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时光伺服在8米龙门刨床改造上的应用

日前，时光科技有限公司承接某大型机械生产厂家8米龙门刨床的改造项目。由于此设备经过30多年的使用，残值已经所剩无几。时光科技的技术人员在机械结构基本完好的200℃ ±0.10 350℃ ±0.12条件下，采用时光IMS系列伺服控制器对控制和电机驱动系统进行改造，使之达到当前大型数控机床的先进水平，大大提高设备自身的实际价值。

一、原设备的基本情况

8米龙门刨床1971年出厂，型号为B2031, 主电机采用以电动机—发电机组为能源的直流电机调速机组驱动; 垂直刀架、侧刀架，通过变速箱的手柄改变速度和进给量和进给方向，采用未加控制的普通三相异步电动机驱动。

1、工作台具体情况

工作台面：8m×3m

工作台最大负载量：12000㎏

工作台工作速度：4—70m/min

主减速机速比：1：9

主减速机输出扭矩：11000N.m

主电机采用以电动机—发电机组为能源的直流电机调速机组驱动：

a)发电用三相异步电动机 型号：JO3

功率：100KW 电流：185A

直流发电机 型号：ZSF-36.8/23

功率：138KW 输出电压：460V 输出电流：300A

b)直流电动机（两台串接） 型号：ZBD-93-BL

功率：60KW 额定转速：1000r/min

电压：220V 电流：305A

2、刀架的基本情况

电动机 型号：JO

功率：3KW 额定转速：1430r/min

电流：6.5A 螺杆螺距：8mm

二、改造方案

1.增加铣削、磨削功能。

2.工作台工作速度在0.02—70m/min的范围变化，调速比为1：3500.

刨削 4—70m/min

铣削 20—70mm/min

磨削 1—1.5m/min

3.无极调速、运行稳定、不爬行、连续工作、电机不发热。

要求电机控制系统低速稳定性好，输出转矩大。

㈠工作台改造：

1.淘汰原有的以电动机——发电机组作为能源的直流电机调速机组。

2.采用时光科技有限公司的交流异步伺服系统：交流异步伺服的技术指标可以达到改造要求，调速范围宽、低速特性好、输出转矩大。控制系统对电机的要求不高，在三相异步电机轴上安装编码器即可控制。因此系统控制的电机功率可以很大，且价格用户可接受。

3.8米龙门刨床原设计采用了两台60千瓦直流电动机电气上串联，机械上两轴并联，减速机双入单出的驱动方式。采推出更多契合中非发展需求的互一种重要的节能材料——定型相变材料利合作新举措用这种结构需要两台伺服控制器分别控制两台异步电机进行同步运行，液压站由于减速机为硬连接，两根输入轴可能造成机械干涉，降低控制效率。因此，决定改为用一台大功率电机，重新制造一台单入单出的减速机磨痕半径可通过1个累计标尺进行设置。减速比改为1：14。

4.原直流电动机额定转速为1000r.p.m，交流异步电动机按6极电机选择。主减速机输出扭矩为11000N.m，减速比1：14，输入扭矩应为786N.m，选用90kW 电机。

交流异步伺服控制器可以控制电机在额定转速以上恒功率运行。

电机转速 工作台速度 减速机输出扭矩

1556r.p.m 70/min 7850N.m

1110r.p.m 49.95m/min 11000N.m

1000r.p.m 45m/min 12208N.m

0.444r.p.m 20mm/min 12208N.m

5.根据8米龙门刨床的实际使用情况，一般返回最大速度为55m/min。90kW 6极三相异步电机能够满足设计指标和生产实际的综合要求。

电机参数：机座号：315M-6 额定功率：90kW

额定转速：985r金属网.p.m 额定电流：170A

额定转矩：872N.m 转动惯量：4.28㎏·㎡

电机配用1024线编码器，控制定位精度为±0.044㎜。

蜗杆

㈡刀架改造：

1. 8米龙门刨床原有垂直刀架、侧刀架，通过变速箱的手柄改变速度和进给量和进给方向，采用未加控制的普通三相异步电动机驱动。无法满足铣削、磨削功能对速度和进给量的控制要求。。

2.刀架的改造不对设备原有机械结构作改动，在刀架上安装铣头或磨头。变速箱固定在一个合适的变速比，将电机更换为带有编码器的三相异步电动机采用伺服控制。

3.电机选择：

⑴刀架原有的机械结构不作改动，选择电机的安装尺寸应与原电机一致。

⑵在刨削过程中，刀架的进给是在工作台回程时动作的，刀架不受力。而在铣削、磨削时，工作台工作过程中，可能需要刀架的进给动作，此时，刀架是受力的。因此，选择电机的功率应大于原电机。

4.根据以上原则，选用3.7kW 4极三相异步电机。

电机参数：型号：YSF3700 额定功率：3.7kW剪纸

额定转速：1500r.p.m 额定电流：8.2A

额定转矩：24N.m 转动惯量：0.0127㎏·㎡

电机配用2500线编码器，控制定位精度为±0.0032㎜。改变变速比，刀架速度和控制定位精度按比例改变。

三、系统改造：

8米龙门刨床原控制系统原有的按钮站、继电器控制方式，更新为国产“3+1”简易数控系统+伺服控制，横梁升降部分仍采用继电控制。

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