BQ2031A 8m刨床低速切削不穩(wěn)的處理

趙國強(qiáng)

作者通聯(lián)：萬洲電氣集團(tuán)有限公司研發(fā)中心 湖北襄陽市長征路58號 441001

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1.8m龍門刨床傳動電控改造概述

BQ2031A 8m龍門刨床是武漢重型機(jī)床廠20世紀(jì)60年代的產(chǎn)品，1992年經(jīng)歷了一次電控更新改造，使用了V57數(shù)?；旌峡刂凭чl管可逆直流調(diào)速電柜作為主控系統(tǒng)，由于沿用半導(dǎo)體分立元件、接插件“翻板”結(jié)構(gòu)，柜體龐大，熱穩(wěn)定性差，且經(jīng)常出現(xiàn)接觸不良問題，致使整個傳動系統(tǒng)的故障率高。因系統(tǒng)大量使用模擬元件電路組成的電路板，受現(xiàn)場環(huán)境條件（氣溫、灰塵、信號干擾）等諸多因素影響較大，模擬電路信號極易產(chǎn)生漂移和失真，尤其是速度及電流調(diào)節(jié)器的PID參數(shù)全靠幾個電位器互相配合細(xì)調(diào)才能達(dá)到最佳效果，調(diào)試時必須使用示波器監(jiān)視波形才能完成，調(diào)試步驟繁瑣，維護(hù)麻煩，一旦系統(tǒng)失調(diào)，要經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)才能滿足需求。系統(tǒng)還存在低速性能差，電機(jī)運(yùn)行到50r/min左右時，工作臺床身就出現(xiàn)抖動，無法滿足大型加工件刨磨加工的工藝要求。

2006年11月，萬洲電氣集團(tuán)有限公司承接了山東萊蕪鋼鐵集團(tuán)機(jī)械廠的一臺BQ2031A 8m龍門刨床電控系統(tǒng)技術(shù)改造，改造的要點(diǎn)如下：①采用歐陸590+全數(shù)字直流調(diào)速裝置驅(qū)動工作臺電機(jī)，取代原V57數(shù)模混合控制晶閘管可逆直流調(diào)速電控系統(tǒng)，并在工作臺直流電機(jī)尾部加裝測速發(fā)電機(jī)，提高穩(wěn)速精度；②電控邏輯部分采用三菱FX系列PLC取代原接觸器—繼電器控制模式，由PLC檢測各路按鈕、限位開關(guān)及直流調(diào)速器等信號，按照程序控制各接觸器及相關(guān)執(zhí)行元件；③將工作臺機(jī)械動作的行程限位開關(guān)更換為電磁感應(yīng)的接近開關(guān)，性能更趨穩(wěn)定，且延長了其使用壽命。

2.改造中遇到的問題及原因分析

由于該龍門刨床加工較長的大型工件時，刨床正常切削速度較慢，慢速低到一定程度時，一進(jìn)入前進(jìn)減速狀態(tài)后，工作臺運(yùn)行速度不降反升，造成工件加工表面明顯出現(xiàn)刨刀換速的劃痕，影響加工工件質(zhì)量，同時極易造成工作臺超程越位停車的故障，原因分析如下。

在8m龍門刨床的床身右側(cè)導(dǎo)軌下裝有前進(jìn)和后退的減速、換向及極限開關(guān)共6個，在不同的行程位置相應(yīng)的行程開關(guān)動作。

刨床工作臺在往復(fù)循環(huán)工作過程中，慢速切入的降速目的是避免刨刀切入工件時崩裂工件及減小刀具在切入時所承受的沖擊，延長刀具的使用壽命；前進(jìn)減速工作臺降入慢速運(yùn)行退出工件的目的不僅為了防止工件剝落及限制主電機(jī)在減速和反向過程中的沖擊電流不致過大，減少對機(jī)械傳動部分的沖擊，同時給工作臺運(yùn)行反向前一個緩沖過程，以免工作臺以過高速度換向時沖程越位，而造成飛車事故；高速后退返程時，因返回速度較高且工作臺的慣性大容易造成停車超程（即出現(xiàn)越位現(xiàn)象），為了減小反向時因沖擊力過大而引起的越位和對傳動機(jī)構(gòu)的沖擊，要求有一個減速過程。其中前進(jìn)減速和后退返程減速是關(guān)鍵控制點(diǎn)。歐陸590+系列直流調(diào)速裝置提供了470多個參數(shù)可供調(diào)整，以適應(yīng)不同的使用場合和不同的負(fù)載需求，這些參數(shù)出廠時有一個預(yù)設(shè)值，使用時只對個別參數(shù)加以調(diào)整和設(shè)定即可。要實(shí)現(xiàn)上述兩種減速功能，需要變更的主要參數(shù)有：

拉緊1設(shè)定為29%的含意為直流調(diào)速裝置運(yùn)行減速時，從實(shí)際運(yùn)行速度n1降至主電機(jī)額定轉(zhuǎn)速ne29%的速度（29%ne）運(yùn)行，同理，拉緊2為-80%ne（方向相反）后退返程減速運(yùn)行。

