變頻器在立式鏜床改造中的應(yīng)用

(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430050)

1 前 言

目前，我國中小企業(yè)在零件加工過程中，仍然普遍使用傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備，在短時(shí)間內(nèi)不可能全部更換成現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床。原鏜床工作臺(tái)移動(dòng)由電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，其控制電路由多個(gè)單獨(dú)控制環(huán)節(jié)組成，而每個(gè)環(huán)節(jié)又由單個(gè)電子元件組成。在加工過程中，電子元器件由于機(jī)床振動(dòng)和周邊環(huán)境影響，很容易造成焊點(diǎn)松動(dòng)、斷裂、腐蝕等。同時(shí)在維修時(shí)對(duì)電子元器件好壞判斷及拆卸都很耗時(shí)，嚴(yán)重影響產(chǎn)品生產(chǎn)，降低了設(shè)備使用效率。

筆者所在工廠主要生產(chǎn)船用柴油機(jī)上缸套系列產(chǎn)品，產(chǎn)品內(nèi)孔尺寸大，并且內(nèi)壁需要有網(wǎng)紋，這就要求在加工過程中切削速度與工作臺(tái)進(jìn)給速度協(xié)調(diào)一致。由于每個(gè)操作者對(duì)機(jī)床設(shè)備使用熟練程度不同、方法不同，在加工過程中僅憑經(jīng)驗(yàn)和眼睛觀察工作臺(tái)移動(dòng)，一是慢、二是不準(zhǔn)確，很難保證產(chǎn)品質(zhì)量合格。變頻器能準(zhǔn)確、直觀顯示不同頻率下，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度即工作臺(tái)移動(dòng)快慢。為了提高生產(chǎn)效率，降低能耗，同時(shí)加工產(chǎn)品又能達(dá)到圖紙規(guī)定的技術(shù)要求。我們?cè)诂F(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上，對(duì)生產(chǎn)線上部分設(shè)備進(jìn)行改造。通過對(duì)兩臺(tái)立式鏜床進(jìn)行改造，原工作臺(tái)進(jìn)給調(diào)速系統(tǒng)控制改為變頻器控制后，電機(jī)為普通交流電動(dòng)機(jī)，既簡單，又方便。

2 鏜床工作臺(tái)控制系統(tǒng)

2.1 原工作臺(tái)控制工作原理

鏜床工作臺(tái)移動(dòng)由滑差電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，滑差電動(dòng)機(jī)離合器勵(lì)磁繞組的直流供電，是采用帶續(xù)流二極管的半波可控硅整流電路。

(1)速度反饋電路測速發(fā)動(dòng)機(jī)軸與負(fù)載軸是連在一起的，它是把負(fù)載旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)通過測速發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為交流電壓信號(hào)輸出。

(2)給定電壓環(huán)節(jié)由同步變壓器輸出50V交流電壓，經(jīng)整流二極管整流及阻容兀型濾波和穩(wěn)壓管輸出一穩(wěn)定直流電壓即為給定電壓。給定電壓發(fā)生變化，進(jìn)給電機(jī)轉(zhuǎn)速也會(huì)隨之改變。

(3)比較和放大環(huán)節(jié)晶體管VT2的輸入信號(hào)是由給定電壓信號(hào)與反饋信號(hào)比較后形成的，信號(hào)經(jīng)晶體管VT2放大，在負(fù)載電阻R5得到放大了的控制信號(hào)輸入觸發(fā)器。

(4)移向和觸發(fā)環(huán)節(jié)脈沖形成和輸出：采用同步電壓為鋸齒波的單只晶體管的觸發(fā)電路。

(5)如何實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)速度變化以增速為例， 調(diào)速電位器W2，增加給定電壓，使觸發(fā)電路的控制電壓增高，輸出脈沖前移，可控硅導(dǎo)通角增大，整流輸出電壓增高，離合器的勵(lì)磁電壓增加，從而使工作臺(tái)速度加快。

