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(hào) 441001

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1.8m龍門刨床傳動(dòng)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)模混合控制晶閘管可逆直流調(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(gè)傳動(dòng)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(hào)干擾）等諸多因素影響較大，模擬電路信號(hào)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(gè)電位器互相配合細(xì)調(diào)才能達(dá)到最佳效果，調(diào)試時(shí)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(shí)，工作臺(tái)床身就出現(xiàn)抖動(dòng)，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(tái)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(dòng)工作臺(tái)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(tái)直流電機(jī)尾部加裝測(cè)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(cè)各路按鈕、限位開關(guān)及直流調(diào)速器等信號(hào)，按照程序控制各接觸器及相關(guān)執(zhí)行元件；③將工作臺(tái)機(jī)械動(dòng)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(shí)，刨床正常切削速度較慢，慢速低到一定程度時(shí)，一進(jìn)入前進(jìn)減速狀態(tài)后，工作臺(tái)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(shí)極易造成工作臺(tái)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(gè)，在不同的行程位置相應(yīng)的行程開關(guān)動(dòng)作。

刨床工作臺(tái)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(shí)崩裂工件及減小刀具在切入時(shí)所承受的沖擊，延長刀具的使用壽命；前進(jìn)減速工作臺(tái)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(duì)機(jī)械傳動(dòng)部分的沖擊，同時(shí)給工作臺(tái)運(yùn)行反向前一個(gè)緩沖過程，以免工作臺(tái)以過高速度換向時(shí)沖程越位，而造成飛車事故；高速后退返程時(shí)，因返回速度較高且工作臺(tái)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(shí)因沖擊力過大而引起的越位和對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的沖擊，要求有一個(gè)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(gè)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(shí)有一個(gè)預(yù)設(shè)值，使用時(shí)只對(duì)個(gè)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(shí)，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(tái)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(huì)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(shí)，刨床在高速減速時(shí)就會(huì)出現(xiàn)減速太猛，工作臺(tái)由于慣性經(jīng)常會(huì)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(huì)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(tái)在進(jìn)入工件運(yùn)行至正常低速刨削時(shí)，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(tái)這時(shí)會(huì)有一個(gè)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(shí)，可以分兩種情況區(qū)別對(duì)待：①當(dāng)n1＞拉緊1時(shí)，工作臺(tái)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(shí)執(zhí)行反向高速返程命令；②當(dāng)n1＜拉緊1時(shí)，工作臺(tái)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(cè)主電機(jī)轉(zhuǎn)速的判據(jù)問題，利用590+裝置的零速檢測(cè)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(cè)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(shí)，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(dòng)，從而防止零速時(shí)軸的振動(dòng)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(cè)速機(jī)檢測(cè)主電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)工作臺(tái)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(cè)主電機(jī)的運(yùn)行速度，并且當(dāng)速度超過設(shè)定值時(shí)，及時(shí)輸出信號(hào)報(bào)警給PLC做程序處理，達(dá)到對(duì)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(cè)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(cè)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(gè)繼電器輸出開關(guān)量信號(hào)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(hào)保持速度穩(wěn)定換向控制過程。

4.效果

2006年11月，對(duì)590+直流調(diào)速裝置的零速檢測(cè)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(cè)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。