分析發(fā)現(xiàn)，8m刨床工作臺前進(jìn)換向低速不穩(wěn)的主要原因是590+直流調(diào)速裝置的速度設(shè)定存在缺陷。因?yàn)榕俅睬斑M(jìn)減速設(shè)定既要兼顧刨床加工短小工件高速運(yùn)行減速，又要兼顧加工大型工件慢速減速運(yùn)行的條件，而590+裝置的減速設(shè)定是根據(jù)拉緊1來規(guī)定減速速度，其設(shè)定值一旦預(yù)設(shè)不好，就會出現(xiàn)兩種截然不同效果：①該值如果設(shè)定滿足一般的低速切削減速要求時，刨床在高速減速時就會出現(xiàn)減速太猛，工作臺由于慣性經(jīng)常會出現(xiàn)越限超程沖過極限保護(hù)而停車，而如果低速減速設(shè)定值過低后，還會出現(xiàn)由于減速速度過小，減速速度跑不起來，減速后未到換向點(diǎn)就停車；②該值如果設(shè)定滿足一般的高速切削減速要求，例如拉緊1設(shè)定為29%ne，如果實(shí)際運(yùn)行速度n1＜29%ne，工作臺在進(jìn)入工件運(yùn)行至正常低速刨削時，如遇到前進(jìn)減速命令，即刻從n1升速至下運(yùn)行29%ne運(yùn)行，工作臺這時會有一個明顯的不降反升的調(diào)速過程，其危害是顯而易見的。

3.處理措施

前進(jìn)減速設(shè)定在滿足高速切削減速要求后，刨床一旦進(jìn)入到了低速切削運(yùn)行時，可以分兩種情況區(qū)別對待：①當(dāng)n1＞拉緊1時，工作臺實(shí)際運(yùn)行軌跡一切照常，正常接收前進(jìn)減速限位開關(guān)命令后，正常進(jìn)入減速拉緊1的參數(shù)設(shè)定值，執(zhí)行減速運(yùn)行直至碰到反向限位開關(guān)后，及時執(zhí)行反向高速返程命令；②當(dāng)n1＜拉緊1時，工作臺實(shí)際運(yùn)行軌跡可以改變以往正常循環(huán)程式規(guī)定，即在接收到前進(jìn)減速限位開關(guān)命令后，不執(zhí)行進(jìn)入減速拉緊1的參數(shù)設(shè)定值運(yùn)行狀態(tài)，依然維持n1速度運(yùn)行至前進(jìn)換向限位開關(guān)處，直接執(zhí)行反向高速返程命令。

因此必須解決檢測主電機(jī)轉(zhuǎn)速的判據(jù)問題，利用590+裝置的零速檢測功能可以很好地解決這一難題。590+直流調(diào)速裝置使用手冊中有關(guān)靜止章節(jié)中詳細(xì)介紹了靜止控制模塊使用過程，如果原系統(tǒng)在零速運(yùn)行并調(diào)速器設(shè)定在零速閾值以下時，原控制功能將靜止邏輯“使能”，然后電流環(huán)和速度環(huán)將停止，停止調(diào)速器轉(zhuǎn)動，從而防止零速時軸的振動而引起變速箱的磨損。由此可見：①來自速度環(huán)的速度反饋輸入端口可以反映來自測速機(jī)檢測主電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速信號，實(shí)現(xiàn)檢測工作臺低速運(yùn)行速度判斷的門檻問題；②來自設(shè)定點(diǎn)的速度值輸入端口可以滿足檢測主電機(jī)的運(yùn)行速度，并且當(dāng)速度超過設(shè)定值時，及時輸出信號報警給PLC做程序處理，達(dá)到對速度設(shè)定臨界判據(jù)目的；③裝置數(shù)字輸出B5端口也滿足判斷完成后直接輸出開關(guān)量的需要。

由此，將590+裝置的零速檢測功能轉(zhuǎn)化成了前進(jìn)減速預(yù)判功能，裝置參數(shù)設(shè)定需作如下變更：

通過在590+裝置中將零速檢測速度設(shè)定略高于拉緊1的前進(jìn)減速的速度，然后，在裝置數(shù)字輸出B5端口接上一個繼電器輸出開關(guān)量信號給PLC輸入端口，并在PLC編程上略作一些處理，即可實(shí)現(xiàn)低速刨削屏蔽前進(jìn)減速信號保持速度穩(wěn)定換向控制過程。

4.效果

2006年11月，對590+直流調(diào)速裝置的零速檢測功能模塊的進(jìn)行了各項(xiàng)功能試驗(yàn)，在完全滿足使用需求情況下，用到了萊鋼的BQ2031A 8m龍門刨床電控系統(tǒng)中，增加低速刨削檢測速度轉(zhuǎn)換功能后，很好地解決了該機(jī)床低速切削速度不穩(wěn)的技術(shù)難題，使該8m刨床機(jī)械特性變硬，平穩(wěn)性更好，大大提高工件切削表面質(zhì)量，設(shè)備使用至今工作正常。