采用伺服控制。
3. 電機(jī)選擇：
⑴刀架原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)不作改動，選擇電機(jī)的安裝尺寸應(yīng)與原電機(jī)一致。
⑵在刨削過程中，刀架的進(jìn)給是在工作臺回程時(shí)動作的，刀架不受力。而在銑削、磨削時(shí)，工作臺工作過程中，可能需要刀架的進(jìn)給動作，此時(shí)，刀架是受力的。因此，選擇電機(jī)的功率應(yīng)大于原電機(jī)。
4. 根據(jù)以上原則，選用3.7kW 4極三相異步電機(jī)。
電機(jī)參數(shù)：型號：YSF3700 額定功率：3.7kW
額定轉(zhuǎn)速：1500r.p.m 額定電流：8.2A
額定轉(zhuǎn)矩：24N.m 轉(zhuǎn)動慣量：0.0127
電機(jī)配用2500線編碼器，控制定位精度為±0.003。
改變變速比，刀架速度和控制定位精度按比例改變。
（三）系統(tǒng)改造
8米龍門刨床原控制系統(tǒng)原有的按鈕站、繼電器控制方式，更新為國產(chǎn)“3+1”簡易數(shù)控系統(tǒng)+伺服控制，橫梁升降部分仍采用繼電控制。見上圖。
三、評價(jià)
1.該設(shè)備經(jīng)過30多年的使用，殘值已經(jīng)所剩無幾。在機(jī)械結(jié)構(gòu)基本完好的條件下，采用最新的控制技術(shù)對控制和電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行改造，將大大提高設(shè)備自身的實(shí)際價(jià)值。
2.設(shè)備由單一的刨削功能改造成刨、銑、磨多功能機(jī)床。
3.設(shè)備的控制系統(tǒng)由原來落后的繼電器控制、電動機(jī)——發(fā)電機(jī)系統(tǒng)提高到數(shù)控、伺服控制系統(tǒng)，達(dá)到當(dāng)前大型機(jī)床控制的先進(jìn)水平。
4.控制精度提高，調(diào)速范圍增大，具有位置控制功能?？蓴?shù)字化調(diào)整速度和位置，具有液晶屏幕顯示。
5.操作簡化，數(shù)控系統(tǒng)具有編程和自動運(yùn)行功能。對于相同加工件，可以一次編程，多次重復(fù)工作。
6.系統(tǒng)可數(shù)字設(shè)定工作臺行程，加快加工速度，提高生產(chǎn)效率。
7.時(shí)光交流異步伺服系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，恒轉(zhuǎn)矩輸出，能保證不同速度段加工的精度和穩(wěn)定性。時(shí)光交流異步伺服系統(tǒng)具有加、減速控制功能，電機(jī)可以平穩(wěn)換向，使工作臺方向變換時(shí)穩(wěn)定無沖擊。時(shí)光交流異步伺服系統(tǒng)具有零速鎖定功能，在電機(jī)零速時(shí)，保持機(jī)械不動。
8.原有的以電動機(jī)—發(fā)電機(jī)—直流電機(jī)調(diào)速機(jī)組不論工作臺是否運(yùn)行，電動機(jī)—發(fā)電機(jī)組都要運(yùn)轉(zhuǎn)，浪費(fèi)了大量電能。時(shí)光交流異步伺服系統(tǒng)在電機(jī)零速時(shí)，耗電量很小，有節(jié)電效果。
