龙门刨床是机械工业的主要工作母机之一，在工业生产里占有重要的位置。龙门刨床工作台的行程控制多采用传统的继电器、行程开关控制方式来实现，该方式存在着故障率高、接线复杂、灵活性小、检修不方便等缺点。这对加工性能及成本有很大的影响，有些甚至无法在一些加工要求稍高的工作场合下使用。

  龙门铣床还有一些变型以适应不一样的加工对象。①龙门铣镗床：横梁上装有可铣可镗的铣镗头，其主轴（套筒或滑枕）能作轴向机动进给并有运动微调装置,微调速度可低至5毫米/分。②桥式龙门铣床：加工时工作台和工件不动,而由龙门架移动。其特点是占地面积小，承载能力大，龙门架行程可达20米，便于加工特长或特重的工件，其外形与龙门刨床相似，不同之处在于它的横梁和立柱上装的不是刨刀刀架而是带有主轴箱的铣刀架，并且龙门铣床的纵向工作台的往复运动不是主运动，而是进给运动，而铣刀的旋转运动是主运动。在龙门铣床上可以用多把铣刀同时加工表面，所以生产效率比较高，适用与成批和单件生产，用以加工中型和大型工件。

  但是，目前部分中小型企业及高校仍普遍的使用这种传统的继电器控制机床。在资金紧张的情况下，更新机床是不太现实的。因此，对龙门刨床加工性能和要求进行分析研究，设计一套低成本高性能的控制方案，应用于实践，可最大限度发挥龙门刨床的加工潜力，提高可靠性，降低运行成本，对老式龙门刨床的改造提高有很大的实际意义。

  随着PLC在工业控制中的迅猛发展，为改变上述缺点提供了有效途径。因此，本文作者将以B2012A型龙门刨床为例，根据龙门刨床的加工工艺特点，采用可编程序控制器(PLC)对其传统控制系统进行改造。

  （5)零伺服锁定功能，可以保护零速时1Biblioteka Baidu0％的转矩输出；

  （7）功能丰富的对话式操作面板，全系列LCDLED显示中英文可选；

  由于在加工过程中的材料和零件不同，所使用的刀具也会不同，这就要求机床有不同的速度，以便满足不同加工工艺的要求。

  B2012A型龙门刨床采用电机放大机作为直流发电机励磁调节器的直流发电机-电动机组系统并加一级机械变速，从而保证工作台调速范围达到20:1工作台在低速档的速度为6——60m/min在高速档的速度为9——90m/min在低速档或高速档范围内，可实现电气的无机调速，一边生产时能选择最合理的切削速度。

  为了避免因切削发生变化引起的工作台速度有较大的波动，以至于影响加工工件表面的质量，同时系统的机械特性应具有下垂特性，当负荷过大时，能使拖动工作台的直流电动机的转速下降，直至停止，从而达到保护电动机及机械装置的目的。

  盲目选择点数多的机型会造成一定的浪费，要先弄清控制系统的输入/输出点数，再按实际所需点数的15％～20％留以备用量，为系统的改造留有余地，且一般同时接通的输入点不得超过总输入点的60％。

  一般按估算容量的50％～100％留有裕量，对缺乏经验的设计者选择容量时留有裕量要大一些。

  对开关量的系统，PLC的输入/输出响应时间一般都满足实际工程的要求，可不必考虑响应问题，但对模拟量控制的系统特别是闭环系统就要考虑这个问题。

  本设计通过以上几方面的考虑和比较，根据所需PLC的输入/输出点数，并留有一定的余地，选择PLC的基本单元的型号为FX2N-128RM-001。FX2N系列是FX系列中功能最强，速度最高的微型可编程序控制器，它的基本指令执行时间每条0.08us，远远超过许多大型可编程序控制器；用户存储容量可扩展到16K步，最大可扩展到256个I/O点，有多种模拟量输入/输出模块及功能各异的模块。

  随着科技的进步，电力电子技术和微电子技术得到飞速的发展，以及矢量控制技术的完善，A-G-M调速系统在技术方面远远落后于日新月异的变频调速技术，使得变频调速技术被广泛使用在调速方面。

  根据前述龙门刨床拖动系统的工作要求，通过查阅有关资料，造多种同类变频器反复比较论证后，决定选用FRA740系列变频器。

  1.B2010A型龙门刨床的主拖动采用最初50年代的A-G-M调速系统，即电机扩大机－直流发电机－直流电动机组系统，,采用的是机械比2：1和电气调速范围为10：1的机电联合调速系统。

  电机扩大机-直流发电机-直流电动机（A-G-M）调速系统，它涉及电机多，占地面积大、噪声污染严重、调速范围很窄，尤其交流电动机拖动发电机浪费电能很严重，而且电控部分采用继电器逻辑控制，线路复杂，故障率高，检修、维修困难。

  目前部分中小型企业及高校仍广泛用这种传统的继电器控制机床，在资金紧张的情况下，更新机床是不太现实的。因此，对龙门刨床加工性能和要求做分析研究，设计一套低成本高性能的控制方案，应用于实践，可最大限度发挥龙门刨床的加工潜力，提高可靠性，降低运行成本，对老式龙门刨床的改造提高有很大的实际意义。

