“所謂往復運動周期，是指刨臺每往返一次的速度變化。以國產A系列龍門刨床為例，其往復周期如圖6－62所示。
圖中，v為線速度，t為時間。各時間段（t1～t5）的工況如下：
1．刨臺的往復周期
（1）切入工件段
即刨臺起動、刨刀切入工件的階段（t1段）。在這一階段，為了減小刨刀剛切入工件的瞬間，刀具所受的沖擊，和防止工件被崩壞，故速度較低，為v0；
（2）正常切削段
刨刀切入工件后，刨臺將加速至正常的刨削速度vF（t2段）；
（3）退出工件段
在切削行程即將結束，刨刀退出工件之前，為了防止在刨刀退出時，工件邊緣被崩裂，故又將速度降低為v0（t3段）；
（4）高速返回段
返回過程是不切削工件的空行程，為了節省返回時間，提高工作效率，返回速度應盡可能高一些，設為vR（t4段）；
（5）緩沖段
返回行程即將結束、再反向到工作速度之前，為了減小刨臺的動能，又應將速度降低為v0（t5段）；
之后，便進入下一周期，重復上述過程。
2．往復周期的實施
早期龍門刨床實施往復周期時，使用了6個雙向行程開關，分別是SQ1～SQ6；碰撞行程開關的是4個檔塊，分別是1、2、3、4，它們的布置示意圖如圖6－63（a）所示。
假設：刨臺正處于刨削過程中，各行程開關的動作順序是：
（1）退出工件段
檔塊2碰SQ1，使刨削速度降為低速，刨刀準備退出工件；
（2）高速返回段
檔塊1碰SQ2，使刨臺高速返回；
如果刨臺因SQ2發生故障而未返回，則檔塊1將碰SQ5，迫使刨臺停止運行；
在返回過程中，SQ2與SQ1相繼復位；
（3）緩沖段
檔塊3碰SQ3，使返回速度降為低速，準備反向；
（4）切入工件段
檔塊4碰SQ4，刨臺反向，低速切入工件；
如果刨臺因SQ4發生故障而未反向，則檔塊4將碰SQ6，迫使刨臺停止運行；
在反向過程中，SQ4復位；
（5）正常切削段
SQ3復位，刨臺升速為所要求的切削速度；
重復上述。
3．接近開關及其布置
近年來，開發出了刨臺專用的電子接近開關，由于消除了機械碰撞，因而具有故障率低，使用壽命長等優點。
如圖6－64所示，專用接近開關由3個接近開關S1、S2、S3組成，安裝在刨床的床身上。其中，S1、S2的感應頭朝向外側面，S3的感應頭則朝上，如圖（b）所示。
A、B是兩側的感應檔板，C、D為上檔極，其形狀如圖（c）所示。檔板與感應頭之間的距離為：
δ＝5mm±10%
接近開關的狀態與輸出端子的聯接圖如圖6－65（b）所示。
刨臺的往復運行與接近開關的狀態如圖（c）所示：
刨臺的往復運行與接近開關的狀態如圖（c）所示：
（1）在刨削過程和返回過程的中間，接近開關處于“0”狀態。
（2）刨削快要結束時，擋板A接近S1，接近開關處于“1”狀態，使刨削速度降為低速，刨刀準備退出工件。
（3）擋板A又接近S2，接近開關處于“11”狀態，刨臺降速為0，刀架抬刀，接著刨臺高速返回。
（4）在返回過程中，擋板A相繼退出S2和S1，接近開關又處于“0”狀態。
（5）返回快要結束時，擋板B接近S2，接近開關處于“2”狀態，使返回速度降為低速，作為刨臺轉換方向的緩沖。
（6）擋板B又接近S1，接近開關處于“22”狀態，刨臺降速為0，刀架進刀，然后刨臺反向，刨刀低速切入工件。
（7）在切削過程中，擋板B相繼退出S1和S2，接近開關又處于“0”狀態，刨臺升速至刨削速度。
（8）如果刨臺極限位置時，不能及時反向，則上擋板C或D的將接近S3，迫使刨臺停止運行。
接下來就要考慮變頻調速的具體方案了，你回去考慮吧。”
刨臺變頻調速的方案
1．變頻調速系統的選擇
（1）電動機的選擇
選擇YVP250M－4型變頻專用電動機，并要求配置旋轉編碼器。電動機數據是：
PMN＝55kW；IMN＝105A； nMN＝980r/min； TMN＝350.1N•m。
（2）變頻器的選擇
如上述，電動機已經有相當大的裕量了，故變頻器的容量可以不必加大。今選安川（日）的CIMR－G7A系列變頻器，主要數據是：
SN＝98kVA； IN＝128A；配用55kW電動機。
2．電動機控制電路
小孫又多次往返于張老師家和舅舅的工廠之間，最終確定了控制電路。最后，張老師讓小孫簡要地口述其控制特點如下：變頻調速控制電路如圖6－66所示。
（1）控制方式
采用有反饋矢量控制方式，由旋轉編碼器PG進行轉速反饋。
（2）刨削速度
由電位器RP1決定，受繼電器KA1控制。
（3）返回高速
由電位器RP2決定，受繼電器KA2控制。
