“所谓往复运动周期，是指刨台每往返一次的速度变化。以国产A系列龙门刨床为例，其往复周期如图6－62所示。
图中，v为线速度，t为时间。各时间段（t1～t5）的工况如下：
1．刨台的往复周期
（1）切入工件段
即刨台起动、刨刀切入工件的阶段（t1段）。在这一阶段，为了减小刨刀刚切入工件的瞬间，刀具所受的冲击，和防止工件被崩坏，故速度较低，为v0；
（2）正常切削段
刨刀切入工件后，刨台将加速至正常的刨削速度vF（t2段）；
（3）退出工件段
在切削行程即将结束，刨刀退出工件之前，为了防止在刨刀退出时，工件边缘被崩裂，故又将速度降低为v0（t3段）；
（4）高速返回段
返回过程是不切削工件的空行程，为了节省返回时间，提高工作效率，返回速度应尽可能高一些，设为vR（t4段）；
（5）缓冲段
返回行程即将结束、再反向到工作速度之前，为了减小刨台的动能，又应将速度降低为v0（t5段）；
之后，便进入下一周期，重复上述过程。
2．往复周期的实施
早期龙门刨床实施往复周期时，使用了6个双向行程开关，分别是SQ1～SQ6；碰撞行程开关的是4个档块，分别是1、2、3、4，它们的布置示意图如图6－63（a）所示。
假设：刨台正处于刨削过程中，各行程开关的动作顺序是：
（1）退出工件段
档块2碰SQ1，使刨削速度降为低速，刨刀准备退出工件；
（2）高速返回段
档块1碰SQ2，使刨台高速返回；
如果刨台因SQ2发生故障而未返回，则档块1将碰SQ5，迫使刨台停止运行；
在返回过程中，SQ2与SQ1相继复位；
（3）缓冲段
档块3碰SQ3，使返回速度降为低速，准备反向；
（4）切入工件段
档块4碰SQ4，刨台反向，低速切入工件；
如果刨台因SQ4发生故障而未反向，则档块4将碰SQ6，迫使刨台停止运行；
在反向过程中，SQ4复位；
（5）正常切削段
SQ3复位，刨台升速为所要求的切削速度；
重复上述。
3．接近开关及其布置
近年来，开发出了刨台专用的电子接近开关，由于消除了机械碰撞，因而具有故障率低，使用寿命长等优点。
如图6－64所示，专用接近开关由3个接近开关S1、S2、S3组成，安装在刨床的床身上。其中，S1、S2的感应头朝向外侧面，S3的感应头则朝上，如图（b）所示。
A、B是两侧的感应档板，C、D为上档极，其形状如图（c）所示。档板与感应头之间的距离为：
δ＝5mm±10%
接近开关的状态与输出端子的联接图如图6－65（b）所示。
刨台的往复运行与接近开关的状态如图（c）所示：
刨台的往复运行与接近开关的状态如图（c）所示：
（1）在刨削过程和返回过程的中间，接近开关处于“0”状态。
（2）刨削快要结束时，挡板A接近S1，接近开关处于“1”状态，使刨削速度降为低速，刨刀准备退出工件。
（3）挡板A又接近S2，接近开关处于“11”状态，刨台降速为0，刀架抬刀，接着刨台高速返回。
（4）在返回过程中，挡板A相继退出S2和S1，接近开关又处于“0”状态。
（5）返回快要结束时，挡板B接近S2，接近开关处于“2”状态，使返回速度降为低速，作为刨台转换方向的缓冲。
（6）挡板B又接近S1，接近开关处于“22”状态，刨台降速为0，刀架进刀，然后刨台反向，刨刀低速切入工件。
（7）在切削过程中，挡板B相继退出S1和S2，接近开关又处于“0”状态，刨台升速至刨削速度。
（8）如果刨台极限位置时，不能及时反向，则上挡板C或D的将接近S3，迫使刨台停止运行。
接下来就要考虑变频调速的具体方案了，你回去考虑吧。”
刨台变频调速的方案
1．变频调速系统的选择
（1）电动机的选择
选择YVP250M－4型变频专用电动机，并要求配置旋转编码器。电动机数据是：
PMN＝55kW；IMN＝105A； nMN＝980r/min； TMN＝350.1N•m。
（2）变频器的选择
如上述，电动机已经有相当大的裕量了，故变频器的容量可以不必加大。今选安川（日）的CIMR－G7A系列变频器，主要数据是：
SN＝98kVA； IN＝128A；配用55kW电动机。
2．电动机控制电路
小孙又多次往返于张老师家和舅舅的工厂之间，最终确定了控制电路。最后，张老师让小孙简要地口述其控制特点如下：变频调速控制电路如图6－66所示。
（1）控制方式
采用有反馈矢量控制方式，由旋转编码器PG进行转速反馈。
（2）刨削速度
由电位器RP1决定，受继电器KA1控制。
（3）返回高速
由电位器RP2决定，受继电器KA2控制。
（4）刨削低速和返回低速
