一、概述 日前，時光科技有限公司承接某大型機械生產(chǎn)廠家8米龍門刨床的改造項目。由于此設備經(jīng)過30多年的使用，殘值已經(jīng)所剩無幾。時光科技的技術人員在機械結構基本完好的條件下，采用時光IMS系列伺服控制器對控制和電機驅動系統(tǒng)進行改造，使之達到當前大型數(shù)控機床的先進水平，大大提高設備自身的實際價值。 原設備情況介紹： 8米龍門刨床1971年出廠，型號為B2031,主電機采用以電動機—發(fā)電機組為能源的直流電機調(diào)速機組驅動;垂直刀架、側刀架，通過變速箱的手柄改變速度和進給量和進給方向，采用未加控制的普通三相異步電動機驅動。 1、工作臺具體情況 工作臺面：8m×3m 工作臺最大負載量：12000㎏ 工作臺工作速度：4—70m/min 主減速機速比：1:9 主減速機輸出扭矩：11000N.m 主電機采用以電動機—發(fā)電機組為能源的直流電機調(diào)速機組驅動 a）發(fā)電用三相異步電動機 型號：JO3 280-4 功率：100KW 電流：185A 直流發(fā)電機 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（兩臺串接）型號：ZBD-93-BL 功率：60KW 額定轉速：1000r/min 電壓：220V 電流：305A 2、刀架的基本情況 電動機 型號：JO2-32 功率：3KW 額定轉速：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、運行穩(wěn)定、不爬行、連續(xù)工作、電機不發(fā)熱。電機控制系統(tǒng)低速穩(wěn)定性好，輸出轉矩大。 （一）工作臺改造 1. 淘汰原有的以電動機——發(fā)電機組作為能源的直流電機調(diào)速機組。 2. 采用時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指標可以達到改造要求，調(diào)速范圍寬、低速特性好、輸出轉矩大。控制系統(tǒng)對電機的要求不高，在三相異步電機軸上安裝編碼器即可控制。因此系統(tǒng)控制的電機功率可以很大，且價格用戶可接受。 3. 8米龍門刨床原設計采用了兩臺60千瓦直流電動機電氣上串聯(lián)，機械上兩軸并聯(lián)，減速機雙入單出的驅動方式。采用這種結構需要兩臺伺服控制器分別控制兩臺異步電機進行同步運行，由于減速機為硬連接，兩根輸入軸可能造成機械干涉，降低控制效率。因此，決定改為用一臺大功率電機，重新制造一臺單入單出的減速機。減速比改為1:14。 4. 原直流電動機額定轉速為1000r.p.m，交流異步電動機按6極電機選擇。主減速機輸出扭矩為11000N.m，減速比1:14，輸入扭矩應為786N.m，選用90kW 電機。交流異步伺服控制器可以控制電機在額定轉速以上恒功率運行。 電機轉速 工作臺速度 減速機輸出扭矩 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極三相異步電機能夠滿足設計指標和生產(chǎn)實際的綜合要求。 電機參數(shù)：機座號：315M-6 額定功率：90kW 額定轉速：985r.p.m 額定電流：170A 額定轉矩：872N.m 轉動慣量：4.28 電機配用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、側刀架，通過變速箱的手柄改變速度和進給量和進給方向，采用未加控制的普通三相異步電動機驅動。無法滿足銑削、磨削功能對速度和進給量的控制要求。 2. 刀架的改造不對設備原有機械結構作改動，在刀架上安裝銑頭或磨頭。變速箱固定在一個合適的變速比，將電機更換為帶有編碼器的三相異步電動機采用伺服控制。 3. 電機選擇： ⑴刀架原有的機械結構不作改動，選擇電機的安裝尺寸應與原電機一致。 ⑵在刨削過程中，刀架的進給是在工作臺回程時動作的，刀架不受力。而在銑削、磨削時，工作臺工作過程中，可能需要刀架的進給動作，此時，刀架是受力的。因此，選擇電機的功率應大于原電機。 4. 根據(jù)以上原則，選用3.7kW 4極三相異步電機。 電機參數(shù)：型號：YSF3700 額定功率：3.7kW 額定轉速：1500r.p.m 額定電流：8.2A 額定轉矩：24N.m 轉動慣量：0.0127 電機配用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 1.該設備經(jīng)過30多年的使用，殘值已經(jīng)所剩無幾。在機械結構基本完好的條件下，采用最新的控制技術對控制和電機驅動系統(tǒng)進行改造，將大大提高設備自身的實際價值。 2.設備由單一的刨削功能改造成刨、銑、磨多功能機床。 3.設備的控制系統(tǒng)由原來落后的繼電器控制、電動機——發(fā)電機系統(tǒng)提高到數(shù)控、伺服控制系統(tǒng)，達到當前大型機床控制的先進水平。 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)具有編程和自動運行功能。對于相同加工件，可以一次編程，多次重復工作。 6.系統(tǒng)可數(shù)字設定工作臺行程，加快加工速度，提高生產(chǎn)效率。 7.時光交流異步伺服系統(tǒng)的低速運行平穩(wěn)，恒轉矩輸出，能保證不同速度段加工的精度和穩(wěn)定性。時光交流異步伺服系統(tǒng)具有加、減速控制功能，電機可以平穩(wěn)換向，使工作臺方向變換時穩(wěn)定無沖擊。時光交流異步伺服系統(tǒng)具有零速鎖定功能，在電機零速時，保持機械不動。 8.原有的以電動機—發(fā)電機—直流電機調(diào)速機組不論工作臺是否運行，電動機—發(fā)電機組都要運轉，浪費了大量電能。時光交流異步伺服系統(tǒng)在電機零速時，耗電量很小，有節(jié)電效果。