對B2016A龍門刨床的改造

摘要：為改變本企業生產加工中設備負荷不均衡的矛盾，針對B2016A龍門刨床使用中存在的問題，對機械、液壓和電氣控制系統進行了改造設計，花不多的錢將龍門刨床改造成龍門刨、銑、鏜一體機床，增加了工藝種類，提高了機床整體性能、精度及生產率。

關鍵詞：龍門刨床改造變頻鏜銑頭電氣改造節電分析

0 引言

在壓縮機產品零件加工中，壓縮機氣缸上8個伐門孔加工工時約占整個氣缸件加工工時的一半，本公司鏜床加工設備的占用率很高，常期滿負荷運轉，而B2016A龍門刨床主要只加工機身的底腳平面，幾乎每月有10-15天處于停機狀態。如何提高B2016A龍門刨床的利用率及性能和精度，從而改變生產加工中設備負荷不均衡的矛盾，對B2016A龍門刨床進行技術改造就事在必行。

該龍門刨床是無錫一家企業二十世紀七十年代中期的產品，工作臺拖動是較老的拖動系統，電器控制系統也較落后，主傳動采用交流電動機—直流發電機—直流電動機拖動+交磁放大機控制，該系統耗能大、占地面積大、效率低、燥聲大、維護難，刨床原工作臺運行采用發電機組調速，邏輯控制采用中間繼電器控制；原電氣系統能耗高，且經過多年運行，電氣設備嚴重老化。

1 改造方案確立

隨著科學技術的進步，為其設備的改造提供了廣闊的前景，為此我們對B2016A龍門刨床改造進行了可行性分折，充分的論證、調研、考察，最終確立了采取分兩步走的改造方案。第一步，首先解決生產之急需，改造后能加工壓縮機氣缸上8個伐門孔。第二步，在其基礎上，同時考慮到易實施、投資少、見效快等因素，再對機床工作臺的運行速度及電氣控制系統進行整體改造。

2 改造方案實施

2.1 初步改造

2.1.1 配套選型 我們查閱了大量相關資料，經過對主要技術參數設計計算充分論證，同時考慮為第二步改造做準備，精選了一臺性價比很高的龍門刨床專用改造變頻鏜銑頭，其主要技術參數完全能滿足我們改造的需要。鏜銑頭（右）主要性能參數：

主軸馬達：7.5Kw 主軸孔端錐度：NT NO：50 主軸端外徑：φ128.57mm。

主軸變速段數：6速 主軸轉速（R.P.M）130、270、220、375、470、785。

銑刀最大直徑：φ200mm 主軸可移動距離：300mm。

重量：385Kg 手輪回轉：2mm/rev，每格0.01mm。

2.1.2 刀排設計 在確定配套選型后，刀排的設計、制造隨即展開。為提高生產效率，專門設計制造出一把能夠根據伐門階梯孔大小，深度可調整的刀排，變頻鏜銑頭用四稞M24的專用螺栓安裝在原右立柱刨刀架刀座上，經安裝調試，實際最大鏜孔直徑能達到φ220mm，階梯最大深度到160mm，對工件進行試切削后，加工質量完全達到圖紙精度要求，經一段時間的生產運行完全滿足生產需要，減輕了其他鏜床的機加工負荷量，解決了設備負荷不均衡的矛盾。改造后對氣缸閥門孔的加工效率等同于一臺T68加工效率。

2.2 后續改造

2.2.1 機械改造

①橫梁剛度、工作臺靜壓校核以改造后的變速箱工作臺銑削速度2-6000mm/min，橫向銑削進給速度2-1500mm/min，鏜銑頭重量385Kg等為參數，對橫梁剛度及靜壓承載設計計算，完全可達到工作要求。

②滑板設計新設計的銑頭滑枕結構尺寸與原橫梁導軌配制達到相應的功能要求，在滑板上既有Y軸夾緊機構又有滑枕夾緊機構，兩套機構采用液壓夾緊機械放松方式。

③傳動鏈設計

a去掉原刨床主傳動變速箱，增加刨銑兩用變速箱，使工作臺的速度可保留原刨的速度，增加銑削進給速度。b在原刨床橫梁增加銑削橫向進給箱，使垂直銑頭在橫向方向實現銑削的橫向進刀。c橫梁更換刨的進刀箱，再更換聯軸節2套。

