ZSTZ 315/630磨齒機電氣改造實例

揚州雙揚機械有限責任公司 （江蘇 225003） 吳澤明

ZSTZ 315/63系列磨齒機是德國早期產(chǎn)品（國內(nèi)相近型號為YK7163），在我國機械制造行業(yè)大量擁有，盡管有被成形磨取代的趨勢，但在廣大的中小企業(yè)到處仍見它的身影。不少機器機械部分還相當完好，但電氣部分嚴重老化、故障頻頻，因此我們對本公司內(nèi)8臺該型號磨齒機全面進行了電氣改造，以較小的代價取得了非常好的效果。

1.改造方案

（1）磨齒機工作時機械動作比較復(fù)雜，各部分之間有非常嚴格的邏輯關(guān)系和定位要求。機器的各種電動機多達十幾只，各種繼電器、接觸器、行程開關(guān)有幾十個，觸點幾百個。由于不停頻繁地吸合放松，所以故障率極高，檢修非常麻煩，所以我們決定用PLC（可編程控制器）和接近開關(guān)全面替代，大大地提高了可靠性，同時檢修可用電腦監(jiān)控，非常直觀。

（2）機器的展成運動是由一臺1.5kW的雙速交流電動機驅(qū)動，用三只繼電器進行切換，得到“高”、“低”兩種速度。展成運動方向的改變也用由兩只繼電器切換相序來完成。原機部分就用了5個接觸器，我們采用變頻器驅(qū)動，保留原展成電動機。變頻器的工作狀態(tài)由PLC用MODBUS通信控制，讓展成運動做到了無極調(diào)速，換向無觸點切換。

（3）滑枕電動機也用變頻器驅(qū)動，替代以前已經(jīng)失靈的PW帶無極變速器（有的機型采用雙速電動機）。

（4）為確保齒輪加工的精度，磨頭進出定位有很高的要求。此類磨齒機磨頭定位方法一般有兩種，一是用液壓推動并保持壓力，效果非常好；還有一種就像我們這種機器采用小電動機，到位后處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，始終依靠電動機的電磁力壓住定位塊。因為堵轉(zhuǎn)時電動機的電流非常大，所以在電路中都串有限流電阻。由于長期處于惡劣的工作環(huán)境中，這部分電動機損壞率比較高。我們原機用的是一種單相渦流微型電動機，有些里面桶狀的鋁質(zhì)轉(zhuǎn)子已嚴重變形無法修復(fù)，相同型號市場又沒有，于是選用容易取得的國產(chǎn)三相微型電動機，通過試驗，確定了最佳線路，既保證了運動時的驅(qū)動功率，又避免堵轉(zhuǎn)保持時電動機發(fā)熱嚴重。

2.具體實施

PLC選用臺達DVP－60EC，該型號是Delta公司PLC產(chǎn)品中的一款普通型，包括主機加擴展I/O可達128點，內(nèi)置RS－232與RS－485通信接口，支持MODBUS ASCLL/RTU通信協(xié)議。由于控制點較多，我們又增加了一個08XP輸入/輸出模塊，一共用了68個點。

展成電動機也是用臺達VFD－B 3.7kW通用型變頻器驅(qū)動，該變頻器性能不錯，由于是一個廠家的產(chǎn)品用MODBUS協(xié)議與PLC通信控制非常方便，而且價格低，在此應(yīng)用恰到好處。原電動機是4-8極雙速電動機，我們使用時繞組接成4極，這樣可以在額定頻率下得到更大的速度調(diào)節(jié)范圍和功率保證。

磨頭進出電動機用國產(chǎn)三相微型電動機替代，三相電動機具有體積小、功率大、換向方便等特點。具體選用的型號是JW5024（功率60W，電壓380V，電流0.3A，轉(zhuǎn)速1400r/min）。為了保證磨頭進出可靠，又要考慮電動機堵轉(zhuǎn)時發(fā)熱量在允許的范圍內(nèi)，限流電阻的選擇非常重要，阻值大則電動機特性變軟、轉(zhuǎn)矩小；阻值小則電動機發(fā)熱嚴重，如果將電阻始終串在電路中確實很難平衡。我們用了一個接觸器增加了切換電路（見圖1），磨頭到位堵轉(zhuǎn)時電阻起作用，前后運動時再將它短路。改造后三個月運行證明，替換非常成功，磨頭運動輕快流暢、定位準確可靠、電動機溫升正常。我們選用的阻值為820Ω、功率50W。使用中實際測量，電動機堵轉(zhuǎn)時線電壓是120V，相電流0.19A，溫升30℃。

圖1 磨頭進出電動機接線

3.軟件實現(xiàn)

磨齒機加工齒輪的過程盡管很復(fù)雜，但可以分解成個幾個分部的簡單動作，是由滑枕運動、展成運動、磨頭進出、齒輪分度按一定規(guī)律和時序的組合，所以掌握了機床工作順序后編制程序不是太難的（見圖2），但有幾點要注意：

（1）程序必須具有對機床必要的保護功能，如潤滑的缺失、電路過載、行程極限等。

圖2 主程序控制流程

（2）展成電動機用MODBUS通信控制啟停、換向，但速度采用模擬量外部控制，在電柜上裝一電位器方便操作工調(diào)節(jié)，滑枕的速度調(diào)節(jié)也用同樣的方法處理。

（3）接近開關(guān)、PLC對干擾比較敏感，要注意屏蔽、隔離，布線時要將信號線、控制線與動力線分開，采取一點接地。

4.結(jié)語

從2012年開始到2013年2月，我們共完成了8臺該類型的磨齒機電氣改造。除了上述的主要部件外，低壓電器我們用的德力西產(chǎn)品，效果也不錯，這樣平均每臺的電氣改造材料費用不超過10000元。機器從完工到現(xiàn)在幾個月的狀況來看，設(shè)備幾乎是無故障運行。萬一有問題檢修也很方便，只要從PLC的I/O口就可以掌握機床的全部工作狀態(tài)，進一步用電腦監(jiān)控更是一目了然。總之從當初調(diào)研、設(shè)計，到最后的調(diào)試結(jié)束，在這半年時間里我們終于讓這批老設(shè)備重新煥發(fā)了青春。