2.2 改造后的進(jìn)給電氣工作原理

本次改造采用西門子公司產(chǎn)的變頻器，變頻器的頻率范為0-400Hz，電機(jī)型號(hào)為Y160M-6，7.5kW。變頻器工作電源由380V三相交流電經(jīng)斷路器QF1和接觸器KM1接到變頻器L1、L2、L3輸入端，變頻器輸出電壓U、V、W接到負(fù)載電機(jī)M上。工作臺(tái)的工進(jìn)、點(diǎn)工進(jìn)和工退，通過按鈕SB11、SB12、SB13接通變頻器端子5、6、7、8、9、16使它們得電，變頻器按預(yù)先設(shè)定好的頻率輸出，從而實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的工進(jìn)、點(diǎn)工進(jìn)和工作臺(tái)后退。主軸電機(jī)啟動(dòng)、停止和工作臺(tái)快速后退同原控制電路保持不變。

元器件的選擇

(1)工作臺(tái)拖動(dòng)電機(jī) 根據(jù)原直流電機(jī)額定功率選擇相應(yīng)三相交流電動(dòng)機(jī)，能在滿載運(yùn)行時(shí)電力拖動(dòng)。選用普通電機(jī)，電機(jī)型號(hào)為Y160M-6，額定功率7.5kW，額定電壓380V，額定電流16.35A，額定頻率50Hz。

(2)主電源接觸器 根據(jù)負(fù)載電流的性質(zhì)交流負(fù)載選用交流接觸器，主觸點(diǎn)的額定電流大于負(fù)載電。立式鏜床包括主軸電機(jī)和工作臺(tái)移動(dòng)電機(jī)，主軸電機(jī)為JO2-51-4，額定功率7.5kW，額定電壓380V，額定電流14.85A。根據(jù)機(jī)床總的額定功率，KM1接觸器選用CJ20-40，額定電流40A，控制電壓380V。KM2、KM3接觸器選用CJ20-20，額定電流20A控制電壓380V。

(3)按鈕 按鈕選擇LA18-22。

(4)變頻器 變頻器對(duì)電機(jī)而言，相當(dāng)于供電電源。在一個(gè)電氣控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)上游的設(shè)備功率應(yīng)大于下游設(shè)備的功率。電機(jī)是控制系統(tǒng)中的下游設(shè)備，所以，變頻器的功率一定要大于電機(jī)的功率。工作臺(tái)進(jìn)給速度是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速過程中，電機(jī)電流是一個(gè)不變的數(shù)值，可以作為選擇變頻器容量的依據(jù)。MDV1100/3型變頻器電機(jī)額定輸出功率11kW，輸出電流26A，可以保證變頻器連續(xù)安全運(yùn)行。

(5)斷路器 斷路器是對(duì)電動(dòng)機(jī)及控制線路進(jìn)行短路保護(hù)的，根據(jù)斷路器選用原則，主電源斷路器的型號(hào)DZ47-60/3P 40A，電機(jī)、變頻器的斷路器的型號(hào)DZ47-60/3P 32A，控制回路斷路器的型號(hào)DZ47-60 5A。

改造后鏜床主軸電機(jī)和變頻器控制工作臺(tái)移動(dòng)電機(jī)電路原理如圖1所示。鏜床電氣控制線路如圖2所示。

圖1

圖2

鏜床工作過程如下:

(1)機(jī)床通電 合上斷路器QF1、QF2，按下SB2按鈕，KM1線圈得電，常開輔助觸頭閉合自鎖，KM1主觸頭閉合變頻器輸入端得電。按下SB1按鈕，KM1線圈失電，KM1主觸頭斷開，變頻器電源斷電。

(2)主軸電機(jī)正轉(zhuǎn) 按下SB3按鈕，KM2線圈得電，常開輔助觸頭閉合自鎖，KM2主觸頭閉合，主軸電機(jī)正轉(zhuǎn)。KM3常閉輔助觸頭起互鎖作用。按下SB10按鈕，KM2線圈失電，主觸頭斷開，主軸電機(jī)停止。

(3)主軸電機(jī)正向點(diǎn)動(dòng)按下SB4-1按鈕，KM2線圈得電，KM2主觸頭閉合，主軸電機(jī)正轉(zhuǎn)。松開按鈕，接觸器KM2線圈失電，電機(jī)正轉(zhuǎn)停止。

(4)主軸電機(jī)反轉(zhuǎn) 按下SB5按鈕，KM3線圈得電，KM3常開輔助觸頭閉合自鎖，KM3主觸頭閉合，主軸電機(jī)反轉(zhuǎn)。KM2常閉輔助觸頭起互鎖作用。按SB10按鈕，KM3線圈失電，主觸頭斷開，主軸電機(jī)停止。

