变频器在刨床的变频调速改造.docx

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1、变频器在刨床的变频调速改造庄须静张勇波周磊导语：本文就传统刨床使用直流电机拖动控制采用沟通变频控制进展深化讨论，研究采用变频拖动刨床的可行性，证实不但能知足设备的技术性能要求，同时还能获得明显的经济效益。摘要：本文就传统刨床使用直流电机拖动控制采用沟通变频控制进展深化讨论，研究采用变频拖动刨床的可行性，证实不但能知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：刨床；直流控制系统；变频调速；经济效益一、前言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

2、教材。1、刨床概述1.1构造该设备主要由七局部组成：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经过是工件与刨刀作相对运动的经过，工作台与工件频繁的进展往复运动，各切削动作在工作行程内进展，而在返回行程中只是空转。在每个切削经过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间隔。对刨床来讲，刨床的工作台和工件的的纵向往复运动是主运动，横梁的的上下挪动以及刀架沿横梁的左右挪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1L1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

3、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，至此完成一个完好的加工经过，开场预备下一个工作经过。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沿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V1t3-t4，分开工件前减速的目的t4-t5主要是

4、防止高速崩裂工件的边沿，工作台在返回经过中没有切削工作发生。通常我们为进步消费效率，返回时采用V2高速返回t6-t7。返回经过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，通常要有一个减速经过t7-t8。辅助运动：在刨床的加工经过中，横梁是不能挪动的，只有在完成一个工件，预备加工另一个工件，才根据工艺的需要来调整刀架的高度和挪动横梁，间隔视工件尺寸来定，横梁的挪动属于点动的性质，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：在切削经过中，当切削速度V125m/min,最大切削力为8000kgf,在调速经过中负荷为恒转矩负载

5、，当V125m/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；假如在V）25m/min时仍要保持8000kgf的切削力，那么刨床的横梁和立拄可能受到破坏变形。因此刨床的最高切削速度时的最大切削力是由刨床的的机械构造强度来决定的。132原主拖动系统：我们以B2016A型龙门刨为例：主传动采用GM调速系统，直流电机功率60KW，直流发电机70KW，沟通电动机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的机电结合调速形式。调速系统的分析：该调速系统的负载性质如下列图所示：其中Fm表示最大切削力，V1表示切削速度，P

6、m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，V1V2范围内为恒转矩负载性质。V2V3范围为恒功率负载性质。，假设整个调速范围均采用恒转矩性质的调压调速，那么所需要的电机功率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公道。为解决该问题，该系列龙门刨采用机械与机电结合调速方式，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V1V3/2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，机电结合调

7、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消费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。假如采用沟通变频拖动系统，我们就可以通过灵敏的参数预制，恒转矩和恒功率调速的转换点，使拖动系统的特性更好的知足刨床的特性要求，进而降低主拖动电机的设计和使用功率。二、变频调速的系统介绍概述根据刨床的消费工艺的特点，我们可以总结一下该系统的详细技术要求：A调速范围宽：即能知足适应不同刀具，又要求能知足经济的切削速度要求，调速范围一定要宽，通常范围大于10：1，最好采用无级调速B静差率要小：为进步产品加工精度，要求工作台的速度不随切削量的变化而

8、变动，一般要求该指标不大于10%，假如采用变频调速，静差率一般不会超过4%，同时可以知足相应的下垂机械特性。C要求有较高的切削速度和较大的切削力，工作台的速度能自动调整D工作台反身应迅速而平稳，冲击小F传动效率高，耗电量小G系统构造简单公道，平安性高，易于维护和修理。H可以接入CIMS计算机集成制造系统2.1.2变频调速的系统配置：采用HF150045KW的变频器拖动45KW的普通沟通异步电机实际理论计算37KW即可以知足，为平安期间，放大余量代替原系统的GM拖动系统，实现无级调速，工作台换向采用能耗制动或者能量回溃单元，制动快速灵敏。垂直刀架和左右刀架分别采用变频器控制进刀电机实现刀具的无级

9、调速。采用PLC取代原系统的电气控制局部，控制功能强，速度快，接点数目小，工作台的减速和换向控制采用可靠性高的电子行程开关，并带记忆功能。采用该系统根本无机械磨损，寿命长，故障率低，通过RS485接口可以与CIMS通讯组成计算机集成加工系统。2.2刨床的主要技术指标：工作台行程速度配刨，铣，磨变速箱：刨削570m/min铣削0。082m/min,磨削13m/min,无级调速。刨刀架进给量范围：垂直刀架：垂直：0。225mm/次，程度：0。450mm/次；侧刀架：垂直：0。450mm/次。铣头转速范围：铣头主轴转速：72540r/min；刨刀架横铣速度：0。041。6m/min；刨刀架纵洗速度：

10、0。041。6m/min；无级调速。静差率4%低速时换向间隔250mm三、变频调速系统的设计3.1主电机容量的选择：该系统主电机的容量的选择是由每台刨床的最大出力决定的，即由工作台的最大牵引力和计算速度所决定的。负载切削需要的功率为：P=FmVg/K1KhN其中：Fm为最大牵引力，Vg为计算速度m/min,k1为功率变化系数，Kh为允许过负荷系数，N为机械传动效率。3.2主传动系统工作原理：为知足工作台频繁换向和负载剧烈变化时转速的动态响应和机械特性硬的要求。一般采用高性能的变频器，因通用变频用具备V/F=常数的功能，因此针对负载重的情况主要采用修改相关参数调整。3.再生能量的处理：大型刨床快

11、速往复运动，对沟通调速系统来讲，迅速吸收再生能量是关键技术之一，通常有通过泄放单元能耗制动和向电网进展能量反应两种方式。四控制系统的电路设计和软件流程：见图在设计选型中我们选取45KW容量60KVA的变频器拖动45KW的三相异步电动机理论计算37KW就可以，实际改造时容量放大，三台3。7KW的变频器分别拖动左右侧和垂直刀架电机。一台7。5KW电机拖动磨头的电机。对外围控制电路，采用一台PLC取代原有的互锁，联锁和报警电路，同时通过PLC上的CNC可以和上位机组成CIMS系统，进而系统的平安性，稳定性率和维护性都有很大的进步。对于再生能量的处理：处于对系统主要是变频器能量回溃对外部电网的污染的考虑，我们在这采用刹车电阻制动的方式来消耗掉变频器直流母线处的过电压能量，当然采用此种方式对节能会有一定的影响，采用能量回溃电网的方式能进步节能率，但处理不好的话会进步对动力电网的再次污染。对于软件流程：刨床的工作台的工艺流程由PLC控制变频器驱动普通三相异步电机实现，各工作状态都是由PLC软件来实现，在此列出了该软件的系统流程图，我们可以根据该流程图结合详细的工作台消费工艺要求来编制详细的PLC程序。五改造应用情况和效益比照相对于原刨床采用直流拖动，改造完后的采用45KW三相电机刨床运行稳定可靠。现将运行结果列表比照如下：