（4）刨削低速和返回低速
分別由多擋轉速中的第1和第2擋轉速決定。
（5）加、減速時間
在刨削過程中（由低速上升至刨削速度以及由刨削速度下降至低速）采用第1加、減速時間（時間較長，加、減速較緩慢）；在非刨削過程中（正轉起動、高速返回以及返回結束時的停止）采用第2加、減速時間（時間較短，加、減速較快）。
（6）零速運行及零速信號
零速運行由多擋轉速中的第3擋轉速決定，零速信號由變頻器的PA－PC取出，用于保證刀架的進刀和抬刀都在零速狀態下進行。
（7）故障信號
變頻器因故障面跳閘后，由TA－TC輸出故障信號，以便切斷電源，進行處理。
（8）刨臺的步進與步退
由變頻器的正轉點動與反轉點動來實施。
3．變頻器控制電路
如圖6－67所示，說明如下：
（1）PLC通電
由開關SA1控制。
（2）變頻器的通電
由按鈕SB1、SB2控制。按下SB1，接觸器KM得電，變頻器通電；按下SB2，接觸器KM失電，變頻器斷電。
（3）刨臺步進與步退
由按鈕SJF、SJR控制。按下SJF，PLC的Y2有信號輸出，變頻器處于正轉點動狀態；按下SJR，PLC的Y3有信號輸出，變頻器處于反轉點動狀態。
（4）刨臺前進
由按鈕SF控制。按下SF，一方面，PLC的Y0有信號輸出，電動機正轉，刨臺前進；另一方面，PLC的Y17也有信號輸出，繼電器KA1得電，刨臺的前進速度由電位器RP1決定。此外，SF也常作為刨臺循環運行的起始按鈕。
（5）刨臺后退
由按鈕SR控制。按下SR，一方面，PLC的Y1有信號輸出，電動機反轉，刨臺后退；另一方面，PLC的Y20也有信號輸出，繼電器KA2得電，刨臺的后退速度由電位器RP2決定。此外，SR也可作為刨臺循環運行的起始按鈕。
（6）刨臺停止
由按鈕ST控制，在刨臺運行過程中，或刨削結束后，用于停止刨臺的運行。
4．變頻器的功能預置
見表6－9。
表6－9 龍門刨床用變頻器的主要功能預置
功能碼 功能碼含義 數據碼 數據碼含義 說 明
A1－02 控制方式 3 帶PG矢量控制 有反饋矢量控制方式
b1－01 頻率指令 1 輸入端子控制 模擬給定
H3－01 A1端子信號電平 0 0～＋10V
H3－04 A3端子信號電平 0 0～＋10V
b1－02 運行指令 1 輸入端子控制 外接輸入端子控制
b1－03 停止方法 0 減速停止
C1－01 加速時間1 2s 用于空行程加速，如啟動和高速返回的加速
C1－02 減速時間1 2s 用于空行程減速，如變換方向時的減速
C1－03 加速時間2 4s 用于切削過程中的加速
C1－04 減速時間2 4s 用于切削過程中的減速
H1－02 端子S4功能. 12 正轉點動 用于刨臺步進
H1－03 端子S5功能. 13 反轉點動 用于刨臺步退
H1－04 端子S6功能 3 多段速指令1
H1－05 端子S7功能 4 多段速指令2
H1－06 端子S8功能 7 加、減速時間1
H1－07 端子S9功能 1A 加、減速時間2
H1－08 端子S10功能. 5 多段速指令3
H2－01 端子M1－M2功能 1 零速運行中
d1－01 頻率指令1 10Hz 用于前進低速
d1－02 頻率指令2 10Hz 用于后退低速
d1－03 頻率指令3 0Hz 用于進刀之時
d1－17 點動頻率 7Hz
E1－01 變頻器輸入電壓 380V
E1－04 最高輸出頻率 75 Hz
E2－01 電動機額定電流 105A
E2－02 電動機額定轉差 20 r/min
E2－04 電動機磁極數 6
E2－11 電動機額定功率 55kW
b2－01 直流制動起始頻率 5Hz
b2－02 直流制動電流 110% 等于電動機額定電流的110%
b2－04 停止時直流制動時間 2s
L1－01 過載保護 2 適用于變頻專用電動機
5．主電路其他電器的選擇
（1）空氣開關
IQN≥（1.3～1.4）×105
�。�136.5～147Ａ
選 IQN＝150A
（2）接觸器
IKN≥105A
選 IKN＝120A
（3）制動電阻
如上述，刨臺在工作過程中，處于頻繁地往復運行的狀態。為了提高工作效率、縮短輔助時間，刨臺的升、降速時間應盡量地短。因此，直流回路中的制動電阻與制動單元是必不可少的。
制動電阻的電阻值：根據實際試驗，制動轉矩應不小于電動機額定轉矩的1.5倍。則由式（3－8）：
RB＝ ＝ ＝8.9Ω
實際購得380V，5kW的電熱管，則：
每根電熱管的電阻值是：
