一、概述
    日前，時光科技有限公司承接某大型機械生產(chǎn)廠家8米龍門刨床的改造項目。由于此設(shè)備經(jīng)過30多年的使用，殘值已經(jīng)所剩無幾。時光科技的技術(shù)人員在機械結(jié)構(gòu)基本完好的條件下，采用時光IMS系列伺服控制器對控制和電機驅(qū)動系統(tǒng)進行改造，使之達到當前大型數(shù)控機床的先進水平，大大提高設(shè)備自身的實際價值。

原設(shè)備情況介紹：
      8米龍門刨床1971年出廠，型號為B2031,主電機采用以電動機—發(fā)電機組為能源的直流電機調(diào)速機組驅(qū)動;垂直刀架、側(cè)刀架，通過變速箱的手柄改變速度和進給量和進給方向，采用未加控制的普通三相異步電動機驅(qū)動。
1、工作臺具體情況
工作臺面：8m×3m
工作臺最大負載量：12000㎏
工作臺工作速度：4—70m/min
主減速機速比：1:9
主減速機輸出扭矩：11000N.m
主電機采用以電動機—發(fā)電機組為能源的直流電機調(diào)速機組驅(qū)動
a）發(fā)電用三相異步電動機  型號：JO3 280-4
功率：100KW             電流：185A             
直流發(fā)電機              型號：ZSF-36.8/23
功率：138KW             輸出電壓：460V  輸出電流：300A
b）直流電動機（兩臺串接）型號：ZBD-93-BL
功率：60KW              額定轉(zhuǎn)速：1000r/min
電壓：220V              電流：305A
2、刀架的基本情況
電動機                  型號：JO2-32
功率：3KW               額定轉(zhuǎn)速：1430r/min
電流：6.5A              螺桿螺距：8mm

二、改造方案
1.增加銑削、磨削功能。
2.工作臺工作速度在0.02—70m/min的范圍變化，調(diào)速比為1:3500
刨削 4—70m/min
銑削 20—70mm/min
磨削 1—1.5m/min
3.無極調(diào)速、運行穩(wěn)定、不爬行、連續(xù)工作、電機不發(fā)熱。電機控制系統(tǒng)低速穩(wěn)定性好，輸出轉(zhuǎn)矩大。
（一）工作臺改造
1. 淘汰原有的以電動機——發(fā)電機組作為能源的直流電機調(diào)速機組。
2. 采用時光科技有限公司的交流異步伺服系統(tǒng)：交流異步伺服的技術(shù)指標可以達到改造要求，調(diào)速范圍寬、低速特性好、輸出轉(zhuǎn)矩大。控制系統(tǒng)對電機的要求不高，在三相異步電機軸上安裝編碼器即可控制。因此系統(tǒng)控制的電機功率可以很大，且價格用戶可接受。
3. 8米龍門刨床原設(shè)計采用了兩臺60千瓦直流電動機電氣上串聯(lián)，機械上兩軸并聯(lián)，減速機雙入單出的驅(qū)動方式。采用這種結(jié)構(gòu)需要兩臺伺服控制器分別控制兩臺異步電機進行同步運行，由于減速機為硬連接，兩根輸入軸可能造成機械干涉，降低控制效率。因此，決定改為用一臺大功率電機，重新制造一臺單入單出的減速機。減速比改為1:14。
4. 原直流電動機額定轉(zhuǎn)速為1000r.p.m，交流異步電動機按6極電機選擇。主減速機輸出扭矩為11000N.m，減速比1:14，輸入扭矩應(yīng)為786N.m，選用90kW 電機。交流異步伺服控制器可以控制電機在額定轉(zhuǎn)速以上恒功率運行。
電機轉(zhuǎn)速      工作臺速度     減速機輸出扭矩
1556r.p.m     70m/min        7850N.m
1110r.p.m     49.95m/min     11000N.m
1000r.p.m     45m/min        12208N.m
0.444r.p.m    20mm/min       12208N.m
5. 根據(jù)8米龍門刨床的實際使用情況，一般返回最大速度為55m/min。90kW 6極三相異步電機能夠滿足設(shè)計指標和生產(chǎn)實際的綜合要求。
電機參數(shù)：機座號：315M-6     額定功率：90kW
額定轉(zhuǎn)速：985r.p.m           額定電流：170A 
額定轉(zhuǎn)矩：872N.m             轉(zhuǎn)動慣量：4.28
電機配用1024線編碼器，控制定位精度為±0.044。
（二）刀架改造
1. 8米龍門刨床原有垂直刀架、側(cè)刀架，通過變速箱的手柄改變速度和進給量和進給方向，采用未加控制的普通三相異步電動機驅(qū)動。無法滿足銑削、磨削功能對速度和進給量的控制要求。
2. 刀架的改造不對設(shè)備原有機械結(jié)構(gòu)作改動，在刀架上安裝銑頭或磨頭。變速箱固定在一個合適的變速比，將電機更換為帶有編碼器的三相異步電動機采用伺服控制。
3. 電機選擇：
⑴刀架原有的機械結(jié)構(gòu)不作改動，選擇電機的安裝尺寸應(yīng)與原電機一致。
⑵在刨削過程中，刀架的進給是在工作臺回程時動作的，刀架不受力。而在銑削、磨削時，工作臺工作過程中，可能需要刀架的進給動作，此時，刀架是受力的。因此，選擇電機的功率應(yīng)大于原電機。
4. 根據(jù)以上原則，選用3.7kW 4極三相異步電機。
電機參數(shù)：型號：YSF3700         額定功率：3.7kW
額定轉(zhuǎn)速：1500r.p.m   額定電流：8.2A 
額定轉(zhuǎn)矩：24N.m       轉(zhuǎn)動慣量：0.0127 
電機配用2500線編碼器，控制定位精度為±0.003。
改變變速比，刀架速度和控制定位精度按比例改變。