分别由多挡转速中的第1和第2挡转速决定。
（5）加、减速时间
在刨削过程中（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、减速时间（时间较长，加、减速较缓慢）；在非刨削过程中（正转起动、高速返回以及返回结束时的停止）采用第2加、减速时间（时间较短，加、减速较快）。
（6）零速运行及零速信号
零速运行由多挡转速中的第3挡转速决定，零速信号由变频器的PA－PC取出，用于保证刀架的进刀和抬刀都在零速状态下进行。
（7）故障信号
变频器因故障面跳闸后，由TA－TC输出故障信号，以便切断电源，进行处理。
（8）刨台的步进与步退
由变频器的正转点动与反转点动来实施。
3．变频器控制电路
如图6－67所示，说明如下：
（1）PLC通电
由开关SA1控制。
（2）变频器的通电
由按钮SB1、SB2控制。按下SB1，接触器KM得电，变频器通电；按下SB2，接触器KM失电，变频器断电。
（3）刨台步进与步退
由按钮SJF、SJR控制。按下SJF，PLC的Y2有信号输出，变频器处于正转点动状态；按下SJR，PLC的Y3有信号输出，变频器处于反转点动状态。
（4）刨台前进
由按钮SF控制。按下SF，一方面，PLC的Y0有信号输出，电动机正转，刨台前进；另一方面，PLC的Y17也有信号输出，继电器KA1得电，刨台的前进速度由电位器RP1决定。此外，SF也常作为刨台循环运行的起始按钮。
（5）刨台后退
由按钮SR控制。按下SR，一方面，PLC的Y1有信号输出，电动机反转，刨台后退；另一方面，PLC的Y20也有信号输出，继电器KA2得电，刨台的后退速度由电位器RP2决定。此外，SR也可作为刨台循环运行的起始按钮。
（6）刨台停止
由按钮ST控制，在刨台运行过程中，或刨削结束后，用于停止刨台的运行。
4．变频器的功能预置
见表6－9。
表6－9 龙门刨床用变频器的主要功能预置
功能码 功能码含义 数据码 数据码含义 说 明
A1－02 控制方式 3 带PG矢量控制 有反馈矢量控制方式
b1－01 频率指令 1 输入端子控制 模拟给定
H3－01 A1端子信号电平 0 0～＋10V
H3－04 A3端子信号电平 0 0～＋10V
b1－02 运行指令 1 输入端子控制 外接输入端子控制
b1－03 停止方法 0 减速停止
C1－01 加速时间1 2s 用于空行程加速，如启动和高速返回的加速
C1－02 减速时间1 2s 用于空行程减速，如变换方向时的减速
C1－03 加速时间2 4s 用于切削过程中的加速
C1－04 减速时间2 4s 用于切削过程中的减速
H1－02 端子S4功能. 12 正转点动 用于刨台步进
H1－03 端子S5功能. 13 反转点动 用于刨台步退
H1－04 端子S6功能 3 多段速指令1
H1－05 端子S7功能 4 多段速指令2
H1－06 端子S8功能 7 加、减速时间1
H1－07 端子S9功能 1A 加、减速时间2
H1－08 端子S10功能. 5 多段速指令3
H2－01 端子M1－M2功能 1 零速运行中
d1－01 频率指令1 10Hz 用于前进低速
d1－02 频率指令2 10Hz 用于后退低速
d1－03 频率指令3 0Hz 用于进刀之时
d1－17 点动频率 7Hz
E1－01 变频器输入电压 380V
E1－04 最高输出频率 75 Hz
E2－01 电动机额定电流 105A
E2－02 电动机额定转差 20 r/min
E2－04 电动机磁极数 6
E2－11 电动机额定功率 55kW
b2－01 直流制动起始频率 5Hz
b2－02 直流制动电流 110% 等于电动机额定电流的110%
b2－04 停止时直流制动时间 2s
L1－01 过载保护 2 适用于变频专用电动机
5．主电路其他电器的选择
（1）空气开关
IQN≥（1.3～1.4）×105
＝136.5～147Ａ
选 IQN＝150A
（2）接触器
IKN≥105A
选 IKN＝120A
（3）制动电阻
如上述，刨台在工作过程中，处于频繁地往复运行的状态。为了提高工作效率、缩短辅助时间，刨台的升、降速时间应尽量地短。因此，直流回路中的制动电阻与制动单元是必不可少的。
制动电阻的电阻值：根据实际试验，制动转矩应不小于电动机额定转矩的1.5倍。则由式（3－8）：
RB＝ ＝ ＝8.9Ω
实际购得380V，5kW的电热管，则：