R01＝ ＝ ＝29Ω
兩根串聯為一組，則每組的電阻值是：
R1＝2R01＝2×29＝58Ω
應并聯組數設為n組，則
≈8.9Ω
n＝ ＝ ＝6.5
取 n＝6組，即12根。
12根電熱管的總容量：
PB1＝12×5＝60kW
制動電阻所需容量：因為
PB0＝ ＝ ＝55 kW＜PB1
所以，上述電熱管組的容量是足夠的。
抬刀控制和停電時的煞車控制
龍門刨床的改造取得了成功，小孫十分高興。可是，過了不幾天，舅舅又把他叫了去，說：“抬刀機構抬刀無力，工件上有時有劃痕，抬刀電磁鐵線圈有燒糊味。”
小孫問張老師：“抬刀電磁鐵原來由勵磁發電機供電，電壓是230V。我采用副方電壓為220V的變壓器經全波整流后供電，電壓只相差10V，抬刀電磁鐵就吸不住了？”
張老師笑著說：“220V交流電壓全波整流后的直流電壓是多大？”
被張老師一問，小孫仿佛想起了什么，拍著腦袋說：“啊呀，單相全波整流后的平均電壓應該是：
UD＝0.9UA
（6－6）
式中，UD—全波整流后的平均 電壓，V；
UA—整流前交流電壓的有效值，V。
計算結果如下：
UD＝0.9UA＝0.9×220＝198V
如圖6－68（b）所示，怪不得抬刀無力呢。要不，把抬刀電磁鐵改成交流電磁鐵行不行？”
張老師說：“要知道，抬刀動作在刨削過程中是十分頻繁的呢。交流電磁鐵在未吸合前，因為空氣隙較大，電感量和感抗都較小，所以，剛開始吸合時的沖擊電流很大，如果頻繁動作，線圈容易燒壞。直流電磁鐵則沒有這方面的問題。所以，還是以采用直流電磁鐵為宜。”
“要不，把變壓器的副方繞組多繞幾圈，升高一點交流電壓總可以吧？”小孫問。
“升高變壓器的副方電壓當然可行。但是，把變壓器的副方繞組多繞幾圈太麻煩了，我告訴你一個簡單的辦法。”說罷，張老師在小孫的圖紙上補充了起來。接著說：
“只需要加兩個升壓電容器就可以了，如圖（c）那樣。升壓電容器的電容量，只要比濾波電容器的電容量略小一點就可以了。”
過了幾天，小孫打電話給張老師，說加了兩個升壓電容器后，抬刀問題解決了。
停電時的煞車控制
一個月后，小孫神色慌張地到張老師家，說：“龍門刨床出事了！”
“什么事？”看到小孫的神情，張老師也不免吃了一驚。
“今天，舅舅的廠里突然停了電，結果，龍門刨床的刨臺因為慣性太大，竟滑出了導軌。后來，舅舅調來了起重機，才把刨臺重新安裝上。”
“啊，這種情況事先沒有考慮到，也算是一種疏忽吧。不過，辦法是有的。你可以仿照以前講過的圖3－43，在停電瞬間向電動機繞組里注入直流電流，來它個外接直流制動么。”張老師說。
“都停電了，接觸器也不管用了呀”小孫想，張老師大概也沒考慮到。
“你可以不用接觸器，改用晶閘管么。晶閘管觸發電路的電源是不可能瞬間消失的，而晶閘管一旦導通之后，又不再關斷了。”張老師一邊說，一邊畫出了圖6－69。
“那，停電后，變頻器的故障繼電器還能動作嗎？”小孫又問。
“你沒注意過，變頻器每次切斷電源之后，都會顯示‘欠電壓’故障么？這說明，變頻器在切斷電源的短時間內，控制電路還在繼續工作。而晶閘管也只需要在很短時間內產生一個脈沖就可以了。”張老師說。
兩天以后，小孫告訴張老師說，這個辦法的效果很好。
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小 孫 的 筆 記
1。A系列龍門刨床的機械特性是：25m/min以下是恒轉矩調速，25m/min以上是恒功率調速，25m/min是計算速度。
2。A系列龍門刨床分兩擋傳動比，從45m/min到90m/min之間，傳動比是λ，45m/min以下的傳動比是2λ。
3。直流電動機由于電樞回路和勵磁回路互相獨立，而運行中的反饋信號只能作用于電樞回路。所以，直流電動機實際上只使用了額定轉速以下的調速。而異步電動機的電路結構并未分開，矢量控制時，額定轉速上下的機械特性都很硬，額定轉速以上也可以利用。所以，在改造成變頻調速時，電動機的容量可以適當減小。
4。刨臺往復運行的切換可以由專用的接近開關控制。刨削速度和返回速度分別由電位器控制，刨削低速、返回低速以及零速則由多擋轉速控制。
5。抬刀控制必須注意有足夠的直流電壓，當采用單相橋形整流時，應加入增壓電容器。
6。為了防止突然停電時刨臺因慣性太大而沖出導軌，可在停電瞬間，向電動機內通入直流電流，進行直流制動。
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