④液壓設計 增加銑頭換檔、Y軸夾緊、Z軸夾緊高壓油路。

2.2.2 電氣控制系統改造

①工作臺部分：主軸電機控制采用PARK公司（原歐陸）生產的SSD590直流驅動器。其性能特點為：aSSD590全數字直流調速裝置是一種高智能、高精度、高可靠性的第二代全數字產品，可完美地實現直流電動機四象限運行控制，性能優異，具有很高的性價比。b其CPU采用最新的80196C高速16位微處理器，速度環、電流環、磁場控制、觸發脈沖等控制功能實現全數字控制，具有直線及S曲線斜率控制，實現機床軟啟動、軟停止功能，減少機械損傷。c具有多種電流限制方式，可有效地保護裝置與電機，提高了系統可靠性。d它界面友好、參數、診斷等信息可通過雙行液晶顯示屏顯示，目錄式菜單，方便地設定、修改、存儲參數，具有完整故障自診斷及故障記憶功能。極寬的電源電壓范圍。（三相45～65Hz，110V～500V±10%）。e具有過壓、欠壓、過流、失磁、超速、失速、主回路缺相、電機溫度、缺波頭、可控硅模塊超溫、可控硅觸發失敗、堵轉保護等全面的故障保護功能。完全滿足龍門刨床工作臺驅動要求。f同時，為了抑制電網的沖擊，需配一臺與驅動器相匹配的三相電抗器。

②刀架部分：保留原進刀方式不變。

③控制部分：a工作臺控制：調整范圍1:100以上，具有步進/步退功能，實現前進/后退自動換向，采用一級極限位，工作臺超越極限位自動停車等，工作臺具有1級減速功能。工作臺減速及換向控制采用編碼器控制，操作者僅需在工作臺前進和后退換向點分別按下對應的按鈕，即可實現工作臺換向位置的變化，同時采用編碼器控制后可大大的提高換向控制的可靠性和使用壽命，避免了由無觸點開關或行程控制產生的誤動作及易損壞的問題。b交流過程控制：采用日本三菱FX系列可編程控制器，替代傳統的中間繼電器控制。c主要低壓電器元件選用進口及國產品牌，如西門子，施耐德，正泰等知名品牌，從而更好的保證關鍵電氣設備的安全，提高了整個控制系統的可靠性。d橫梁控制：實現橫梁的上升/下降及自動放松/鎖緊控制，增加橫梁回升控制，以消除橫梁下降操作后絲杠間隙。e機床照明：提供36V機床照明電源，電柜內安裝照明燈及備用電源插座，便于維護檢修.

④操作部分：a采用懸掛式操作按鈕站。所有控制指令開關和信號顯示全部集中于此，并按人體工位學原理進行布置，便于操作。b控制電柜選用標準殼體，具有很高的防護等級，從而更好的保證電氣設備穩定運行。

⑤其他部分：a更換原機床部分線纜。b其他需改造和更換部分。

3 刨床改造后的節電分析和經濟效益

3.1 節電分析

3.1.1 改造前 原機床拖動方式為：交流電機帶動60KW直流發電機，由發電機發出的直流電驅動60KW的直流電機拖動工作臺往復運動。這種控制方式決定工人一上班就將電閘合上，交流電機帶動60KW直流發電機開始運行，不管工人裝卸工件或干其他輔助工作發電機一直在運行，這些能量被白白浪費掉。刨床在加工工件時，由于其拖動方式（交流電機帶動60KW直流發電機，由發電機發出的直流電驅動60KW的直流電機拖動工作臺往復運）決定其每一步都存在能量損失，其綜合功率利用率不到60%。且啟動電流大，工作時其噪音大，污染環境。

3.1.2 改造后 直流電機為60KW，其由直流控制裝置直接控制，工人在裝卸工件或干其他輔助工作時電機沒有通電不存在消耗電能。刨床在加工工件時，直流拖動電機為60KW直接由直流裝置驅動不存在功率利用率問題，電機制動時可控硅反組橋打開進行逆變，能量回饋電網。且無發電機組運行的噪音。

3.2 經濟效益 根據理論計算和實際驗證發電機組的拖動方式與可控硅控制方式相比其能量實際利用率只有55-70%。按功率損失率0.4計，每年可節電費3.5萬多元，同時改造成龍門刨、銑、鏜一體機床后，增加了工藝種類，效率提高了3倍以上。