  目前，国内外众多生产厂家提供了多种系列功能各异的PLC产品，但不管选择那种系列的PLC，要以满足系统功能需要为宗旨，不可以盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。机型的选择应以几个方面考虑：

  FX2N-128MR-001的电源电压为AC220V，有64个开关量输入点和64个继电器型开关量输出点。输入电压为DC24V，输入点X0～X7的输入电流为7mA，其余的输入点的输入电流为5mA，当有电阻负载时输出点的额定输出电流为2A/AC220V。

  龙门刨床对其主拖动系统的要求比较高，不仅要求具有足够大的切削功率，较大的调速范围，而且能够按照要求实现自动速度循环；对于刀架的进给、抬刀、退刀和快速移动，横梁的夹紧、放松和升降以及工作台的步进、步退等功能是通过与控制电器配合来实现。

  FRA740系列变频器是日本研发生产的高品质、多功能、低噪音的矢量控制通用变频器，优越性主要表现在：

  （1）有速度传感器矢量控制，调速范围为1：1000，稳态控制精度0.05％；

  龙门刨床的刨削过程是工件与刨刀作相对运动的过程。为此，工件必须与工作台一起频繁地进行往复运动，工件的切削加工仅在工作行程中，返回行程是空行程。在切削过程中只有工作台由返回行程转到工作行程的期间刀假才进行一定量的进给。其中，机床的主运动是工作台纵向往复运动，而横梁的上下移动，刀架沿横梁的左右移动，以及侧刀架在立柱的上下往复运动称作往复运动。

  B2012A型龙门刨床的主拖动系统要求比较高，它不仅要求足够大的切削功率，较大的调速范围，而且能够按照要求实现自动的速度循环。对于刀架的移动、进刀、退刀、抬刀、横梁放松与加紧，横梁上升与下降。工作台步进与步退等各种电动机与控制电器配合实现电器配合实现。B2012A型龙门刨床对电气控制和PLC控制的系统要求综合起来有以下几个方面：

  B2012A型龙门刨床主要由7部分组成，如图1所示，其中床身为箱体型零件，其上有V形导轨。工作台安放在床身上，工作台下面有斜齿条，可以往复运动。横梁用于安装垂直刀架，刨削加工时严禁动作，只有在工作台停止运动时才能移动，以调整刀架高度。两个垂直刀架可沿横梁导轨在水平方向。或沿刀架本身的滑板导轨在垂直方向作快速移动或工作进给。左右侧刀架及进给箱可沿立柱导轨上下快速移动或自动进给

  用于磨削时，工作台应能降低速度至1m/min，以便保持磨削时工件的精度。能自动调速，以保证刀具慢速离开工件，防止工件边缘剥裂，同时减少工作台反向时的冲程和对电动机及其它机械的冲击。

  （5）进行加工时，工件装在工作台上，工作台沿床身导轨作直线往复运动。横梁上的垂直刀架和立柱上的侧刀架都可以垂直或水平进给。

  工作台往复运动一次后，刀架自动进给。后退行程中，刀架自动拾起。工作台在行程末尾可进行减速、反向等运动的自动变换。

  切削速度与冲击为刀具所能承受时，利用转换开关，可以取消慢速切入。在工作台前进与返回行程末尾，工作台能自动调速，以保证刀具慢速离开工件，防止工件边沿崩裂，同时可减少工作台反向时的冲程和对电动机及其它机械的冲击。

  龙门刨床是各类机加工厂中较为常见的设备，是具有门式框架和卧式长床身的刨床。龙门刨床主要用于刨削大型工件，也可在工作台上装夹多个零件同时加工。龙门刨床的工作台带着工件通过门式框架作直线往复运动，空行程速度大于工作行程速度。横梁上一般装有两个垂直刀架，刀架滑座可在垂直面内回转一个角度，并可沿横梁作横向进给运动；刨刀可在刀架上作垂直或斜向进给运动；横梁可在两立柱上作上下调整。一般在两个立柱上还安装可沿立柱上下移动的侧刀架,以扩大加工范围工作台回程时能机动抬刀，以免划伤工件表面。机床工作台的驱动可用发电机－电动机组或用可控硅直流调速方式,调速范围较大,在低速时也能获得较大的驱动力。

  分析了龙门刨床的运动特点，利用PLC和变频技术对B2012A型龙门刨床进行自动化改造，以提高其加工效率和精度。

  龙门刨床是机械工业的主要工作母机之一，在工业生产中占有重要的位置。其电气控制管理系统包括工作台的主传动和进给机构逻辑时序控制两大部分。龙门刨床工作台的行程控制多采用传统的继电器、行程开关控制方式来实现，该方式存在着故障率高、接线复杂、灵活性小、检修不方便等缺点。这对加工性能及成本有很大的影响，有的甚至无法在一些加工要求稍高的工件场合下使用。