龙门刨改铣电气改造方案

龙门刨床电气控制部分改造郭显智【期刊名称】《金属加工：冷加工》【年(卷),期】2010(000)003【总页数】2页(P62-63)【作者】郭显智【作者单位】黄河水利委员会黄河机械厂,河南郑州,450006【正文语种】中文我公司有台HA2020A龙门刨床是20世纪70年代的产品，由床身、工作台、立柱、横梁、垂直刀架及侧刀架等机械部分和电动机、发电机、直流电动机以及电器控制柜等电气部分组成，主要承担大型结构件、箱体等重要零件的加工。

由于使用年限长，电气部分经常出现故障，电气元件根本买不到配件，严重影响到我公司的生产，所以我们对其电气部分进行改造。

1.经常出现的故障点由于该机型产于20世纪70年代，机械部分至今还比较可靠，但电气部分由于采用了交流电动机驱动直流发电机，再由直流发电机驱动直流电动机，利用直流电动机放大机进行控制的方式来驱动，功耗较大；且部分电器采用分离元件，可靠性差，故障率较高；另外，该控制系统由于调速范围较窄，因而不能完全发挥该设备的效率，在工作台的运行速度以及控制精度上都受到局限，无法进行提高。

主要故障点有：①电气元件经过近30年的使用，相当部分出现老化，经常出现接触不好、元件损坏等故障。

②控制调整用行程开关，经常损坏，平时每星期都要更换。

③由于电气元件的老化使控制进刀不均匀，有时大有时小。

④回程振动很大，将会加速其他机件的损坏。

⑤减速箱经常损坏，维修周期长。

2.在维修中容易出现的问题（1）使用中由于采用行程开关进行行程控制，调整非常困难。

每上一个工件，行程控制调整就需要一两个小时，若同时调整中稍有差别就有可能造成减速机或其他部件损坏。

（2）由于机身以及电控柜上的许多电气元件损坏后，因型号已淘汰无法购买，造成生产停工，在万般无奈的情况下，维修电工只能进行临时修改代用，严重影响了生产。

（3）减速机由于回程振动较大，经常损坏，而且维修时间较长。

该减速机由于型号较老，许多配件只能靠外协加工获得，曾经出现过一台变速箱维修时间超过半个月的现象。

通过对B2012A型国产龙门刨床进行PLC改造，以及变频技术的改造以适应现代化的生产要求，改造中涉及PLC的技术应用，变频技术的应用从而使龙门刨床适应现阶段的生产需要，改造中涉及电机的速度的平滑性，电机的正反转龙门刨床的基本结构，以及龙门刨床的总体性能基本要求：1. 改造后的龙门刨床应能正确执行操作步骤进行工件加工。

2. 工作台能实现自动循环工作和点动,可实时精确调节工作台速度,平稳换向,并有自动和点动工作时的极限保护.3．垂直刀架可方便地在水平和垂直两个方向快速移动和进刀, 并能进行快速移动和自动进给的切换.左右侧刀架可在上、下方向快速移动和进刀,能进行快移/自动切换.并有左右侧刀架限位开关,防止其向上移动时与横梁碰撞.4.横梁可方便地上下移动和夹紧放松,加紧程度可调;横梁下降时有回升延时,延时时间可调.5.改造后用的变频技术，应有较好对手滑行和广泛的调速空间。

