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(dòng)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。
一、原設(shè)備的基本情況
8米龍門刨床1971年出廠，型號為B2031, 主電機(jī)采用以電動(dòng)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(dòng); 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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
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(dòng)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(dòng)：
a)發(fā)電用三相異步電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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。
要求電機(jī)控制系統(tǒng)低速穩(wěn)定性好，輸出轉(zhuǎn)矩大。
㈠工作臺改造：
1.淘汰原有的以電動(dòng)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。控制系統(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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1000r.p.m，交流異步電動(dòng)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 70/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(dòng)慣量：4.28㎏·㎡
電機(jī)配用1024線編碼器，控制定位精度為±0.044㎜。
㈡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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。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(dòng)，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(dòng)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(dòng)，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(dòng)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(dòng)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(dòng)慣量：0.0127㎏·㎡
電機(jī)配用2500線編碼器，控制定位精度為±0.0032㎜。改變變速比，刀架速度和控制定位精度按比例改變。
