时间：2022-07-03 03:53:22
摘要：为改变本企业生产加工中设备负荷不均衡的矛盾，针对B2016A龙门刨床使用中存在的问题，对机械、液压和电气控制系统进行了改造设计，花不多的钱将龙门刨床改造成龙门刨、铣、镗一体机床，增加了工艺种类，提高了机床整体性能、精度及生产率。
关键词：龙门刨床改造变频镗铣头电气改造节电分析
0 引言
在压缩机产品零件加工中，压缩机气缸上8个伐门孔加工工时约占整个气缸件加工工时的一半，本公司镗床加工设备的占用率很高，常期满负荷运转，而B2016A龙门刨床主要只加工机身的底脚平面，几乎每月有10-15天处于停机状态。如何提高B2016A龙门刨床的利用率及性能和精度，从而改变生产加工中设备负荷不均衡的矛盾，对B2016A龙门刨床进行技术改造就事在必行。
该龙门刨床是无锡一家企业二十世纪七十年代中期的产品，工作台拖动是较老的拖动系统，电器控制系统也较落后，主传动采用交流电动机―直流发电机―直流电动机拖动+交磁放大机控制，该系统耗能大、占地面积大、效率低、燥声大、维护难，刨床原工作台运行采用发电机组调速，逻辑控制采用中间继电器控制；原电气系统能耗高，且经过多年运行，电气设备严重老化。
1 改造方案确立
随着科学技术的进步，为其设备的改造提供了广阔的前景，为此我们对B2016A龙门刨床改造进行了可行性分折，充分的论证、调研、考察，最终确立了采取分两步走的改造方案。第一步，首先解决生产之急需，改造后能加工压缩机气缸上8个伐门孔。第二步，在其基础上，同时考虑到易实施、投资少、见效快等因素，再对机床工作台的运行速度及电气控制系统进行整体改造。
2 改造方案实施
2.1 初步改造
2.1.1 配套选型 我们查阅了大量相关资料，经过对主要技术参数设计计算充分论证，同时考虑为第二步改造做准备，精选了一台性价比很高的龙门刨床专用改造变频镗铣头，其主要技术参数完全能满足我们改造的需要。镗铣头（右）主要性能参数：
主轴马达：7.5Kw 主轴孔端锥度：NT NO：50 主轴端外径：φ128.57mm。
主轴变速段数：6速 主轴转速（R.P.M）130、270、220、375、470、785。
铣刀最大直径：φ200mm 主轴可移动距离：300mm。
重量：385Kg 手轮回转：2mm/rev，每格0.01mm。
2.1.2 刀排设计 在确定配套选型后，刀排的设计、制造随即展开。为提高生产效率，专门设计制造出一把能够根据伐门阶梯孔大小，深度可调整的刀排，变频镗铣头用四稞M24的专用螺栓安装在原右立柱刨刀架刀座上，经安装调试，实际最大镗孔直径能达到φ220mm，阶梯最大深度到160mm，对工件进行试切削后，加工质量完全达到图纸精度要求，经一段时间的生产运行完全满足生产需要，减轻了其他镗床的机加工负荷量，解决了设备负荷不均衡的矛盾。改造后对气缸阀门孔的加工效率等同于一台T68加工效率。
2.2 后续改造
2.2.1 机械改造
①横梁刚度、工作台静压校核以改造后的变速箱工作台铣削速度2-6000mm/min，横向铣削进给速度2-1500mm/min，镗铣头重量385Kg等为参数，对横梁刚度及静压承载设计计算，完全可达到工作要求。
②滑板设计新设计的铣头滑枕结构尺寸与原横梁导轨配制达到相应的功能要求，在滑板上既有Y轴夹紧机构又有滑枕夹紧机构，两套机构采用液压夹紧机械放松方式。
③传动链设计
a去掉原刨床主传动变速箱，增加刨铣两用变速箱，使工作台的速度可保留原刨的速度，增加铣削进给速度。b在原刨床横梁增加铣削横向进给箱，使垂直铣头在横向方向实现铣削的横向进刀。c横梁更换刨的进刀箱，再更换联轴节2套。
④液压设计 增加铣头换档、Y轴夹紧、Z轴夹紧高压油路。
