【文章內容簡介】 架 9— 工作臺 10—床身 圖 21 龍門刨床示意圖 龍 門刨床的 發(fā)展 在機械加工業(yè)中，龍門刨床是加工大型工件時必不可少的加工設備，是一種廣泛使用的金屬切削加工機床，是許多大型企業(yè)不可缺少的設備。我國的第一臺龍門刨床于1953 年 4 月在濟南第二機床廠問世。 20 世紀 60 年代，龍門刨床廣泛采用 AGM 調速系統(tǒng)，目前該系統(tǒng)在國有大中型企業(yè)仍占有相當大的比重， AGM 主要通過交換放大機控制直流發(fā)電機的勵磁電壓，勵磁電壓控制直流發(fā)電機的輸出電壓，從而控制直流電動機的電樞電壓，以達到控制直流電動機轉速的目的，但是 AGM 龍門刨床的電氣系統(tǒng)占地面積大、噪音大、耗電量大、效率低，由 于采用的是繼電器邏輯控制系統(tǒng)，其故障率高、可靠性差、檢修難度大等不足。 20 世紀 80 年代，隨著工業(yè)生產的需要，許多企業(yè)對龍門刨床進行了電氣改造，用SCRD 模擬直流調速系統(tǒng)取代 AGM 調速系統(tǒng)，雖然進行改造之后系統(tǒng)縮小了占地面積，減少了噪音，在節(jié)能等方面有了很大的改善，但由于仍采用的是繼電器邏輯控制系安徽理工大學畢業(yè)設計 6 統(tǒng)，其故障率仍較大，可靠性低，仍存在維護和檢修難度大的問題。 隨著半導體和計算機技術的不斷發(fā)展，晶閘管全數字直流調速系統(tǒng)得到推廣并成功地應用在工業(yè)實踐中，但由于系統(tǒng)低速性能不好，且所有的電氣參數均英文顯示，在 其應用過程中對工作人員的技術水平提出很高的要求。 20 世紀 90 年代， 由于變頻技術的不斷成熟，人們通過積累使用變頻器的經驗，嘗試將變頻系統(tǒng)運用于拖動系統(tǒng)，使拖動系統(tǒng)得到進一步的改善，這在一定程度 上 推動了機械制造業(yè)的發(fā)展，龍門刨床也不例外。但變頻調速系統(tǒng)應用于龍門刨床的缺點是低速開環(huán)運行時機械特性較軟，對維護人員的水平要求較高。 如今 PLC 技術的發(fā)展和成熟，用 PLC 設計刨床的電氣控制系統(tǒng)是行之有效的方法。龍門刨床的運動可分為主運動、進給運動及輔助運動。主運動是指工作臺連續(xù)重復往返運動，進給運動是指刀架的進給，輔 助運動是為了調整刀具而設置的，如橫梁的夾緊放松，橫梁的上、下移動，刀架的快速移動、潤滑等。龍門刨床工作臺是做往復直線運動的，前進時為工作行程，此時帶動工作臺的電機有負載。后退時為返回行程，刀具抬起，電機為空載。 安徽理工大學畢業(yè)設計 7 3 B20xxA 型 龍門刨床 B20xxA 型龍門刨床的基本結構 B20xxA 型龍門刨床主要由 7 部分組成，如圖 21 所示，其中床身為箱體型零件，其上有 V 形導軌。工作臺安放在床身上，工作臺下面有斜齒條，可以往復運動。橫梁用于安裝垂直刀架，刨削加工時嚴禁動作，只有在工作臺停止運動時才能移動，以調整 刀架高度。兩個垂直刀架可沿橫梁導軌在水平方向或沿刀架本身的滑板導軌在垂直方向作快速移動或工作進給。左右側刀架及進給箱可沿立柱導軌上下快速移動或自動進給。 B20xxA 型龍門刨床的工作過程 B20xxA 型龍門刨床的工作臺是往返交替循環(huán)作直線運動的，工件規(guī)定在工作臺上與道具做相對運動。工作臺在工作行程是進行切削加工，工作臺返回時，刀具自動抬起，不進行切削加工。工作臺返回時速度較快， 以減小 空 載 行程時間。 我國現行生產的龍門刨床其主拖動方式以直流發(fā)電機 — 電動機組及晶閘管 — 電動機系統(tǒng)為主，以 A 系列龍門刨床為例 ，它采用電磁擴大機作為勵磁調節(jié)器的直流發(fā)電機— 電動機系統(tǒng)，通過調節(jié)直流電動機電壓來調節(jié)輸出速度，并采用兩級齒輪變速箱變速的機電聯合調節(jié)方法。其主運動為刨臺頻繁的往復運動，在往復一個周期中，對速度的控制有一定的要求，如圖 31 所示。 t2 t3 t4 t5高速空車返回后退減速tv低速切入 前進加工 低速切出t1 圖 31 龍門刨床工作臺自動運行圖 圖中： t1 段表示刨臺起動，刨臺切入工件的階段，為了減小刨臺剛切入工件的瞬間，刀具所受的沖擊及防止工件被崩壞，此階段速度較低。 安徽理工大學畢業(yè)設計 8 t2 段為刨削段，刨臺加速至正常的刨削速度。 