龍門式銑床直流調(diào)速系統(tǒng)改造

方寬福， 王 營(yíng)， 夏 青， 趙 曦， 王 斌

（中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心有限公司， 北京 100044）

0 引言

龍門式銑床簡(jiǎn)稱龍門銑，是具有門式框架和臥式長(zhǎng)床身的銑床。 龍門式銑床上可以用多把銑刀同時(shí)加工表面，加工精度和生產(chǎn)效率都很高，適用于成批和大量生產(chǎn)中加工大型工件的平面和斜面。 對(duì)于數(shù)控式龍門銑床，還可以加工空間曲面和一些特種零件。 龍門銑的種類有很多，其中龍門銑X2020 是北京第一機(jī)床廠70 年前試制的大型龍門銑，經(jīng)過20 多年的使用，電氣元件老化、故障不斷、每次維修既浪費(fèi)時(shí)間又影響正常生常進(jìn)度，為確保該機(jī)床的正常運(yùn)行，現(xiàn)需對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行局部改造。

1 龍門銑調(diào)速系統(tǒng)精度要求

根據(jù)龍門銑進(jìn)給系統(tǒng)的加工要求，工作臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)功率為13kW，要求調(diào)速范圍為D=30，靜差率為δ<15%，左垂直、左水平銑頭，右垂直、右水平銑頭，四個(gè)銑頭進(jìn)給直流電動(dòng)機(jī)功率為4kW，調(diào)速范圍要求D=60，靜差率為δ<15%。

2 直流系統(tǒng)的選用

根據(jù)龍門銑的加工情況， 確定用三套單獨(dú)的直流調(diào)速系統(tǒng)。 工作臺(tái)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)功率較大，用一套直流調(diào)速系統(tǒng)；左垂直、左水平進(jìn)給用一套直流調(diào)速系統(tǒng)；右垂直、右水平進(jìn)給用一套直流調(diào)速系統(tǒng)。 這樣做可實(shí)現(xiàn)左邊銑頭和右邊銑頭有一個(gè)能同時(shí)進(jìn)給。 可控硅直流調(diào)速系統(tǒng)有可逆系統(tǒng)和不可逆系統(tǒng)，有雙環(huán)系統(tǒng)和三環(huán)系統(tǒng)之分，選何種系統(tǒng)也是直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵。 由于龍門銑工作臺(tái)，銑頭進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的正反方向都不頻繁，且都是停止進(jìn)給運(yùn)動(dòng)后才反向的，所以用接觸器實(shí)現(xiàn)正反向即可，因此選不可逆系統(tǒng)。 調(diào)試范圍，靜差率要求都不高，可采用雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)， 主電路為三相全控橋式整流電路。 根據(jù)以上要求，調(diào)速系統(tǒng)可采用KB-13/100A 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（工作臺(tái)進(jìn)給）1 套；KB-13/50A 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（水平、垂直銑頭進(jìn)給）2 套。

3 主回路元件的選用

KBB-13 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)與X2020 原直流調(diào)速系統(tǒng)有一定的差異， 要達(dá)到龍門銑要求的靜差率及加工要求， 需要根據(jù)調(diào)速系統(tǒng)的組成對(duì)其主電路元件進(jìn)行選用計(jì)算。 X2020 的三套直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理相同，只是元件規(guī)格有些差異， 其關(guān)鍵部分也就是主電路元件的選用，以下我們就針對(duì)工作臺(tái)主電路進(jìn)行分析。主電路原理圖見圖1。

圖1 直流調(diào)速系統(tǒng)主電路原理圖

3.1 工作臺(tái)電動(dòng)機(jī)D 選用

原機(jī)床的工作臺(tái)電動(dòng)機(jī)尚未損壞， 因此本次改造選用原機(jī)床電動(dòng)機(jī)規(guī)格型號(hào)如下：

電機(jī)規(guī)格：Z2－72 額定功率：Pe=13kW。 額定電壓：Ue=220V 額定電流：Ied=70.7A 額定轉(zhuǎn)速：Ne=1000r／min 額定勵(lì)磁電壓： Ufe=220V 額定勵(lì)磁電流：Ife=1.564A。 電機(jī)內(nèi)阻：Ra=0.5。

3.2 變壓器ZB 選用

電動(dòng)機(jī)的額定電壓為Ue=220V， 采用三相半控橋式整流電路，必須使用降壓變壓器，將電源電壓降低。

主變壓器采用△／Y 接法，以保證免受三次諧波磁通及三次諧波電勢(shì)的不良影響。 也避免三次諧波電流對(duì)電源的影響。

3.3 硅管的選用

負(fù)載額定電流70.7A，負(fù)載過載倍數(shù)取λ＝1.5，通態(tài)平均電流計(jì)算系數(shù)Kfb=0.367。

可控硅的額定電流：

IT=λ×Kfb×ID=1.5×0.367×70.7=38.9（A）

選可控硅KP100-8，數(shù)量3 件。

硅整流二極管、 續(xù)流二極管的額定電流與耐壓的計(jì)算與可控硅相同， 選擇整流二極管為2CZ100A／800V，數(shù)量4 件。

3.4 平波電抗器的選用

3.5 制動(dòng)電阻的RZD 選用

3.6 保護(hù)元件的選用

3.6.1 熔斷器RD 的選用

3.6.3 元件側(cè)阻容保護(hù)