(5)主軸電機(jī)反向點(diǎn)動(dòng)按SB6-1按鈕，KM3線圈得電，KM3主觸頭閉合，主軸電機(jī)反轉(zhuǎn)。松開按鈕，KM3線圈失電，電機(jī)反轉(zhuǎn)停止。

(6)工作臺(tái)點(diǎn)工進(jìn) 按SB13按鈕，變頻器輸出頻率10Hz以下(預(yù)設(shè)好的)電機(jī)在此頻率下工作。

(7)工作臺(tái)工進(jìn) 按SB11按鈕，變頻器輸出頻率12Hz以下(預(yù)設(shè)好的)電機(jī)在此頻率下工作。

(8)工作臺(tái)后退 按SB12按鈕，變頻器輸出頻率50Hz以下(預(yù)設(shè)好的)電機(jī)在此頻率下工作。

(9)工作臺(tái)快速后退工作臺(tái)快速移動(dòng)由快速電機(jī)和電磁鐵來實(shí)現(xiàn)。旋轉(zhuǎn)按鈕SB7拔到快速位置，中間繼電器KA線圈得電，繼電器閉合，電磁鐵線圈得電，帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使工作臺(tái)快速后退。當(dāng)后退快壓到位置開關(guān)SQ1時(shí)，中間繼電器KA線圈失電，工作臺(tái)停止移動(dòng)。

3 變頻器系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整

操作人員很方便就能通過變頻器前面板的三個(gè)編程鍵(P，▽，△)輸入，快速調(diào)節(jié)出所需要的變頻器特性，參數(shù)號(hào)和參數(shù)值通過四位LED顯示。變頻器的主要參數(shù)設(shè)置如下：

參數(shù)功能參數(shù)范圍設(shè)定值說明P002工進(jìn)、工退加速時(shí)間(S)0-650.00【10.00】此時(shí)間為電機(jī)從靜止加速到P013中所設(shè)最大頻率的時(shí)間。P003工進(jìn)、工退減速時(shí)間(S)0-650.00【10.00】此時(shí)間為電機(jī)從最大頻率減速到靜止所需時(shí)間。P006頻率設(shè)定方式0-32設(shè)定變頻器的頻率給定控制方式P031點(diǎn)工進(jìn)頻率(Hz)0-650.00【10.00】點(diǎn)動(dòng)用于電機(jī)微動(dòng)P033點(diǎn)工進(jìn)(S)0-650.00【10.00】點(diǎn)動(dòng)功能時(shí),從0HZ加速到最高頻率所需要時(shí)間P034點(diǎn)工退(S)0-650.00【10.00】點(diǎn)動(dòng)功能時(shí),從最高頻率減到0HZ所需要時(shí)間P041第一固定頻率(Hz)0-650.00【5.00】當(dāng)P006=2且P055=6有效P042第二固定頻率(Hz)0-650.00【50.00】當(dāng)P006=2且P054=6有效P043第三固定頻率(Hz)0-650.00【12.00】當(dāng)P006=2且P053=6有效P051選擇控制功能,DIN1(端子5)0-24【1.00】工進(jìn)運(yùn)轉(zhuǎn)P052選擇控制功能,DIN2(端子6) 0-24【2.00】工退運(yùn)轉(zhuǎn)P053選擇控制功能,DIN3(端子7) 0-24 【6】選擇固定頻率3,工進(jìn)頻率P054選擇控制功能,DIN4(端子8) 0-24 【6】選擇固定頻率2,工退頻率P055選擇控制功能,DIN5(端子16) 0-24 【6】選擇固定頻率1,點(diǎn)工進(jìn)頻率

根據(jù)改造后機(jī)床特點(diǎn)，針對(duì)不同產(chǎn)品，我們經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)、調(diào)整，設(shè)計(jì)出變頻器不同特征叁數(shù)值，讓操作者能快速、直觀，準(zhǔn)確掌握機(jī)床特性，同時(shí)保證變頻器運(yùn)行處于最佳狀態(tài)。

4 結(jié) 語

傳統(tǒng)機(jī)床設(shè)備，通過技術(shù)革新仍然能發(fā)揮作用。變頻器由于操作簡單、省電，所以在工業(yè)領(lǐng)域運(yùn)用越來越普及，隨著變頻器技術(shù)不斷進(jìn)步發(fā)展，在機(jī)床設(shè)備改造中將發(fā)揮越來越重要作用。