t3 段為刨刀退出工件段，為防止邊緣被崩裂，同樣要求速度較低。 t4 段為返回段，返回過程中，刨刀不切削工件，為節(jié)省時間，調高加工效率，返回速度應盡量可能高些。 t5 段為緩沖區(qū)。返回行程即將結束，再反向到工作速度之前，為減小對傳動機械的沖擊，應將速度降低，之后進入下一周期。 龍門刨床在加工時，床身水平導軌上的工作臺帶動工件作直線運動，實現主運動。 裝在橫梁上的立刀架 4 可沿橫梁導軌作間接的橫向進給運動，以刨削工件的水平平面。刀架上的滑板（溜板）可使刨刀上、下移動，作切入運動或刨削豎直平面?；暹€能繞水平軸調整至一定的 角度位置，以加工傾斜平面。裝在立柱上的側刀架 5 可沿導軌在上下方向間歇進給，以刨削工件的豎直平面。橫梁還可沿立柱導軌升降至一定位置，以根據工件的高度調整刀具的位置。 B20xxA 型龍門刨床加工工藝的特點 龍門刨床主要用來加工大型工件的各種平面、斜面、槽，特別適宜于加工大型的、狹長的機械零件，但加工精度要求不高， 是 機械加工制造業(yè)中廣泛使用的大型工件加工設備。 其加工工藝特點是：被加工的工件固定在工作臺上，工件連同工作臺頻繁地進行往復運動，工件地切削加工僅在工作進程內進行，而返回進程只作空運轉。刀架地進給 運動是在工作臺于返回行程到工作行程地換向期間內進行的，故龍門刨床的主運動是工件連同工作臺的縱向往復，輔助運動是刀架的進給，抬刀、落刀和快速移動，橫梁的夾緊、放松和升降，以及工作臺的步進、步退等輔助動作。 B20xxA 型龍門刨床對控制系統(tǒng)的要求 B20xxA 它不僅要求有足夠大的切削功率，較大的調速范圍，而且要能夠按照要求實現自動的速度循環(huán)。對于刀架的移動、進刀、退刀、抬刀、橫梁放松與夾緊、橫梁上升與下降、工作臺步進，步退等各種動作，都有電動機和各種控制器配合實現。 B20xxA型龍門刨床對電氣控制系統(tǒng)的 要求綜合起來有以下幾個方面 : 1） 要求有寬廣的調速范圍。由于在加工過程中加工材料和零件的不同，所使用的刀具也會不同，這就要求機床有不同的速度，以滿足不同的加工工藝的要求。 B20xxA 型龍門刨床采用了電機放大機作為直流發(fā)電機勵磁調節(jié)器的直流發(fā)電機 電動機組系統(tǒng)，并加一級機械變速，從而保證了工作臺調速范圍達到 20:當地速度為 6~60m/min.，在高速檔的速度為 9~90m/min。在低速檔或高速檔范圍內，可實現電氣的無極調速，以便生產時能選擇最合適的切削速度。 2）電氣控制線路能保證機床可靠的 自動工作。工作臺往復運動一次后，刀架自動安徽理工大學畢業(yè)設計 9 進給。后退行程中，刀架自動抬起。工作臺在行程末尾可進行減速、反向等運動的自動變換。 3）工作臺能夠按照要求實現自動往返循環(huán)。在高速切削時，為了減小對刀具的沖擊，應使刀具慢速切入工件。若切削速度與沖擊為刀具所能承受時，利用轉換開關，可以取消慢速切入。在工作臺前進和返回形成末尾，工作臺能自動調速，以保證刀具慢速離開工件，防止工件邊緣剝裂，同時可減小工作臺反向的沖擊和對電動機和其他機械的沖擊。 4）工作臺前進與返回形成的速度能分別作無極調整，且無須停車。用于磨削是，工作臺應 能降低速度至 1m/min，以便保持磨削時工件的精度。 5）刀架能自動進給和快速移動：為了提高生產率，要求工作臺正反向的起動與制動過程要快。而且停車要迅速，越位不能超過允許值。 6)系統(tǒng)的 機械特性要有一定的硬度，以避免因為切削負荷發(fā)生變化時引起的工作 速度有較 大的波動，以至于影響加工工件表面的質量，同時系統(tǒng)的機械特性應具有以下 特性 ： 當負荷過大時，能使拖動工作臺的直流電動機的轉速迅速下降，直至停止，從而達到保護電動機及機械裝置的目的。 7）有必要的聯鎖保護：為了保證龍門刨正常而可靠地工作，需要一定連鎖保護。在下列 情況下，工作臺應該立即停止：如工作臺越位超過允許值、油泵停止工作、橫梁在移動、電動機過載等。 安徽理工大學畢業(yè)設計 10 4 B20xxA 型龍門刨的電氣控制 國內外各型號的龍門刨床雖然 機械結構、規(guī)格及性能指標差異過大，但電氣原理大同小異。 龍門刨床的電氣控制線路比較復雜，它的主拖動系統(tǒng)完全是依靠電氣自動控制來執(zhí)行的。 直流發(fā)電拖動系統(tǒng)組成 直流發(fā)電拖動系統(tǒng)電路原理圖如圖 41，它包括電機放大機 AG，直流發(fā)電機 G，直流電動機 M 和勵磁發(fā)電機 GE。 