可控硅額定電流100A，電阻，電容經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為：

C＝0.25μF/400V，C4～C10共8 件，R=20Ω/85W，R4～R10共8 件。

4 調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成

KB 系列雙閉環(huán)可控硅直流調(diào)速系統(tǒng)能夠滿足電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)以及靜態(tài)、動(dòng)態(tài)指標(biāo)等要求。 該裝置的系統(tǒng)方框圖見圖2。

圖2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

系統(tǒng)使用了速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器兩個(gè)調(diào)節(jié)器，電流負(fù)反饋加于電流調(diào)節(jié)器輸入端， 通速度調(diào)節(jié)器的輸出進(jìn)行比較，而速度反饋加于速度調(diào)節(jié)器的輸入端，同速度給定進(jìn)行比較，所以該系統(tǒng)由兩個(gè)調(diào)節(jié)閉環(huán)組成，電流調(diào)節(jié)閉環(huán)，由電流調(diào)節(jié)器、移相觸發(fā)器、脈沖分配器、可控硅、電樞回路、電流互感器、整流器構(gòu)成。 速度調(diào)節(jié)閉環(huán)，由速度調(diào)節(jié)器、電流閉環(huán)、電動(dòng)機(jī)、測(cè)速機(jī)構(gòu)成。

雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以對(duì)電流和速度兩個(gè)參量分別進(jìn)行調(diào)節(jié)。 電流調(diào)節(jié)器用來維持起動(dòng)、制動(dòng)電流恒定，使系統(tǒng)在過渡過程中維持最大電流不變，以縮短起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間。 速度調(diào)節(jié)器用來維持工作速度恒定。 系統(tǒng)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能良好，完全可以滿足龍門銑的加工要求。

5 系統(tǒng)的連接

按圖1 直流調(diào)速系統(tǒng)主回路原理圖連接主回路各元件之間的導(dǎo)線，要求連接可靠無虛接，接地良好。

按圖3 連接直流調(diào)速系統(tǒng)主回路和調(diào)速系統(tǒng)之間的連線，要求直流調(diào)速系統(tǒng)主回路連接可靠無虛接。

圖3 直流調(diào)速系統(tǒng)接線圖

可靠連接調(diào)速系統(tǒng)、直流調(diào)速系統(tǒng)主回路和 控制電路之間的導(dǎo)線。

6 系統(tǒng)調(diào)試

確認(rèn)系統(tǒng)的連線準(zhǔn)確無誤后按以下順序試車。

6.1 絕緣檢查

檢查電動(dòng)機(jī)、測(cè)速電機(jī)繞組、主回路、控制回路絕緣電阻，用500V 搖表測(cè)量，要求絕緣電阻大于2M。

6.2 檢查同步變壓器與主變壓器之間相位

用某一相脈沖信號(hào)觸發(fā)任意一個(gè)可控硅， 用示波器觀察其輸出電壓波形， 如能找到一相的觸發(fā)脈沖恰能使輸出電壓波從0°～150°內(nèi)變化則該相同步電源正確，其它兩相按此進(jìn)行。

6.3 觸發(fā)環(huán)節(jié)調(diào)試

調(diào)節(jié)觸發(fā)電路各電位器， 用示波器觀察觸發(fā)電路各點(diǎn)波形及相位正確。 同時(shí)觀察輸出電壓波形看三相開放角是否一致，如開放角不一致電壓波形由高有低，調(diào)整觸發(fā)電路，改變鋸齒波斜率，使各相電壓平衡。

6.4 系統(tǒng)開環(huán)試驗(yàn)（電動(dòng)機(jī)不帶負(fù)載）

將電動(dòng)機(jī)接入調(diào)節(jié)放大器輸入電壓， 使可控硅輸出電壓達(dá)到220V，這時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)為1000r／min，測(cè)速機(jī)電壓為51V 左右，如達(dá)不到上述兩參數(shù)，可調(diào)整電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流。 并測(cè)出測(cè)速機(jī)的極性。

6.5 系統(tǒng)閉環(huán)試驗(yàn)（電動(dòng)機(jī)不帶負(fù)載）

將測(cè)速機(jī)按負(fù)反饋接入，開動(dòng)進(jìn)給，調(diào)節(jié)調(diào)速手柄，如發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)振蕩可調(diào)節(jié)電壓反饋、電流反饋的參數(shù)，電壓負(fù)反饋的強(qiáng)度URW=60%～70%，電流負(fù)反饋的電阻與電容數(shù)值，也可調(diào)整測(cè)速機(jī)的反饋強(qiáng)度和電抗器的氣隙大小。

6.6 負(fù)載試驗(yàn)，測(cè)機(jī)床特性

精確調(diào)整雙閉環(huán)系統(tǒng)參數(shù)使調(diào)速范圍1∶60 （20～1000r／min 時(shí)，應(yīng)保證在不同的轉(zhuǎn)速下靜差率為δ<15%。

7 結(jié)論

根據(jù)龍門銑X2020 調(diào)速系統(tǒng)精度要求， 通過加工情況進(jìn)行三套單獨(dú)的直流調(diào)速系統(tǒng)測(cè)試， 選用合適的主回路元件，建立轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)試，對(duì)該龍門銑成功進(jìn)行改造，為年代久遠(yuǎn)的金切機(jī)床提供有效的技術(shù)支持。