6.改造后的刨床应能达到价格低廉和应用广泛。

7.改变中不能改变其基本的操作步骤，不能改变龙门刨床的设计要求。

8.通过改造进一步熟悉和掌握各种刨床的改造工艺和改造过程及改造的注意事项。

主要参考资料：1田春霞数控加工工艺机械工业出版社2于立彪, 郑慕侨, 张英负重轮多体接触问题有限元分析北京理工大学学报3胡学林。

电气控制与plc。

冶金工业出版社4林奕鸿。

机床数控技术及应用。

机械工业出版社5卓迪仕。

数控技术及应用。

国防工业出版社6原魁。

变频器基础及应用。

冶金工业出版社7钟肇新。

可编程控制器原理及应用。

华南理工大学出版社完成期限：2012-6-5指导教师签名：课程负责人签名：2012年 6 月 5 日郑州华信学院课程设计说明书题目：龙门刨床PLC、变频器控制系统改造姓名：苏如如院（系）：机电工程学院专业班级： 09电气工程一班学号： 0902120137指导教师：成绩：时间：年月日至年月日目录1.龙门刨床的运动形式及技术改造 (2)1.1龙门刨床的结构及运动形式 (2)1.1.1结构及特点 (2)1.1.2运动形式 (3)1.2龙门刨床电气控制的目的及意义 (5)1.3龙门刨床电气控制改造的总体要求 (6)1.4龙门刨床电气控制改造方案 (6)2．工作台变频调速及PLC控制 (7)2.1工作台运动及调速要求 (7)2.2工作台调速方案 (7)2.3入输出的确定 (8)2.4工作台电气控制接线图电机设置 (9)3．刀架变频调速及PLC控制 (14)3.1刀架运动及调速要求 (14)3.2刀架调速方案 (15)3.3刀架输入输出分配 (16)3.4 刀架电气控制接线图 (17)4.龙门刨床的横梁、磨头及其他辅助设备 (22)4.1龙门刨床的横梁控制 (22)4.2横梁的输入输出分配 (23)4.3横梁运动形式梯形图 (24)4.3龙门刨床的磨头控制 (25)5．变频技术和PLC在龙门刨床中的应用 (28)5.1变频技术的选型和电机及其他辅助设备的选择和设定 (28)5.2 PLC的选择及应用 (28)5.2.1PLC容量的选择 (28)5.2.2 PLC未来发展前景及改造后的总体样本图 (29)6．B2012A型龙门刨床的改造。

B2020龙门刨床大修及改造方案三四零八厂：贵公司提出对B2020 2米*6米龙门刨一台大修及改造，我公司愿意竭诚为您公司服务。

一设备改造后达到的规格及技术要求1 设备规格1.1 工作台(1) 工作台面积：2000 mm×6000mm（宽×长）(2) 加工工件最大重量：20000kg2 设备改造的技术内容2.1 立铣头(1) 主轴电机选用7.5KW变频电机，最高电机转速为1500rpm；(2) 主轴转速机械分为六档无级变速：最低100rpm；最高1370rpm；主轴锥套7：24 ，主轴带汽动拉刀。

(3) 配一移动万向铣头.2.2 工作台移动（X轴）(1) 行程：＞6000mm；(2) 进给：最低≤3mm/min；最高4500mm/min；(3) 快速：≥4000mm/min；2.3 溜板箱移动（Y轴）(1) 行程：≥2000mm(2) 进给：最低≤3mm/min；最高2000mm/min；(3) 快速：≥4000mm/min2.4 滑枕移动（Z轴）(1) 行程：≥500mm(2) 进给：最低≤5mm/min；最高1000mm/min(3) 快速：≥1000mm/min2.5侧铣头(1) 主轴电机选用7.5KW变频电机，最高电机转速为1500rpm；(2) 主轴转速机械分为六档无级变速：最低100rpm；最高1370rpm；主轴锥套7：24 ，主轴带汽动拉刀。

（3）行程350mm（手动）2.6 几何精度:B2020Q龙门刨铣床几何精度检查项目二设备改造内容及运行环境1 设备改造及大修内容1.1 对工作台导轨润滑系统改造，取消原卸荷式系统。

工作台两端设置多头泵等液压元件、管路，将工作台床身导轨副改造成“一腔一泵”恒压导轨副。

泵选用武重生产的5WJS01-16多头泵，其它液压元件采用华德和黎明产品。

（也可以不改但低速性能可能差一点）。

1.2 机床工作台的传动保留蜗母条传动，为了达到铣床的要求，原机床的工作台电机及减速箱去掉，电机前加装一台减速机，工作台驱动采用安川伺服电机驱动，以满足工作台的低速运行要求。

龙门刨床电气控制系统改造设计毕业设计说明书-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN摘要传统的龙门刨床控制系统可靠性差，维护困难，加工质量及生产效率低。

