【正文】 不會產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度；各功能部件經(jīng)長期磨合，功能穩(wěn)定性可靠性好。新機床設(shè)計中帶來的技術(shù)、方案風(fēng)險在大修改造中幾乎不存在。用戶與維修人員可以依照實際需要和機床長期使用情況，在大修改造中提出對機床性能、操 作與維修方面的改進（包括增、改）意見，有權(quán)選擇機械零部件、數(shù)控系統(tǒng)等電氣設(shè)備的規(guī)格、型號、性能等。由于用戶、維修人員不僅可以直接參與改造方案的制定，而且可以參與改造的全過程，可以直接獲取各種技術(shù)信息，更深入的掌握機床的結(jié)構(gòu)及性能特點，從而增強使用與維修的主動能力。 7)節(jié)省大量投資。 國外機床的改造與翻新是近期發(fā)展起來的一個新興產(chǎn)業(yè)，在先進國家已經(jīng)形成了一定的市場規(guī)模。但是業(yè)內(nèi)有識之士正在努力塑造自己、完善自己，相信在不久的未來，一批設(shè)備一定條件和一定規(guī)模的機床改造、翻新的專業(yè)化企業(yè)會成長起來。 全文一共分為 五 章。第二章是XQ2021 龍門銑床電氣技術(shù)改造的方案，簡單的介紹電氣技術(shù)改造方案及方案的可行性論 證。第四章介紹了 PLC 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計與調(diào)試，詳細(xì)描述了用可控編程控制器進行控制系統(tǒng)的設(shè)計，按照模塊化的編程思路編制了液壓控制、橫梁升降控制、工作臺移動控制、滑枕銑頭主軸控制、溜板進給控制、滑枕銑頭進給控制、排屑機 /冷卻泵控制 和 報警處理等 PLC 控制系統(tǒng)功能模塊并調(diào)試成功。 第二章 龍門銑床電氣技術(shù)改造方案 龍門銑床概述 龍門銑床的構(gòu)成及用途 XQ2021 龍門銑床結(jié)構(gòu)特點如同 圖 龍門銑床機床結(jié)構(gòu)圖 XQ2021 龍門銑 床包括有床身、架設(shè)在該床身上的工作臺及數(shù)控電路控制系統(tǒng)。工作臺上方活動跨越架設(shè)有龍門架，龍門架還包括有：龍門架拖板，龍門架拖板活動夾持于該 X軸導(dǎo)軌 上。橫梁，該橫梁裝設(shè)有一 Z軸拖板，橫梁通過該 Z 軸拖板而活動夾持于該 Z軸導(dǎo)軌上，橫梁上還裝設(shè)有 Y 軸導(dǎo)軌。該龍門銑床具有高精度的銑、鉆、鏜、削等操作。 具有足夠的剛性，效率高，操作方便，結(jié)構(gòu)簡單，性能全面等特點。 龍門銑床的主要參數(shù) 工作臺臺面尺寸（毫米） 4000*1400 工作臺驅(qū)動電機功率（千瓦） 工作臺進給速度（毫米 /分）（無級） 801100 工作臺快速行程速度（毫米 /分） 2021 “T” 型槽個數(shù) 7 兩立柱間的距離（毫米） 1700 兩立柱間的距離（毫米） 570 銑頭轉(zhuǎn)速范圍（轉(zhuǎn) /分） 6 級（或 2 級變頻） 70400 銑頭套筒移動量（毫米） 150 垂直銑頭個數(shù) 1 垂直銑頭電機功率（千瓦） 垂直銑頭主軸端面至工作臺面距離（毫米） 2001200 垂直銑頭主軸 中心線間距離（毫米） 3702300 側(cè)銑頭主軸端面間距離（毫米） 13501650 側(cè)銑頭主軸中心線至工作臺面距離（毫米） 50950 推薦刀盤直徑（毫米） 160 精度平面度（毫米 /米） 精度粗糙度（ Ra） 最大加工尺寸（毫米） 3700*1400*1100 工作臺最大承重量（公斤） 10000 機床電機總功率（千瓦） 機床外形尺寸（毫米） 11200*4500*3800 機床總重量（公斤） 42021 龍門銑床改造前的狀況 XQ2021 龍門銑床投 入使用至今，機械性能部分性能較為完好，基本保持在幾何精度誤差以內(nèi)，但機床的電氣控制部分已經(jīng)嚴(yán)重老化，性能降低，故障率升高，經(jīng)常造成停機，嚴(yán)重的妨礙了生產(chǎn)的進行。