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龙门刨结构及其运动原理详解

发布时间:2017-05-05点击量:21

龙门刨床主要用于加工大型或重型零件上的各种平面、沟槽、斜面和各种导轨面,也可在工作台上一次装夹数个中、小型零件进行多件加工,是制造重型设备的工作母机。

(一)龙门刨床的构造与运动形式

龙门刨床的外形及主要组成部分

1、运动形式

主运动:是固定在工作台上的工件所作的直线往复运动。

进给运动:是每一双行程间,刀是垂直于主运动的位移。

辅助运动:横梁的夹紧、放松及升降运动,刀架的抬刀等。

(二)电路工作原理

1、主电路

由10台交流电动机,4台直流电机组成:

M直流电动机与直流发动机G1组成G1-M调速系统

M1主拖动电动机、G1直流发电机、G2励磁机等组成发电机组

M2扩大机拖动电动机

A扩大机

M3通风电动机,装在直流电动机M上面作通风用

M4润滑泵电动机,提供工作台润滑油

M5垂直刀架电动机,作垂直刀架水平进刀和垂直进刀用

M6、M7左、右侧刀架电动机,作左右侧刀架上下运动

M8横梁升降电动机

M9横梁夹紧电动机

2、交流控制电路

(1)电动机组的起动控制线路

由于M1为60KW容量较大,起动电流大,所以采用星——三角降压起动。图中Y-△起动控制,Y形接法起动时间由继电器KT1决定的,由Y形接法断开到△运行的间隙时间由时间继电器KT2决定的,一般KT1整定为3-4秒,KT2延时为1秒以下,其工作原理读者自行分析,

(2)刀架控制电路

B2012A龙门刨床有两个垂直刀架,两个刀架都有快速移动和自动进给两种工作状态,而每种工作状态又有不同的运动方向,它们都是由机械及其操作手柄实现的。

①自动进给

刀架的自动进给是与工作台自动工作相互配合实现的,当工作台由后退换前进时相关的继电器通电,使动作的电动机正向旋转。经进刀机构实现刀架的自动进给;当工作台前进换后退进,使动作的电动机反向旋转,刀架进刀机构复位,为下一次进刀作准备。

②快速移动

快速移动时,工作台控制电路中的联锁继电器KA3应处于断电状态,将操作手柄置于“快速移动”位置,按下点动按钮,电动机只作单方向旋转,经进刀机构的拖动,刀架按机械插槽所选择的方向作快速移动。

(3)横梁在加工时或一般情况下是夹紧在立柱上的,必要时,为了适应加工不同高度的工件,才将横梁从夹紧状态下放松,根据要求使横梁作上下移动,移动到需要位置时,再将横梁夹紧在立柆上。

①上升过程电路工作情况

A、自动完成横梁放松

B、横梁上升

C、横梁上升后的自动夹紧

②下降过程电路工作情况

横梁下降过程与上升工作情况基本相似,仅不同的是增加了横梁下降到位后再作稍许回升,其作用是为了消除下降时丝杆与丝母的间隙,它的回升由单相桥式整流电路控制直流时间继电器KT3实现的,整定值为0.1~0.4秒,由于横梁的回升是在横梁夹紧开始后同时进行的,所以时间不能整定过长,防止造成不必要的事故。

(4)抬刀控制电路

当工作台在返回行程时,为了防止刀具与工件表面的损伤,设置了抬刀控制电路,刀架的抬刀分别由4个抬刀电磁铁使刀架抬起,工作台前进时KM断电,垂直刀架靠自重落下,侧刀架靠压簧拉回,KM的自锁触点防止后退时按下停止按钮,仍使KM保持吸合,避免刀具落下使刀具或工件表面碰坏。

3、主拖动调速系统工作原理

为了改善调速系统的静态和动态性能,在电机放大机A的三个控制绕组分别引入各种反馈信号,各绕组所加的信号作用如下:

(1)控制绕组AⅢ

控制绕组AⅢ是给定信号、电压负反馈和电流截止负反馈环节的综合控制绕组。

①给定信号   它是从调速电位器RP1或RP2上取出的,机组起动后,时间继电器KT动作,励磁机G2(本设备用单相桥式整流)所发出的直流电压U1就加在电位器RP1、电阻1R和电位器RP2上。RP1用于工作台前进调速,RP2用于工作台后退调速,调节RP1或RP2可改变前进与后退给定电压UG2加到AⅢ绕组上的数值,控制了电机扩大机A对直流发电机G1的励磁,从而达到调速目的。