（三）系統(tǒng)改造
8米龍門刨床原控制系統(tǒng)原有的按鈕站、繼電器控制方式，更新為國產(chǎn)“3+1”簡易數(shù)控系統(tǒng)+伺服控制，橫梁升降部分仍采用繼電控制。見上圖。

三、評價
1.該設(shè)備經(jīng)過30多年的使用，殘值已經(jīng)所剩無幾。在機械結(jié)構(gòu)基本完好的條件下，采用最新的控制技術(shù)對控制和電機驅(qū)動系統(tǒng)進行改造，將大大提高設(shè)備自身的實際價值。
2.設(shè)備由單一的刨削功能改造成刨、銑、磨多功能機床。
3.設(shè)備的控制系統(tǒng)由原來落后的繼電器控制、電動機——發(fā)電機系統(tǒng)提高到數(shù)控、伺服控制系統(tǒng)，達到當前大型機床控制的先進水平。
4.控制精度提高，調(diào)速范圍增大，具有位置控制功能。可數(shù)字化調(diào)整速度和位置，具有液晶屏幕顯示。
5.操作簡化，數(shù)控系統(tǒng)具有編程和自動運行功能。對于相同加工件，可以一次編程，多次重復(fù)工作。
6.系統(tǒng)可數(shù)字設(shè)定工作臺行程，加快加工速度，提高生產(chǎn)效率。
7.時光交流異步伺服系統(tǒng)的低速運行平穩(wěn)，恒轉(zhuǎn)矩輸出，能保證不同速度段加工的精度和穩(wěn)定性。時光交流異步伺服系統(tǒng)具有加、減速控制功能，電機可以平穩(wěn)換向，使工作臺方向變換時穩(wěn)定無沖擊。時光交流異步伺服系統(tǒng)具有零速鎖定功能，在電機零速時，保持機械不動。
8.原有的以電動機—發(fā)電機—直流電機調(diào)速機組不論工作臺是否運行，電動機—發(fā)電機組都要運轉(zhuǎn)，浪費了大量電能。時光交流異步伺服系統(tǒng)在電機零速時，耗電量很小，有節(jié)電效果。