這種直流調(diào)速裝置 是 一個三相可控半控橋雙閉環(huán)不可逆系統(tǒng)，由電源、速度給定位器、速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、放大器、移相觸發(fā)器、可控硅三相半控橋整流回路和測速反饋發(fā)電機等部分構(gòu)成。速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器各一只 ，靠 運算放大器實現(xiàn)，電流調(diào)節(jié)器的輸出放大器由三極管 組成，移向觸發(fā)器環(huán)節(jié)是由三極管構(gòu)成的正弦波移向觸發(fā)器。 XQ2021 龍門銑床改造前的機床控制回路采用的是繼電器和接觸器控制邏輯，共使用了近 200 個繼電器，因此造成了控制線路龐雜、故障點多、維修困難和停機時間長 等缺點。機床所有被控部件的控制均采用可控編程控制器（ PLC） 取代原有的繼電器控制 (選用德國西門子的 S200 系列產(chǎn)品 )。 電氣技術(shù)改造的相關(guān)技術(shù) 伺服控制 伺服系統(tǒng)是以機械運動的驅(qū)動設(shè)備、電動機為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構(gòu)，在自動控制理論指導(dǎo)下組成的電氣傳動自動控制系統(tǒng)。具體在數(shù)控機床 中，伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令，經(jīng)變換、放調(diào)、與放 大后，由電動機和機械傳動機構(gòu)驅(qū)動機床坐標(biāo)軸、主軸等，帶動工作臺及刀架等，通過軸的聯(lián)動使刀具相對工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機械運動，從而加工出用戶所要求的的工件。控制器按照數(shù)控系統(tǒng)的給定值和通過反饋裝置檢測的實際運行值的差，調(diào)節(jié)控制量；功率驅(qū)動裝置作為系統(tǒng)的主回路，一方面按控制量的大小將電網(wǎng)中的電能作用到電動機上，調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)矩大小，另一方面按電動機的要求把恒 壓恒頻的電網(wǎng)供電轉(zhuǎn)換為電動機所需的交流電或直流電；電動機則按供電大小拖動機械運轉(zhuǎn)。為此，要求進給伺服能快速調(diào)節(jié)坐標(biāo)軸的運動速度，并能精確的進行位置控制，具體要求其調(diào)速范圍寬、位移精度高、穩(wěn)定性好、動態(tài)響應(yīng)快。 主軸伺服提供加工各類工件所需的切削功率，因此，只需完成主軸調(diào)速及正反轉(zhuǎn)功能。與進給伺服一樣，主軸伺服經(jīng)歷了從普通三相異步電動機傳動到直流主軸傳動。 作為數(shù)控系統(tǒng)的重要功能部件，伺服系統(tǒng)的特性一直是影響系統(tǒng)加工性能的重要指標(biāo)。 可以預(yù)見隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡(luò)制造等先進制造技術(shù)的發(fā)展，具有網(wǎng)絡(luò)接口的全數(shù)字伺服系統(tǒng)、直線電動機及高速電主軸將成為數(shù)控機床行業(yè)的關(guān)注的 熱點，并成為伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向。由于各種數(shù)控機床所完成的加工任務(wù)不同，它們對伺服系統(tǒng)的要求也不同，針對這種情況，要求選擇伺服系統(tǒng)時應(yīng)遵循如下的選擇原則： （ 1）伺服系統(tǒng)能實現(xiàn)正反靈活運行。 （ 3）伺服系統(tǒng)要具有足夠的傳動剛性和高的速度穩(wěn)定性。只是為減小轉(zhuǎn)動慣量，電機做得細(xì)長一點。 供電方式：他勵供電。 直流伺服電機 選用數(shù)字直流伺服系統(tǒng)實現(xiàn)進給的控制 伺服系統(tǒng)本質(zhì)上是一種隨動系統(tǒng)，就是在自動控制系統(tǒng)中，使輸出量能夠以一定準(zhǔn)確度跟隨輸入量的變化而變化。近幾十年來，新技術(shù)革命，特別是微電子技術(shù)與計算機技術(shù)的飛速進步，使伺服系統(tǒng)如虎添翼的飛速發(fā)展，其應(yīng)用幾乎遍及社會的各個領(lǐng)域。近年來隨著電子技術(shù)的發(fā)展以及應(yīng)用技術(shù)的進步，單片機的 高速 發(fā)展，外圍電路元件專用集成件不斷出現(xiàn)， 使得 直流伺服電機控制技術(shù)有了顯著的進步。 直流伺服系統(tǒng)穩(wěn)定性好。 伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量跟隨輸入量的精確程度，這樣的跟隨誤差一般要求二階無誤差。 直流伺服系統(tǒng)的主要特點 1）以精確的檢測裝置組成速度和位置的閉環(huán)控制。根據(jù)檢測裝置實現(xiàn)信息反饋的原理不同，伺服系統(tǒng)反饋比較的方法也不同。模擬系統(tǒng)的調(diào)整是通過改變電路板上的電阻電容 的值來改變系統(tǒng)控制參數(shù)的，調(diào)整過程復(fù)雜繁瑣，不直觀。比如：要改變 PID參數(shù)中的積分時間常數(shù)，模擬系統(tǒng)是通過改變電阻電容值使 RC 常數(shù)改變；數(shù)字系統(tǒng)是直接通過改變以秒為單位的數(shù)值來實現(xiàn) RC 常數(shù)的改變，既直觀又方便。 選用 PLC 實現(xiàn)機床所有動作的邏輯控制 選用 PLC 實現(xiàn)機床所有動作 的邏輯控制。 PLC 是專門為取代繼電器邏輯控制而設(shè)計制造的產(chǎn)品，目前已經(jīng)大量應(yīng)用于各種控制場合，具有高抗干擾性、編程簡單、編程符合繼電器控制的習(xí)慣、利用編程器可進行在線調(diào)試和診斷等優(yōu)點。當(dāng)機床出現(xiàn)故障時，可利用編程器迅速的檢查故障原因。實踐證明， 機床加裝了數(shù)顯測量儀裝置，能保證尺寸精度，減少勞動強度，實現(xiàn)動態(tài)測量，提高勞動生產(chǎn)率，特別是對老機床的更新改造提供了新的途徑。此次電氣系統(tǒng)改造中所選用的數(shù)顯測量儀的分辨率為 。 數(shù)顯測量儀安裝方式分為：直線型和滾動型。滾動型數(shù)顯測量儀只有光柵數(shù)顯測量儀和感應(yīng)同步數(shù)顯測量儀兩種。 數(shù)顯測量儀的工作原理 數(shù)顯 測量儀的工作原理見圖 圖 數(shù)顯測量儀的工作原理 讀數(shù)頭安裝在機床的運動部件上，數(shù)顯表安裝在機床懸掛箱上。當(dāng)滾輪沿機床導(dǎo)軌滾動時，帶動動片同時轉(zhuǎn)動，在光電接收器上就可以接收到明暗相間的干涉條紋，經(jīng)整形放大后形成相位相差 90 度的 A、 B脈沖串，經(jīng)過譯碼，將 A、 B脈沖換成與位移量相對應(yīng)的數(shù)字，供操作人員觀看。 第三章 龍門銑床電氣技術(shù)改造硬件設(shè)計 硬件控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 在 XQ2021 龍門銑床 的電氣系統(tǒng)改造中，保留了原來的滑枕銑頭、左側(cè)銑頭、右側(cè)銑頭的主軸交流電機驅(qū)動，左側(cè)銑頭和右側(cè)銑頭主軸的變速采用手動方式，滑枕銑頭主軸的變速是通過變速裝置來實現(xiàn)的。在電氣改造的過程中為了提高機床的精度，還為機床安裝了數(shù)顯測量儀。 