6.4.2.1 直流調(diào)速系統(tǒng)
1．直流調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成
刨臺(tái)的原拖動(dòng)系統(tǒng)如圖（6-15b）所示，由直流電動(dòng)機(jī)MD 拖動(dòng)，MD 由直流發(fā)電機(jī)G1 供電，G1 的原動(dòng)機(jī)是三相交流異步電動(dòng)機(jī)MA，MA 還同時(shí)拖動(dòng)一臺(tái)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)G2。G2 發(fā)出的電，一方面為DM 和G1 提供勵(lì)磁電流，同時(shí)也為控制電路提供電源。
2. 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速
直流電動(dòng)機(jī)DM 是通過調(diào)節(jié)電樞電壓來調(diào)速的，電樞電壓是由直流發(fā)電機(jī)DG 提供的，直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流又是由交磁放大機(jī)KG 提供的。交磁放大機(jī)是一種具有放大作用，反映十分靈敏的特殊發(fā)電機(jī)。調(diào)節(jié)電位器RP1，就調(diào)節(jié)了DG 的勵(lì)磁電流，也就調(diào)節(jié)了主回路的電壓UG，從而調(diào)節(jié)了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，如圖（6-17a) 所示。
3. 有效轉(zhuǎn)矩線
電動(dòng)機(jī)的硬機(jī)械特性是依靠電壓負(fù)反饋和電流正反饋進(jìn)行補(bǔ)償而得到的。
當(dāng)負(fù)載增大，電動(dòng)機(jī)的電樞電流必增大，而電壓UG必有所下降，這些變化將改變交磁放大機(jī)的補(bǔ)償繞組QF1和QF2 的電流，最終將使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降落得到補(bǔ)償，從而得到十分硬的機(jī)械特性曲線，如圖（6-17b）所示。十分明顯的是，上述的電壓負(fù)反饋和電流正反饋的作
用，將不可能對(duì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流發(fā)生影響。所以，直流電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)速時(shí)，其機(jī)械特性將變軟，如圖（6-17b）的上部所示。因此，直流電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以上的恒功率區(qū)實(shí)際上是不能用于刨削工件的。所以，其額定轉(zhuǎn)速應(yīng)和低速擋的最高速（45m/min）相等。
3. 有效轉(zhuǎn)矩線
電動(dòng)機(jī)折算到負(fù)載軸上的有效轉(zhuǎn)矩線如圖6-18 所示，圖中，曲線①是低速擋的負(fù)載機(jī)械特性，曲線②是高速擋的負(fù)載機(jī)械特性。曲線③是低速擋直流電動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩線，由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比較大，故折算到負(fù)載軸上的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也較大；曲線④是高速擋直流電動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩線，由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比較小，故折算到負(fù)載軸上的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也較小。
4. 電動(dòng)機(jī)的容量
（1）負(fù)載所需容量
由圖6-18，負(fù)載所需容量發(fā)生在以最大切削力切削，和以計(jì)算轉(zhuǎn)速運(yùn)行之時(shí)：
可見，電動(dòng)機(jī)處于大馬拉小車的狀態(tài)。
6.4.2.2 變頻調(diào)速系統(tǒng)
1. 變頻調(diào)速的拖動(dòng)特性
異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速后和直流電動(dòng)機(jī)的主要區(qū)別是：在額定頻率以上的恒功率區(qū)也能得到硬機(jī)械特性，是可以利用的。令電動(dòng)機(jī)的額定頻率對(duì)應(yīng)于30r/min，則在45r/min 時(shí)的工作頻率為75Hz，電動(dòng)機(jī)在低速擋的有效轉(zhuǎn)矩線如圖6-19 中之曲線③所示；高速掃的有效轉(zhuǎn)矩線如曲線④所示。由圖可知，電動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩線十分接近于刨臺(tái)的機(jī)械特性。
6.4.3 刨臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的控制
6.4.3.1 刨臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的周期
以國產(chǎn)A 系列龍門刨床為例，以其往復(fù)周期如圖6-20所示。圖中，v 為線速度，t 為時(shí)間。各時(shí)間段（t1 ～ t5）的工況如下：
圖6-20 刨臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)
1. 切入工件段
即刨臺(tái)起動(dòng)、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(tái)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(jié)束，刨刀退出工件之前，為了防止在刨刀退出時(shí)，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(jié)省返回時(shí)間，提高工作效率，返回速度應(yīng)盡可能高一些，設(shè)為vR（t4 段）；
5. 緩沖段