如今PLC技术的不断发展，用PLC设计电气控制系统是简便可行的方法。

本文介绍的用PLC设计龙门刨床的电气控制系统，不但满足了所需的各种控制功能，而且在节省资金的前提下，还具有结构简单，运行稳定和便于维护等特点。

特别是其硬件简单可靠,软件丰富灵活,运行效果好。

以可编程控制器检测速度过零为换向条件实现了工作台的无冲击换向。

以精密电位计为速度给定元件，可手动实时精确地调节主电机转速，从根本上克服了龙门刨床换向冲击大、工作效率不高、耗电量大等一系列缺点。

系统以数字显示输出主电机实时转速和电枢电流值，显示准确、直观。

利用PLC 改造老式龙门刨床用的电控部分。

根据龙门刨床工艺对控制系统的要求, 对电气控制系统进行重新设计。

主拖动采用调速范围宽、节能效果显著的变频器, 用PLC 实现开关量逻辑控制和变频电动机的转速控制。

控制系统选用触摸屏作人机界面, 实时显示龙门刨床的运行状态和故障信息。

给出了电力拖动系统的主回路电路图、PLC 的外部接线图。

改造后的龙门刨铣床大大提高了机床的性能和加工精度, 达到了预期效果。

利用PLC对龙门刨床电控系统进行设计的途径和方法，为改进机床设计提供了新的思路, 对促进工业企业技术进步具有一定意义。

【关键词】编程逻辑控制器，龙门刨床，控制系统，直流调速，刨台运动控制AbstractThe traditional control system of gantry planer has the shortcomings in reliability, maintenance,processing of quality and efficiency of production. Now as a result of the PLC technology unceasing development, designing the electrical control system with PLC is a simple and feasible paper presents the design of gantry planer with PLC for the electrical control system,which will satisfy the needs of control , under the premise of saveing money it is also simple, stable and easy to maintain operational its hardware is simple and reliable,and its software is rich and movement effect is system realizes zero-speed reversing of the work platform and eliminates the impact of original precise potentionmeters are in this system as the speed regulating can regulate the real-time rotational speed of the main electromotor accurately,and the disadvantages of the original system are hurdled in this real-time rotational speed and the armature current of the main electromotor can be shown accurately and digitally.The ways and means that designing gantry planer electrical control system with PLC provide a new approach for improving the machine's design and promote industrial enterprises with a certain sense of technological progress.Keywords：Programmable Logic Controller (PLC)，Gantry Planer，Control System，Direct Current Speed Regulating，Table Movement Control目录摘要 (1)Abstract (2)1 引言 (1)选题背景 (1)龙门刨床的结构特点 (1)本论文的研究目的及意义 (1)国内外研究现状 (2)本论文的研究方法 (3)2 改造前原龙门刨床存在的问题及缺点 (4)存在的缺点 (4)刨床的机械特性 (4)3 系统总体方案设计 (6)几种可行性方案比较 (6)3.1.1 理想的速度运行曲线 (6)3.1.2 实现理想速度运行曲线的几种方法比较 (6)总体方案设计 (7)3.2.1 PLC的选型 (7)3.2.2 系统总体方案 (8)3.2.3 系统主要配置和设置 (8)3.2.4 系统工作流程和控制功能实现 (9)本章小结 (9)4 系统硬件电路设计 (11)电机原理图设计 (11)4.1.1电机拖动电路工艺介绍 (11)电源电路设计 (12)4.2.1 DC电源原理 (12)BK变压器 (15)励磁单元 (16)4.4.1励磁电源 (16)4.4.2 FXMP25磁场控制器 (16)4.4.3 变频器故障诊断与日常维护 (17)直流驱动器MENTORII (18)PLC可编程控制器 (22)4.6.1 PLC的基本组 (23)4.6.2 PLC的发展趋势 (24)4.6.3 PLC技术发展呈现新的动向 (25)4.6.4三菱PLC的选型方法 (26)4.6.5三菱plc程序设计 (27)5 软件设计部分 (31)系统流程图设计 (31)程序设计步骤及要点 (31)三菱PLC控制系统一般设计方法 (33)横梁升降控制 (34)刀架进给、制动控制 (35)6 预计改造后变化 (37)用PLC实现机床的自动控制 (37)改造后龙门刨控制系统的特点 (37)应用情况及效果 (37)6.3.1 比较结果 (37)6.3.2 提高效率 (39)总结 (40)致谢 (41)参考文献 (42)1 引言选题背景传统的龙门刨床可靠性差，维护困难，影响了加工质量及生产效率。

龙门刨床改龙门铣刨床摘要由于将龙门刨改造成刨铣床，在结构上不能有太大的改动，又因为龙门刨床的横梁一般比较轻，因此在加工时吃刀量不能太大，但是按保守的小进给量计算，改造后的铣床工作效率还是比龙门刨床快很多。