②电压负反馈信号    电阻2R与发电机G1的电枢并联,从2R的抽头(200)和端点A2-G1之间取出的电压与发电机电枢的端电压成正比,它与给定信号电压是以相反的极性串联相接而加入控制绕组AⅢ,从而形成一个电压负反馈的自动调速闭环系统。因此由2R取出的电压加给扩大机制信号也就是发电机端电压的电压负反馈信号。这一负反馈信号是用来提高主电动机机械特性的硬度,以及加速主电动机的起动、反向和制动的过渡过程。

③电流截止负反馈信号    为了限制电动机的最大电枢电流,防止传动机构的过载,在扩大机的控制绕组AⅢ中还加入了主电动机电流截止负反馈信号。与主电机电枢电流成正比的信号电压Uab,是从R4与发电机换向绕组B1-G1和电动机换向绕组B1-M串联后的两端并联上取出,R4不同两端的电压Uab与比较电压Ub进行比较,当Uab>Ub +UV(V1或V2)时,V1或V2导通。由Uab产生的电流经过AⅢ绕组产生的磁通与给定电压产生的UG2磁通相反,起去磁作用,使扩大的磁势减小,输出电压降低,发电机电势上升减慢,从而限制了主回路电流的上升,主回路电流越大,电流截止负反馈越强,电动机转速将明显下降,直至堵转状态。因此加入电流截止负反馈使系统得到了下垂的机械(挖土机特性),同时还能起到加快系统的过渡过程。

(2)控制绕组AⅡ

是构成与主电动机的电枢电流成比例的电流正反馈绕组,它是由R4分压后加到扩大机控制绕组AⅡ上,AⅡ产生的磁通与给定电压在控制绕组AⅢ上产生的磁通方向相同。又因反馈电压与主回路电流成正比,所以形成了电流正反馈,起到了补偿发电机、电动机换向绕组的电压降所对应的转速降,进一步改善机械特性的硬度,并加速系统的过渡过程。

(3)控制绕组AⅠ

控制绕组AⅠ与3R、R10、发电机的励磁绕组F和电阻R8组成电桥稳定环节,在稳定状态下调节R3、R8、R10使电桥达到平衡,即R1/R2=RL/R10。接在电桥对角线上的扩大机控制绕组无电流,这个环节不起作用。当扩大机的输出电压增大的瞬间,R1、R2上电流也增大,而RL、R10上电流增大比较慢,电桥失去平衡并输出电压,R3抽头处为“+”,RL下端为“-”,因此AⅠ绕组上有电流流过,由于AI绕组产生的磁通起去磁作用,因而减缓了扩大机输出电压的上升速度。扩大机的电压上升越快,桥形稳定环节产生的电流越大,在AⅠ控制绕组上的去磁作用越强,对电压上升速度的抑制作用越强,从而达到了稳定系统、减小系统振荡的目的。

(4)制动时加入欠补偿环节与自消磁电路

为了防止主电动机在停车后的“爬行”现象,在调速系统中还设有自动消除发电机剩磁的控制电路。这一电路是在给定信号切断之后,当主电动机的转速已经制动到很低的转速时,由于时间继电器KT4的触点280- AⅢ2和270-(E2-A)自动延时接入的,其中触点280- AⅢ2是用来将发电机的剩磁电压的大部分以负反馈方式接入扩大机制控制绕组AⅢ,使扩大机反向励磁,从而输出与原来极性相反的电压以抵消发电机中的剩磁,使发电机的剩磁电压迅速减小。与此同时,KT4另一对触[270-(E2-A)]则将扩大机的电枢经R7短接,以构成扩大机的过度欠补偿电路。这时,扩大机的直轴电枢电流因R7的接入而增加,直轴反应也加大,但增加的电枢电流未补偿绕组(E21-A 、E2-A),因此扩大机就处于过度的欠补偿状态,端电压将迅速下降,从而有效地减小了扩大机的剩磁,加强了主电动机停车后的稳定性。

4、主拖动的电气控制电路

(1)工作台往复运动与行程开关的布置

工作台的自动循环如图所示:

在工作行程中,工作台先以低速起动向前,当刀具切入工件后工作台再转为工作速度前进;当刀具快要切出工件时,工件台又转为低速;切出工件后,工作台制动并反向起动,开始返回行程;在返回行程中工作台先以高速退回,接近终了时,再转为低速以克服工作台的惯性。退出工件后,工作台制动停止并反向起动,再次开始工作行程。
    工作台的自动循环工作是由固定在床身侧面的无触点接近开关控制中间继电器,并能过两级挡铁进行控制的,如下图所示:

(2)控制线路和工作原理

① 工作台的点动控制

为了调整工作台的位置,可用“步进”按钮SB8或“步退”按钮SB12使工作做向前或向后的低速调整运动。当机组起动后,控制变压器TC1输出的交流110伏电源即送到102、103a。按下“步进”按钮SB8时,继电器KA2线圈得电动作,KA2常闭触点(123-125)互锁、常开触点(1-125)和(1-3)闭合;KT4得电,KT4的延时常闭点270-(E2-K)、280- AⅢ瞬时闭合,将直流电源加到给定信号的调节电路中,即电阻RP1、1R与RP2的串联电路中。由于KA2(240-242)已分断,从电阻1R(210~207)取出的电压,通过R5、KA4和KA3的触点以及2R(200- AⅢ2)而加大扩大机控制绕组AⅢ1 -AⅢ2。由于给定信号电压较小,主电动机转子以低速运行,工作台慢速前进。松开按钮SB8,给定信号切除,通过调速系统产作用,主电动机迅速制动并停止下来。

工作台的“后退”调整运动的动作原理与上述相似,但参与工作的继电器是KA4与KT4,给定信号是1R(208-210)之间的电压。

② 工作台的自动循环

假设自动循环开始前,工作台己停在返回行程的未了位置上,那么接近开关SQ2、SQ4被挡铁C挡住,继电器KA13、KA15动作,其常开、常闭触点动作,而接近开关SQ1、SQ3未被挡铁A挡住为初始状态。按下“前进”按钮SB9,工作台按下述过程进行自动循环。

A、工作台低速前进    合上慢速切入开关SA6触点(157-161)闭合,按下SB9时,继电器KA3和KA2相继得电,KA2动作接通KT4,而KA3动作后又使本身自锁。由于SQ2、SQ4工作,经由KA2(107-129)和KA3(129-153)又使KA5接通,KA5动作后,继电器KA7经KA5(129-157)、KA5(161-163)、KA8(163-165)与KA9(165-167)通电动作。

由于KA2、KT4、KA3和KA7动作的结果,从调速电位器RP1的205与1R 210的给定信号电压就经R3、KA7(237-225)、KA2(225-220)、KA3(220-200)以及2R(200- AⅢ1)而加于扩大机控制绕组AⅢ1 -AⅢ2。由于给定电压较低,控制绕组AⅢ中又串入了较的电阻,所以工作台被限制在慢速下运行,刀具在工作台慢速下切入工件。

B、工作行程    当刀具切入工件,工作台己前进一段距离后,挡铁C离开SQ2,KA13复位常闭点闭合,为工作台返回作好准备,KA13常开触点断开,KA5、KA7断电,KA7的触点(225-237)断开,切除了工作台的慢速回路,触点(223-225)闭合,工作台加速到由调速电位器RP1手柄位置所决定的工作速度运行。这时加在控制绕组AⅢ中的给定电压是电位器221与1R 210两点间的电压,调节RP1可改变前进速度的大小。

C、转为低速前进    当刀具将要离开工件时,后退减速开关SQ4离开挡铁C,使KA5复位,而另一组挡铁A挡住开关SQ3,KA14动作,使常开触点(129-159)闭合,KA7又被接通动作,工作台又降到慢速运行。

D、高速退回    刀具切出工件后,挡铁A挡住开关SQ1使KA12得电动作,KA12常闭点(107-109)断开使KA2断电,KA2常闭触点(123-125)闭合使KA4接通,KA4常闭触点(159-163)断开KA7失电,使低速前进给定信号被切断,从RP2滑臂取出的“向后”给定信号(210-222)电压经KA4和KA3的常开触点接于扩大机制控制绕组。由于反向给定电压高且极性相反,因此主电动机在反接状态下迅速制动停止,找反向起动到高速,使工作台以高速退回。