電氣改造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 電氣技術(shù)改造控制回路設(shè)計 根據(jù)電氣控制 改造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， XQ2021 龍門銑床電氣技術(shù)改造中控制回路設(shè)計主要包括：電源控制、交流電機控制盒工作臺進給、滑枕銑頭進給、溜板進給、右側(cè)銑頭進給和左側(cè)機頭進給等。 電源供電控制回路硬件設(shè)計 PLC 電源供電控制回路見圖 圖 電源供電控制回路圖 由于交流電網(wǎng)中存在大量的諧波、高頻干擾等，所以對交流電源供電的控制裝置和電子電氣 設(shè)備，都應(yīng)采取扼制來自交流電源干擾的措施。因此，在 PLC 電源供電控制回路的硬件設(shè)計中增加了 1:1的隔離電壓器和低通濾波器。 交流電機控制回路硬件設(shè)計 除工作臺、滑枕銑頭、溜板、左側(cè)洗頭、右側(cè)銑頭的進給控制使用伺服電機外，其他如 衡量升降電機、銑頭電機、液壓泵電機、潤滑電機等都使用的是機床改造前的三相交流電機。交流接觸器 KM15 和 KM16 實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)控制。 圖 工作臺進給控制回路圖 在圖 中，交流接觸器 KM101 用于控制伺服驅(qū)動器的三相 200V 交流供電，伺服驅(qū)動器所需的 24V 直流電壓，由直流穩(wěn)壓電源供電。伺服電機的反饋控制采用的是增量型編碼器。 主要電氣部件硬件參數(shù)的選擇 伺服電機、伺服驅(qū)動器 和伺服變壓器的選擇 工作臺進給伺服驅(qū)動器和伺服電機的選擇 工作 臺進給伺服驅(qū)動器和電機的選擇。 P—— 直流電機額定輸出功率 (kW)。伺服電機確定后，根據(jù)電機電流值和生產(chǎn)廠家提供的伺服驅(qū)動器產(chǎn)品數(shù)據(jù)，選擇額定輸出電流為 100A 的伺服驅(qū)動器。根據(jù)伺服驅(qū)動器的額定輸出電流 100A，計算其容量為 P =200x100=20kVA 考慮到留有一定的余量選擇 25kVA 的伺服變壓器。伺服電機確定后，根據(jù)電機電流值和生產(chǎn)廠 家提供的伺服驅(qū)動器產(chǎn)品數(shù)據(jù)，選擇額定輸出電流為 30A 的伺服驅(qū)動器。 導(dǎo)線的選擇 導(dǎo)線選擇的原則 :根據(jù)電流、環(huán)境溫度和使用環(huán)境選擇。導(dǎo)線的截面積根據(jù)流過導(dǎo)線電流的 大小計算選擇。 由電氣原理圖得到各交流電機的額定電流分別為 : 1)橫梁升降電機 :38A。 3)左排屑電機 :。 5)高揚程冷卻泵電機 :。 7)總液壓潤滑泵電機 :。 9)靜壓多頭泵一電機 :。 11)左側(cè)銑頭電機 :。 13)滑枕銑頭電機 :。 15)滑枕銑頭液壓電機 :。 17)乃 滑枕銑頭平衡油缸電機 :. 各交流電機的額定電流和 I為 : I=38+++3:6++4+++++++++++= 各軸伺服電機額定電流為 : 1)工作臺進給伺服電機 :79A。 TCl一次側(cè)額 定電流乃為 : Ib=PTCi /U， = x 103/380= 同理電磁閥電源 TC2 所需總電流 Ia 為 : La=PTCZ /U,= /380= 穩(wěn)壓電源變壓器 TC4 一次側(cè)電流 Is 為 Is=PTC4 /U, = /380= 其它用電設(shè)備容量較小，電流忽略不計，因此總電流 I為 : I=I+Iz+Ib+La+Is =++++= 但由于所有用電設(shè)備不是同時使用，也不是同時達到其額定電流，因此，實際總電 流 IS為 : IS=I x k == 式中 k 一同時使用系數(shù)，取 k=。 中所列數(shù)據(jù) (參見表 )，選擇截面積為 95mm。 又因滑枕、溜板、左側(cè)和右側(cè)伺服驅(qū)動器的額定電流為 30A，查表 ，選擇截面 積為 4mm 的銅導(dǎo)線。 M1(橫梁升降電機 )的額定電流 Ile=38A。