6.4.2.1 直流调速系统
1．直流调速系统的构成
刨台的原拖动系统如图（6-15b）所示，由直流电动机MD 拖动，MD 由直流发电机G1 供电，G1 的原动机是三相交流异步电动机MA，MA 还同时拖动一台励磁发电机G2。G2 发出的电，一方面为DM 和G1 提供励磁电流，同时也为控制电路提供电源。
2. 直流电动机的调速
直流电动机DM 是通过调节电枢电压来调速的，电枢电压是由直流发电机DG 提供的，直流发电机的励磁电流又是由交磁放大机KG 提供的。交磁放大机是一种具有放大作用，反映十分灵敏的特殊发电机。调节电位器RP1，就调节了DG 的励磁电流，也就调节了主回路的电压UG，从而调节了电动机的转速，如图（6-17a) 所示。
3. 有效转矩线
电动机的硬机械特性是依靠电压负反馈和电流正反馈进行补偿而得到的。
当负载增大，电动机的电枢电流必增大，而电压UG必有所下降，这些变化将改变交磁放大机的补偿绕组QF1和QF2 的电流，最终将使电动机的转速降落得到补偿，从而得到十分硬的机械特性曲线，如图（6-17b）所示。十分明显的是，上述的电压负反馈和电流正反馈的作
用，将不可能对电动机的励磁电流发生影响。所以，直流电动机在额定转速以上调速时，其机械特性将变软，如图（6-17b）的上部所示。因此，直流电动机在额定转速以上的恒功率区实际上是不能用于刨削工件的。所以，其额定转速应和低速挡的最高速（45m/min）相等。
3. 有效转矩线
电动机折算到负载轴上的有效转矩线如图6-18 所示，图中，曲线①是低速挡的负载机械特性，曲线②是高速挡的负载机械特性。曲线③是低速挡直流电动机的有效转矩线，由于传动机构的传动比较大，故折算到负载轴上的电动机转矩也较大；曲线④是高速挡直流电动机的有效转矩线，由于传动机构的传动比较小，故折算到负载轴上的电动机转矩也较小。
4. 电动机的容量
（1）负载所需容量
由图6-18，负载所需容量发生在以最大切削力切削，和以计算转速运行之时：
可见，电动机处于大马拉小车的状态。
6.4.2.2 变频调速系统
1. 变频调速的拖动特性
异步电动机变频调速后和直流电动机的主要区别是：在额定频率以上的恒功率区也能得到硬机械特性，是可以利用的。令电动机的额定频率对应于30r/min，则在45r/min 时的工作频率为75Hz，电动机在低速挡的有效转矩线如图6-19 中之曲线③所示；高速扫的有效转矩线如曲线④所示。由图可知，电动机的有效转矩线十分接近于刨台的机械特性。
6.4.3 刨台往复运动的控制
6.4.3.1 刨台往复运动的周期
以国产A 系列龙门刨床为例，以其往复周期如图6-20所示。图中，v 为线速度，t 为时间。各时间段（t1 ～ t5）的工况如下：
图6-20 刨台的往复运动
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。
6.4.3.2 往复周期的实施
1. 双向行程开关控制
（1）退出工件段
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（6-21a）所示。假设 ：刨台正处于刨削过程中，各行程开关的动作顺序，如图（6-21b）和图（6-21c）所示：
（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；
图6-21 行程开关的布置
（a）布置图 （b）动作顺序 （c）时序图
（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；
图6-22 刨台专用接近开关
重复上述。
图6-22 刨台专用接近开关
重复上述。
2．接近开关控制
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6-22 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（6-23b）所示。刨台的往复运行与接近开关的状态如图（c）所示：
图6-23 专用接近开关的工作程序
（a）刨台 （b）接近开关电路 （c）循环运行与接近开关
（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，刀架复位，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。
实践结果表明，接近开关的工作是可靠的，并且，故障率很低。
实践结果表明，接近开关的工作是可靠的，并且，故障率很低。
6.4.4 变频调速系统的设计
6.4.4.1 变频调速系统的选择
1. 电动机的选择
图6-24 变频调速控制电路
图6-24 变频调速控制电路
如图6-24 所示，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 输出，用于保证刀架的进刀和复位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。
6.4.4.3 变频器控制电路
图6-25 变频器的控制电路
图6-25 变频器的控制电路