E、转为低速退回    工作台在返回行程将要结束时,挡铁C又挡住开关SQ4,则KA7再次接通,它的常闭点(224-246)断开,常开点(238-226)闭合,接通了慢速回路,工作台以慢速运行。

F、开始下一循环    在返回行程结束时,挡铁C又挡住开关SQ2,KA13动作触点(107-119)断开,KA4断电,KA4的常闭点(129-153)闭合,又使KA5和KA7得电动作。由于KA3、KT4、KA2和KA7动作的结果,工作台又转为低速前进以开始下一工作循环。

为了便于阅读B2012A龙门刨床的控制线路较长,现将接近开关的动作与被控继电器工作情况列表如下:

③ 工作台控制线路的联锁保护

A、工作台“步进”、“步退”与自动循环工作的联锁通过继电器KA3来实现。

B、工作台“前进”与“后退的联锁由复合按钮SB9、SB11和继电器KA2、KA4的互锁触点实现。

C、点KM13(135-137-)和KM14(137-139)是横梁夹紧与放松接触器常闭触点,当横梁调整时,工作台自动电路不接通。

D、主回路电流超过最大允许电流时,串联在电枢回路中的过电流继电器KI2动作,其常闭、点(103a-105)断开,使工作台停止运行。

E、长期过载保护    交流电动机M2用热继电器FR作过载保护,拖动扩大机制电动机M3、通风机M4用断路器QF1、QF2作过流、过载保护。

F、极限位置保护    为了防止工作台冲出,采用了终端接近开关SQ5、SQ6控制继电器KA16、KA17实现。

(三)常见故障的分析与故障排除

1、直流电动机的故障

(1)励磁机G2不发电

① 因剩磁消失而不能发电    可断开并励绕组与电枢绕组的连接线,再在并励绕组中加入低于额定励磁电压的直流电源(一般在100V左右)进行充磁,充磁时间约为2~3分钟。如果仍无效可将极性变一下。

② 励磁电枢绕组连接反    只要将两极性正确连接。

③ 接线盒或控制柜内绕组接线端松脱    应将接线端可靠连接。

④ 励磁机电刷接触不良、弹簧无压力或电刷磨损    进行电刷更换或调整弹簧压力。

⑤ 励磁机绕组开路或短路

⑥ 励磁机换向器磨损、云母高出导电部位    应作钩槽处理。

(2)励磁机空载电压过高

① 电刷不在中性线上    校对中性面。

② 调节电阻RT-L参数不对    增大RT-L的阻值。

(3)励磁机空载时电压正常,负载时电压下降过大

① 串励绕组极性接反

② 换向极绕组极性接反

(4)扩大机空载电压很低或没有电压

① 控制绕组在断路和短路现象    若是断路则不能励磁,但由于剩磁存在,仍能发出3%~15%的额定电压,若是短路,控制绕组的阻值比原阻值小,虽然励磁电流达到额定值,但产生的磁通却很小,交轴电枢反应亦小,发出电压低。

② 交轴回路电刷位置不对    可能是电枢旋转方向移动太多或接触不良,电刷卡死在刷握内不能与换向器接触。

③ 交轴助磁绕组极性接反或助磁绕组断路

④ 换向器及电枢绕组短路或开路

⑤ 补偿绕组和换向极绕组断路

⑥ 各绕组引出线接头脱焊

(5)扩大机空载电压正常,带负载时输出电压很低

电枢绕组、换向极绕组、补偿绕组极性接反可者有短路,如果在额定负载下输出电压只有空载电压的30%以下或无电压,甚至为负值,可初步判断为电枢绕组或补偿绕组极性接反。若输出电压为空载电压的50%左右,且直轴电刷下的火花又较大,则可能是换向器绕组极性接反可能是补偿绕组或与其并联的调节电阻短路。