返回行程即將結(jié)束、再反向到工作速度之前，為了減小刨臺(tái)的動(dòng)能，又應(yīng)將速度降低為v0（t5 段）；之后，便進(jìn)入下一周期，重復(fù)上述過程。
6.4.3.2 往復(fù)周期的實(shí)施
1. 雙向行程開關(guān)控制
（1）退出工件段
早期龍門刨床實(shí)施往復(fù)周期時(shí)，使用了6 個(gè)雙向行程開關(guān)，分別是SQ1 ～ SQ6；碰撞行程開關(guān)的是4 個(gè)檔塊，分別是1、2、3、4，它們的布置示意圖如圖（6-21a）所示。假設(shè) ：刨臺(tái)正處于刨削過程中，各行程開關(guān)的動(dòng)作順序，如圖（6-21b）和圖（6-21c）所示：
（1）退出工件段
檔塊2 碰SQ1，使刨削速度降為低速，刨刀準(zhǔn)備退出工件；
圖6-21 行程開關(guān)的布置
（a）布置圖 （b）動(dòng)作順序 （c）時(shí)序圖
（2）高速返回段
檔塊1 碰SQ2，使刨臺(tái)高速返回；
如果刨臺(tái)因SQ2 發(fā)生故障而未返回，則檔塊1 將碰SQ5，迫使刨臺(tái)停止運(yùn)行；在返回過程中，SQ2 與SQ1 相繼復(fù)位；
（3）緩沖段
檔塊3 碰SQ3，使返回速度降為低速，準(zhǔn)備反向；
（4）切入工件段
檔塊4 碰SQ4，刨臺(tái)反向，低速切入工件；如果刨臺(tái)因SQ4 發(fā)生故障而未反向，則檔塊4 將碰SQ6，迫使刨臺(tái)停止運(yùn)行；在反向過程中，SQ4 復(fù)位；
（5）正常切削段
SQ3 復(fù)位，刨臺(tái)升速為所要求的切削速度；
圖6-22 刨臺(tái)專用接近開關(guān)
重復(fù)上述。
圖6-22 刨臺(tái)專用接近開關(guān)
重復(fù)上述。
2．接近開關(guān)控制
近年來，開發(fā)出了刨臺(tái)專用的電子接近開關(guān)，由于消除了機(jī)械碰撞，因而具有故障率低，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。如圖6-22 所示，專用接近開關(guān)由3 個(gè)接近開關(guān)S1、S2、S3 組成，安裝在刨床的床身上。其中，S1、S2 的感應(yīng)頭朝向外側(cè)面，S3 的感應(yīng)頭則朝上，如圖（b）所示。
A、B 是兩側(cè)的感應(yīng)檔板，C、D 為上檔極，其形狀如圖（c）所示。檔板與感應(yīng)頭之間的距離為：δ=5mm±10% 接近開關(guān)的狀態(tài)與輸出端子的聯(lián)接圖如圖（6-23b）所示。刨臺(tái)的往復(fù)運(yùn)行與接近開關(guān)的狀態(tài)如圖（c）所示：
圖6-23 專用接近開關(guān)的工作程序
（a）刨臺(tái) （b）接近開關(guān)電路 （c）循環(huán)運(yùn)行與接近開關(guān)
（1）在刨削過程和返回過程的中間，接近開關(guān)處于“0”狀態(tài)。
（2）刨削快要結(jié)束時(shí)，擋板A 接近S1，接近開關(guān)處于“1”狀態(tài)，使刨削速度降為低速，刨刀準(zhǔn)備退出工件。
（3）擋板A 又接近S2，接近開關(guān)處于“11”狀態(tài)，刨臺(tái)降速為0，刀架復(fù)位，接著刨臺(tái)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(guān)又處于“0”狀態(tài)。
（5）返回快要結(jié)束時(shí)，擋板B接近S2，接近開關(guān)處于“2”狀態(tài)，使返回速度降為低速，作為刨臺(tái)轉(zhuǎn)換方向的緩沖。
（6）擋板B 又接近S1，接近開關(guān)處于“22”狀態(tài)，刨臺(tái)降速為0，刀架進(jìn)刀，然后刨臺(tái)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(guān)又處于“0”狀態(tài)，刨臺(tái)升速至刨削速度。
（8）如果刨臺(tái)極限位置時(shí)，不能及時(shí)反向，則上擋板C 或D 的將接近S3，迫使刨臺(tái)停止運(yùn)行。
實(shí)踐結(jié)果表明，接近開關(guān)的工作是可靠的，并且，故障率很低。
實(shí)踐結(jié)果表明，接近開關(guān)的工作是可靠的，并且，故障率很低。
6.4.4 變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
6.4.4.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)的選擇
1. 電動(dòng)機(jī)的選擇
圖6-24 變頻調(diào)速控制電路
圖6-24 變頻調(diào)速控制電路
如圖6-24 所示，采用有反饋矢量控制方式，由旋轉(zhuǎn)編碼器PG 進(jìn)行轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速中的第1 和第2 擋轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。
5. 加、減速時(shí)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(shí)間（時(shí)間較長，加、減速較緩慢）；在非刨削過程中（正轉(zhuǎn)起動(dòng)、高速返回以及返回結(jié)束時(shí)的停止）采用第2 加、減速時(shí)間（時(shí)間較短，加、減速較快）。
6. 零速運(yùn)行及零速信號(hào)
零速運(yùn)行由多擋轉(zhuǎn)速中的第3 擋轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，零速信號(hào)由變頻器的PA-PC 輸出，用于保證刀架的進(jìn)刀和復(fù)位都在零速狀態(tài)下進(jìn)行。
7. 故障信號(hào)
變頻器因故障面跳閘后，由TA-TC 輸出故障信號(hào)，以便切斷電源，進(jìn)行處理。
8. 刨臺(tái)的步進(jìn)與步退
由變頻器的正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)與反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)來實(shí)施。
6.4.4.3 變頻器控制電路
圖6-25 變頻器的控制電路
圖6-25 變頻器的控制電路
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