将龙门刨改造成刨铣两用机床是一种经济实惠的选择（从成本上远比买一台龙门铣要低很多），改造后它可以给您带来更好的效益。

关键词变频器；减速器；加装铣头；电器操作柜；经济效益1 机床现状介绍龙门刨是机械工业的主要母机之一，在工业生产中占有重要地位。

目前在国内机械加工单位服役的龙门刨床，基本上都是上世纪六十年代到八十年代的产品，且数量很大。

龙门刨宜于加工大型狭长的机械零件如机床的床身、导轨等，但其加工范围单一，存在局限性。

加之近年来新产品的不断开发，使得零部件的加工面越来越复杂，且要求的精度也越来越高，如各种样式的箱体、支座等工件层出不穷，单靠刨削已无法满足上述工件的加工要求。

由于龙门刨床价格不菲弃之可惜，添置龙门铣投资又大，所以我们下定决心对龙门刨床进行技术改造，坚持以机械方面的改造为主，电气方面辅助原则，将单一的龙门刨床改造成龙门式刨铣床。

2改造方案及操作随着近年来PLC技术和变频技术在工业领域里面的迅猛发展，为改变龙门刨的传统缺点提供了可实现的途径。

现以B2016A龙门刨床为例，介绍一下对此设备的机械和电气的综合技术改造方案和实施情况。

2.1动力铣头改造为满足生产工艺要求，做到一机二用，我们取消一个垂直刀架和一个侧刀架，加装一个立铣头和侧铣头。

选择动力头时应特别考虑到横梁的刚性，与龙门铣相比B2016A的横梁截面要小很多，不宜选择较大较重的铣头，否则会出现铣头发抖而影响工件的加工精度和表面光洁度。

通过计算，我们在左垂刀架位置和左侧刀架位置各安装了一个HTX2050铣削动力头，替换原刨削刀架，重量为320KG，主轴电机功率5.5KW，满足一般铣削要求，安装加工直径为250mm的铣刀盘，主轴行程140mm ，手动调速，75mm/min～300mm/min共六种主轴速度，锥孔锥度为7：24的通用标准锥孔，可装配各种锥、直柄铣刀或镗杆，具备互换性。

用PLC改造龙门刨床电气控制系统摘要：本文介绍了如何使用PLC改造龙门刨床电气控制系统，提高了其控制性能和生产效率。

通过安装PLC控制器，并配置相应的逻辑控制程序，实现了对龙门刨床的启动、停止、速度调节、工件夹紧等功能的自动化控制，有效地提高了刨床的生产效率和减少了工人劳动强度。

关键词：PLC，龙门刨床，电气控制系统，自动化控制，生产效率正文：一、龙门刨床的电气控制系统简介龙门刨床是一种常用的大型加工设备，广泛应用于各种金属材料的切削加工和形状加工。

龙门刨床的电气控制系统主要由各种控制按钮、电机控制器、传感器和电气控制箱等组成。

目前，大多数龙门刨床的电气控制系统还是基于传统的电路设计，存在操作不方便、控制性能差、产量低等问题。

二、PLC控制器的优势PLC即可编程序控制器，是一种可编程逻辑控制设备，具有高度可靠性、扩展性和灵活性等特点。

使用PLC控制器改造龙门刨床电气控制系统可以有效地提高其控制性能和生产效率，具有以下优势：1、逻辑控制程序可编程，方便灵活。

2、输入输出模块可扩展，支持多种信号采集。

3、通信接口丰富，可与其他设备联网通信。

4、可靠性高，故障率低，维护成本低。

三、PLC改造龙门刨床电气控制系统的具体步骤及实现效果1、安装PLC控制器在龙门刨床电气控制系统中添加PLC控制器，将其与原有的电气控制元件相连。

根据需要，安装多个输入输出模块，用于控制信号的采集和输出。

2、编写逻辑控制程序利用PLC编程软件编写逻辑控制程序，实现龙门刨床的启动、停止、速度调节、工件夹紧等功能。

通过对节点的逻辑运算和电气控制元件的分配，实现龙门刨床的自动化控制。

3、调试和优化将编写好的逻辑控制程序下载到PLC控制器中，并对其进行调试和优化，确保其正常运行。

在实际的车间环境中，根据需求优化控制程序，达到最佳的控制效果。

使用PLC控制器改造龙门刨床电气控制系统后，可以实现龙门刨床的自动化控制，大大提高了生产效率，缩短了生产周期，减轻了工人劳动强度，同时还可以降低故障率和维护成本。