(6)扩大机换向时火花大,输出电压不稳定

① 换向器表面变形、云母片突出、电刷压力不够、电刷在刷握内摆动或电枢转动平衡不良等。

② 换向极或助磁绕组极性接反及短路

③ 电刷不在中性线上

④ 换向器片间短路

⑤ 绕组与换向片间焊接不良

(7)扩大机输出电压过高

是电刷逆旋转方向移动太多,或补偿绕组的并联电阻接触不良或开路,都会造成带负载时产生自激。

(8)直流发电机不发电

① 两组励磁绕组有一组极性接反

② 励绕组断路

③ 电刷接触不良

④ 换向器片间与绕组脱焊

⑤ 桥形稳定电阻R10断路

⑥ 扩大机电枢与发电机励磁绕组的连接松脱

(9)直流发电机电刷火花大

① 电刷不在几何中性线上

② 换向器片间短路及表面变形

③ 电枢绕组有匝间短路

④ 电刷压力不够或接触不良

(10)直流电动机不能起动

① 两组励磁绕组有一组接反,则两组绕组串联后产生磁场相互抵消,起动时主回路电流很大,使电流继电器KI2动作,造成无法起动。

② 电刷接触不良

③ 换向器片间与绕组脱焊

(11)直流电动机火花很大

故障原因与直流发电机相同

2、控制线路故障

(1)发电机组不能起动,KM1不动作

① 控制变压器TC1绕组坏

② 熔断器FU3、FU4熔断

③ 按钮SB1、SB2接触不良

④ 断路器FQ3、FQ9、FQ2辅助触点接触不良或开关未合上

⑤ 热继电器FR控制触点接触不良或开关未合上

⑥ 接触器KM1线圈坏

⑦ 相关线路100、101、701、703、705、707、709、711、102断线

(2)电动机M2不能完成星——三角自动切换

① 时间继电器KT1的线圈烧坏可触头KT1(703-719)不动作

② 时间继电器KT2的线圈烧坏或励 磁机G2工作不正常,使KT2不能动作,常闭触点KT2触点(703-719)不能断开。

③ KT1(703-729)、KT2(703-719)KMY(731-733)接触不良,使KM2不动作。

④ KM2常开点(719-725)接触不良或KM2线圈坏。

⑤ 接触器KM△线圈坏

⑥ 相关线路有断线现象

(3)工作台步进或步退开不动

① 检查工作台交流控制电路,观察前进或后退继电器KA2、KA4是否吸合,如不能吸合,应根据交流控制电路逐个检查触头和相关线路。

② 电压负反馈电阻2R[200-(A2-G)]断路或200号线接触不良。

③ 步进给定电压过低或抽头接点接触不良。

④ 电流正反馈太弱,调节正反馈电阻4R上接点290的位置,加大反馈量。

⑤ 检查A控制绕组回路合触点接触是否良好,线路是否有断路故障,二极管V1、V2同时被击穿,1R被短接AⅢ中无电流。

(4)按下步进、步退按钮后,工作台都是向前运动且速度很高

  故障原因是直流电路中电流截止反馈二极管V1被击穿,使步进时给定信号,速度高,步退时给定信号仍是正向信号(IV1>IV退),步退时工作台仍为步进,只是速度略低于步进的前进速度。

(5)步进步退停车后,工作台不能平稳地停止,而是作身后或向前滑动。

这种现象发生在步进步退按钮松开后到KT4释放之前,其原因是步进步退电路很不平衡,如R5、R6电阻上的短接点接触不良。

(6)工作台向前向后均不动作

检查继电器KA3是否动作,再检查AⅢ控制绕组有无给定电压。

(7)工作台运行时速度过高

① 电压负反馈回路断开

② 直流电动机磁场太弱

③ 扩大机过补偿

(8)工作台停车爬行

① 自消磁回路[280-(A2-G1)]断路或接触不良

② KT4(280- AⅢ2)延时闭合触点接触不良

③ 欠补偿能耗抽动电阻R7太大或断路

(9)工作台停车振荡

① 稳定绕组AⅠ绕组断线

② 扩大机电刷位置调整不当

③ 桥形稳定五一节电路断路

④ 稳定绕组AⅠ接反

(10)工作台前进正常,当后退到换向时工作台停止

油压触点KP(129-131)接触不良或油泵不能工作

(11)起动电动机机组后工作台自选高速“飞车”

①器发电机剩磁电压将使发电机自激

② 扩大机剩磁电压过高

 

横梁部分的故障由读者自行分析,机床的电气故障是客观存在的,在运行中可能会发生各种大大小小的故障,且故障不是千篇一律的,就是同一故障现象发生的部位也会不同,所以在维修中不可生搬硬套,而应实践相结合,做到看清故障、线路熟悉、原理清楚、方法正确,主这样才能迅速排除故障。


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