電機放大機 AG 由交流電動機 M2 拖動。電機放大機 AG 的主要作用是根據機床各種運動的 需要，通過控制繞組 WC 的各個控制量調節(jié)其向直流發(fā)電機 G 勵磁供電的輸出電壓，從而調節(jié)直流發(fā)電機發(fā)出的電壓。 直流發(fā)電機 G 和勵磁發(fā)電機 GE 有交流電動機 M 拖動。直流發(fā)電機 G 的主要作用是發(fā)出直流電動機 M 所需要的直流電壓，滿足直流電動機 M 拖動刨床運動的需要。 勵磁發(fā)電機的主要作用是由交流電動機 M1 拖動，發(fā)出直流電壓， 向 直流電動機 M的勵磁繞組供給勵磁電源。直流電動機 M 的主要作用是拖動刨床往返交替做直線運動，對工件進行切削加工。 交流機組拖動系統(tǒng)組成 B20xxA 型龍門刨床主拖動系統(tǒng)就抬刀電路原理圖如圖 42 所示 。交流機組共由 9臺電動機 :拖動直流發(fā)電機 G、勵磁發(fā)電機 GE 用交流電動機 M1，拖動電機放大機用電動機 M2，拖動通風用電動機 M3，潤滑泵電動機 M4，垂直刀架電動機 M5，右側刀架電動機 M6，左側刀架電動機 M7，橫梁升降電動機 M8 和橫梁放松、夾緊電動機 M9。 各控制電路概述 主拖動機組電動機 M1 控制電路 由交流電動機 M1 拖動直流發(fā)電機 G 和勵磁發(fā)電機 GE 組成主拖動機組，其控制電路如圖 43 所示。其中 33 區(qū)中的按鈕 SB2 為交流電動機 M1 的起動按鈕，按鈕 SB1 為交流電動機 M1 的停止按鈕。 當需要主拖 動電動機 M1 拖動直流發(fā)電機 G 和勵磁發(fā)電機 GE 工作時，按下 33 區(qū)中主拖動交流電動機 M1 的啟動按鈕 SB2， 33 區(qū)中的接觸器 KM1 線圈、 35 區(qū)中的時間繼電器 KT2 線圈、 36 區(qū)中的接觸器 KMY 先去通電吸合，主拖動交流電動機 M1 的定子繞組接成 Y 接法降壓起動，被拖動的直流勵磁發(fā)電機 GE 利用剩磁開始發(fā)電。 接觸器 KM2 通電閉合自鎖，其在 20 區(qū)中的主觸點閉合，接通交流電動機 M M3安徽理工大學畢業(yè)設計 11 的電源，交流電動機 M M3 分別拖動電機放大機 AG 和通風機工作。同時，接觸器KM△通電閉合。此時接觸器 KM1 和接觸器 KM△的主觸點將交流電動機 M1 的定子繞組接成△接法全壓運行，交流電動機 M1 拖動直流發(fā)電機 G 和勵磁發(fā)電機 G 全速運行，完成主拖動機組的啟動控制過程。 R P 1 3+W A GA G1 12 7 0K T 3R P 71 2AR 3R P 1 0K 1 0R P 8K 446W C 1W CW C 2W C 3BW GR QK T 32 0 1K 1 0 R P 12 0 3S Q Q1 0 11 7 12 2 12 3 12 3 32 3 5R P 12 2 3K 82 2 5K 3G_2 1+4 a2 8 02 0 0K 1 02 0 0W G H2 31 a 1K A 12 2R P 32 3 7K 8R b Q 2 2 12 8 1K T 3ST32(71區(qū))K 8K 7K 62 5 02 3 02 1 0R H2 3 2ST12(73區(qū))V 1V 2R 12 1 02 0 5 2 0 7 2 0 82 0 6R P 5R P 62 42 4 2K 5 K 32 4 0K 5K 4K 42 2 0K 82 2 42 2 6K 82382 3 6R P 42 9 42 9 2R P 9K 1 0K 9Aa 0分 流 器2 9 0R 41 7 31 0 1S A H2 2 22 3 42 0 4K T 32_2 0 0 W M H2 4na 2速 度 表M~3 12 1W M3 2F U 1F UR 1 0 1H L 12K 3K 5K 5K M 23K T 3K 3K M Z75K M Z1 11 31 51 71 9Y A 1R 1 0 2T A 2R 1 0 3Y A 3K M ZR 1 0 4Y A 4R 1 0 5S A 1S A 2S A 3S A 4K M 25 1K T 1R P 1 2W F GG E—機 組 工 作 指 示 燈給 定 電 源 供 電后 退 抬 刀右 側 刀 架右 垂 刀 架左 垂 刀 架左 側 刀 架