2.2.2 电气控制系统改造
①工作台部分：主轴电机控制采用PARK公司（原欧陆）生产的SSD590直流驱动器。其性能特点为：aSSD590全数字直流调速装置是一种高智能、高精度、高可靠性的第二代全数字产品，可完美地实现直流电动机四象限运行控制，性能优异，具有很高的性价比。b其CPU采用最新的80196C高速16位微处理器，速度环、电流环、磁场控制、触发脉冲等控制功能实现全数字控制，具有直线及S曲线斜率控制，实现机床软启动、软停止功能，减少机械损伤。c具有多种电流限制方式，可有效地保护装置与电机，提高了系统可靠性。d它界面友好、参数、诊断等信息可通过双行液晶显示屏显示，目录式菜单，方便地设定、修改、存储参数，具有完整故障自诊断及故障记忆功能。极宽的电源电压范围。（三相45～65Hz，110V～500V±10%）。e具有过压、欠压、过流、失磁、超速、失速、主回路缺相、电机温度、缺波头、可控硅模块超温、可控硅触发失败、堵转保护等全面的故障保护功能。完全满足龙门刨床工作台驱动要求。f同时，为了抑制电网的冲击，需配一台与驱动器相匹配的三相电抗器。
②刀架部分：保留原进刀方式不变。
③控制部分：a工作台控制：调整范围1:100以上，具有步进/步退功能，实现前进/后退自动换向，采用一级极限位，工作台超越极限位自动停车等，工作台具有1级减速功能。工作台减速及换向控制采用编码器控制，操作者仅需在工作台前进和后退换向点分别按下对应的按钮，即可实现工作台换向位置的变化，同时采用编码器控制后可大大的提高换向控制的可靠性和使用寿命，避免了由无触点开关或行程控制产生的误动作及易损坏的问题。b交流过程控制：采用日本三菱FX系列可编程控制器，替代传统的中间继电器控制。c主要低压电器元件选用进口及国产品牌，如西门子，施耐德，正泰等知名品牌，从而更好的保证关键电气设备的安全，提高了整个控制系统的可靠性。d横梁控制：实现横梁的上升/下降及自动放松/锁紧控制，增加横梁回升控制，以消除横梁下降操作后丝杠间隙。e机床照明：提供36V机床照明电源，电柜内安装照明灯及备用电源插座，便于维护检修.
④操作部分：a采用悬挂式操作按钮站。所有控制指令开关和信号显示全部集中于此，并按人体工位学原理进行布置，便于操作。b控制电柜选用标准壳体，具有很高的防护等级，从而更好的保证电气设备稳定运行。
⑤其他部分：a更换原机床部分线缆。b其他需改造和更换部分。
3 刨床改造后的节电分析和经济效益
3.1 节电分析
3.1.1 改造前 原机床拖动方式为：交流电机带动60KW直流发电机，由发电机发出的直流电驱动60KW的直流电机拖动工作台往复运动。这种控制方式决定工人一上班就将电闸合上，交流电机带动60KW直流发电机开始运行，不管工人装卸工件或干其他辅助工作发电机一直在运行，这些能量被白白浪费掉。刨床在加工工件时，由于其拖动方式（交流电机带动60KW直流发电机，由发电机发出的直流电驱动60KW的直流电机拖动工作台往复运）决定其每一步都存在能量损失，其综合功率利用率不到60%。且启动电流大，工作时其噪音大，污染环境。
3.1.2 改造后 直流电机为60KW，其由直流控制装置直接控制，工人在装卸工件或干其他辅助工作时电机没有通电不存在消耗电能。刨床在加工工件时，直流拖动电机为60KW直接由直流装置驱动不存在功率利用率问题,电机制动时可控硅反组桥打开进行逆变，能量回馈电网。且无发电机组运行的噪音。
3.2 经济效益 根据理论计算和实际验证发电机组的拖动方式与可控硅控制方式相比其能量实际利用率只有55-70%。按功率损失率0.4计，每年可节电费3.5万多元，同时改造成龙门刨、铣、镗一体机床后，增加了工艺种类，效率提高了3倍以上。