B220A型龙门刨床电气控制系统技术改造0 引言我公司一台B220A型龙门刨床是于1962年购入并使用的，工作台尺寸2米×6米，经过40多年的使用出现了精度降低、调速性差、元器件老化、故障率高等问题，经机械维修人员检查，该机床的机械传动精度仍保持的较好，综合考虑后决定对其电气控制系统进行改造。

1 B220A型龙门刨床原电气系统概述该机床采用继电器、接触器控制，由交流电动机-直流发电机-交磁扩大机组成直流调速系统，即K-F-D系统，驱动直流电机，结合机械传动装置控制工作台的往复运动，床身上装有机械式限位开关，用以反馈工作台的位置，控制各继电器、接触器的动作以实现工作台前进、慢速切入、切出工件、减速、换向、后退的往返运动。

另外还有横梁的升降、刀架的前进和后退、机床机械机构润滑油的供给等一些辅助动作的控制。

2 电气系统改造方案的确定2.1 技改方案的提出为解决机床故障多、停机检修率高的问题，当时我们做了三个技改方案：方案一、保持机床原系统不变，对直流调速系统进行大修，更换部分老化的控制执行器件。

方案二、用数字直流调速系统替换原K-F-D直流调速系统，更换部分老化的控制执行器件。

方案三、用数字直流调速系统替换原K-F-D直流调速系统，并用可编程控制器对逻辑控制电路也进行数字化改造。

2.2 三个技改方案比较我们分别对三个技改方案在技术改造所用时间、技术改造所需费用以及最终的机床改造后的效果进行了比较：①方案1所用技改时间最短，费用最低，改造后可以满足机床的基本使用要求，但并不能根本改变机床维护难、维修难、故障率高的现状。

②方案2所用时间较长，费用较高，改造后直流调速控制系统的性能将得到较大提高，但是逻辑控制部件多、控制可靠性低的情况依然存在。

③方案3所用时间最长，通过技改中各项工作的交叉进行、合理调配，可以将时间尽量压缩到与方案2相近；技术改造所化费用最高；但是机床改造后将大幅提高加工性能和设备运行的可靠性，减少设备维修保养的时间和费用。

B2012/16龙门刨床改造方案B2012/16机床为济南二机七十年代生产的龙门刨床, 电气拖动采用 G-M 拖动系统，设备使用时间长，磨损严重，精度非常差；在使用过程中能耗高，噪音大，效率低，且 并对设备的机械进行检修，对电气系统进行更新换代及 PLC 改造，具体改造方案如下:机械检修 拆除横向进给箱。

疏通、清洗、调整工作台及变速箱润滑油路，使整个润滑系统工作稳定、可靠，润滑到位，出油量满 足要求。

5检修过程中更换失效的元件，更换所有的密封件，并恢复其原有功能二、机械改造方案一（刨改铳）：1、去掉机床工作台移动主电机，保留原有刨床减速箱，并新增加一套行星减速机，减速比加一套全数字安川交流伺服电机7.5KW,用于工作台铳削加工，调速范围在2、去掉机床上左右侧刀架及横梁上两个立刀架，增加济南产一套立铳头及左右两套侧铳头，铳削功率为7.5KW,变频调速，将机床改造成既能平面铳削又能侧面铳削的铳床;三、电气改造方案一（刨改铳）：1、原电气拖动采用 F-D 拖动系统，该系统能耗高，噪音大，现已淘汰。

去掉原60KW 直流电机，选用7.5KW 安川全数字交流伺服驱动器，配合新增加的行星减速机对工作台进行控制，用于铳削加工；2、淘汰原有整个继电器控制电路，选用三菱FX-2N 系列PLC 可编程控制器编程对横梁升降、夹紧放松、左右侧铳头及垂直铳头的动作以及机床上所有有限位、行程、油压等开关的信号进行控制，所有限位 和行程开关全部更换;3、对新增加的三套铳头主轴、横向走刀箱控制进行全新设计；4、悬挂按纽站为 V 号标准悬挂，将调速电位器、工作台的速度表等放置到吊挂按钮板上，使操作更加 方便；5、重新设计控制柜，为确保电气改造后的性能稳定可靠，柜内元器件使用西门子或施耐德等进口知名 品牌产品，更换机械行程开关为电子接近开关，更换设备上所有电气线路，控制线路预留备用线;6、更换工作灯，增加 36V 行灯插座。

方案二（刨改刨铳）：F-D 拖动系统现已淘汰。