每根电热管的电阻值是：
R01＝ ＝ ＝29Ω
两根串联为一组，则每组的电阻值是：
R1＝2R01＝2×29＝58Ω
应并联组数设为n组，则
≈8.9Ω
n＝ ＝ ＝6.5
取 n＝6组，即12根。
12根电热管的总容量：
PB1＝12×5＝60kW
制动电阻所需容量：因为
PB0＝ ＝ ＝55 kW＜PB1
所以，上述电热管组的容量是足够的。
抬刀控制和停电时的煞车控制
龙门刨床的改造取得了成功，小孙十分高兴。可是，过了不几天，舅舅又把他叫了去，说：“抬刀机构抬刀无力，工件上有时有划痕，抬刀电磁铁线圈有烧糊味。”
小孙问张老师：“抬刀电磁铁原来由励磁发电机供电，电压是230V。我采用副方电压为220V的变压器经全波整流后供电，电压只相差10V，抬刀电磁铁就吸不住了？”
张老师笑着说：“220V交流电压全波整流后的直流电压是多大？”
被张老师一问，小孙仿佛想起了什么，拍着脑袋说：“啊呀，单相全波整流后的平均电压应该是：
UD＝0.9UA
（6－6）
式中，UD—全波整流后的平均 电压，V；
UA—整流前交流电压的有效值，V。
计算结果如下：
UD＝0.9UA＝0.9×220＝198V
如图6－68（b）所示，怪不得抬刀无力呢。要不，把抬刀电磁铁改成交流电磁铁行不行？”
张老师说：“要知道，抬刀动作在刨削过程中是十分频繁的呢。交流电磁铁在未吸合前，因为空气隙较大，电感量和感抗都较小，所以，刚开始吸合时的冲击电流很大，如果频繁动作，线圈容易烧坏。直流电磁铁则没有这方面的问题。所以，还是以采用直流电磁铁为宜。”
“要不，把变压器的副方绕组多绕几圈，升高一点交流电压总可以吧？”小孙问。
“升高变压器的副方电压当然可行。但是，把变压器的副方绕组多绕几圈太麻烦了，我告诉你一个简单的办法。”说罢，张老师在小孙的图纸上补充了起来。接着说：
“只需要加两个升压电容器就可以了，如图（c）那样。升压电容器的电容量，只要比滤波电容器的电容量略小一点就可以了。”
过了几天，小孙打电话给张老师，说加了两个升压电容器后，抬刀问题解决了。
停电时的煞车控制
一个月后，小孙神色慌张地到张老师家，说：“龙门刨床出事了！”
“什么事？”看到小孙的神情，张老师也不免吃了一惊。
“今天，舅舅的厂里突然停了电，结果，龙门刨床的刨台因为惯性太大，竟滑出了导轨。后来，舅舅调来了起重机，才把刨台重新安装上。”
“啊，这种情况事先没有考虑到，也算是一种疏忽吧。不过，办法是有的。你可以仿照以前讲过的图3－43，在停电瞬间向电动机绕组里注入直流电流，来它个外接直流制动么。”张老师说。
“都停电了，接触器也不管用了呀”小孙想，张老师大概也没考虑到。
“你可以不用接触器，改用晶闸管么。晶闸管触发电路的电源是不可能瞬间消失的，而晶闸管一旦导通之后，又不再关断了。”张老师一边说，一边画出了图6－69。
“那，停电后，变频器的故障继电器还能动作吗？”小孙又问。
“你没注意过，变频器每次切断电源之后，都会显示‘欠电压’故障么？这说明，变频器在切断电源的短时间内，控制电路还在继续工作。而晶闸管也只需要在很短时间内产生一个脉冲就可以了。”张老师说。
两天以后，小孙告诉张老师说，这个办法的效果很好。
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小 孙 的 笔 记
1。A系列龙门刨床的机械特性是：25m/min以下是恒转矩调速，25m/min以上是恒功率调速，25m/min是计算速度。
2。A系列龙门刨床分两挡传动比，从45m/min到90m/min之间，传动比是λ，45m/min以下的传动比是2λ。
3。直流电动机由于电枢回路和励磁回路互相独立，而运行中的反馈信号只能作用于电枢回路。所以，直流电动机实际上只使用了额定转速以下的调速。而异步电动机的电路结构并未分开，矢量控制时，额定转速上下的机械特性都很硬，额定转速以上也可以利用。所以，在改造成变频调速时，电动机的容量可以适当减小。
4。刨台往复运行的切换可以由专用的接近开关控制。刨削速度和返回速度分别由电位器控制，刨削低速、返回低速以及零速则由多挡转速控制。
5。抬刀控制必须注意有足够的直流电压，当采用单相桥形整流时，应加入增压电容器。
6。为了防止突然停电时刨台因惯性太大而冲出导轨，可在停电瞬间，向电动机内通入直流电流，进行直流制动。
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