传统的龙门刨床电控系统采用接触器和继电器，时常发生触点故障。本文着重介绍一种运用PLC控制调速器，结合减速装置实现的刀具自动进给控制系统。该方案替换了原机械进刀机构，提高了进刀精度和可操作性，并具有很好的可移植性，可广泛应用于各种机床的进刀系统。
以BQ2020型龙门刨床电器控制系统为例，它的机械进刀传动示意图见图1。电动机1传动蜗杆2带动蜗轮3转动，齿轮8处在左位时，结合子4和5结合，进刀机构处在进给工位。当齿轮8处在右位时，进刀机构处在快速工位，结合子9和10结合，超越离合器11带动齿轮8旋转。通过改变超越离合器转动的角度，使齿轮8转动不同的角度，从而获得刀架不同的进给量。在实际使用过程中表现出机械冲击大、电器故障多、进刀不均或进刀无力的缺点。本文提出的自动进给控制方案，可以有效地解决这些问题。
一、整体改造方案
改造后的龙门刨床主控系统采用PLC可编程控制器，实现其全部工作过程自动控制。包括横梁上下、刀架移动、抬刀落刀、工作台自动往复运动及联锁保护和报警等。PLC的硬件设计基本上按照常规进行。本设计中不直接用PLC的输出继电器带动交流接触器，而是在每个输出触点后面增加了一个24V的直流继电器，用该继电器的触点驱动负载，不仅可以扩展输出点数，提高通用性，也对PLC的输出继电器起到了保护作用。其中工作台拖动电机的启动、停止、正反转以及转速调节由PLC控制调速装置完成，取代原有的继电器接触器控制系统和交直流发电机组拖动装置。横梁升降仍然用原有的电动机，抬刀仍然保留原有的电磁铁，但是都由PLC统一控制。龙门刨床的整体系统控制结构如图2所示。
本文着重介绍刀架自动进刀控制系统的改造方案。
二、刀架自动控制方案
1．刀架工作方式
刀具进给控制系统如图3所示。龙门刨床的刀架分为垂直刀架、左侧刀架和右侧刀架，其动作原理基本一样，现以垂直刀架为例说明。
刀架的移动分为手动快速移动和自动进给两种方式，由控制柜面板上的刀架工作方式选择开关给PLC发送指令。变频器输出频率由两个电位器给定，WR1决定快移速度，WR2决定自动进给速度，由操作人员根据需要随时进行调节。
当需要刀架快移对刀时，刀架工作方式选择开关选择“快移”，由按钮通过PLC控制变频器（图4中的KA 16）的状态，进而控制电机运转的启停。
在需要刀架自动进给时，刀架工作方式选择开关选择“进给”，此时，电动机的转速由WR2给定。每次工作台由前进转换到后退时，PLC接通抬刀电磁铁的电源，刨刀抬起，同时刀架完成进给动作。当工作台由后退转换到前进时，抬刀电磁铁线圈断电，刨刀弹簧复位落下。当自动进给行程结束后，刀架撞击行程开关，刀架以快移速度快速返回，可以设置另一行程开关控制刀架停止，也可以由操作人员手动停止。另外还有一个手动抬刀控制开关在选刀架时使用。
2．刀架进刀量的控制
刀具进给时，由PLC通过变频器调速装置控制刀架进给电机的启动和停止，进刀量则由每次电动机运转的时间△t和电动机的转速决定。
设电动机的转速为n转／分，每次进给时转动的时间为△t秒，传动丝杠的螺距为Lmm，则进给当量为：
δ=△t×n×L/60 mm（1）
式中传动丝杠的螺距L是固定的，△t在PLC中由专业人员通过修改程序参数设定，一般也不需要变更。在△t和L不变的情况下，自动进刀量可通过控制柜上的速度调节电位器WR2调整电机的转速来调节，方便工人的现场操作。
3．刀架进刀量的精度控制
一般来说，PLC能够很好地保障△t的精度，传动丝杠的螺距L的精度也可以保证，所以电机转速的稳定性是保证进刀量精度的关键。
龙门刨床的刀架在自动进刀时的进刀量通常都为几个毫米，如果由电动机直接带动丝杠，电机转速相应就要调得很低，而低速状态下电机转速的变化率高。同时，由于交流异步电动机启动的时间难于xx控制，从而会引起较大的误差。为了减少误差，我们在电机和刀架传动丝杠之间加装了减速箱。这样，电机就可以工作在较高的速度上，时间也可以加长。
三、进刀机构拖动电源的设计
龙门刨床工作台和进刀机构都有直流和交流两种拖动方案。
1．直流拖动
以实际采用的SSD950十为例，它是一种全数字式直流调速装置，使用一个内部的电流环和一个外部的速度环来控制直流电动机。可以采用电枢电压反馈，具有IR补偿；也可采用编码反馈或模拟测速电机反馈。考虑到工作环境和xxx，本方案选用测速电机反馈，速度范围为100:1，其工作原理如图4所示。
图中MB为直流电机，BR为直流测速电机，PLC控制的继电器触点KA 16闭合时刀架快移，KA 17闭合时刀架进给，WR1、WR2为调速电位器。KA20、KA28闭合时电机正转，KA21、KA28闭合时电机反转。KA28是有故障时紧急停机用的常开触点，正常工作时加电处于闭合状态。在进刀机构中使用时，要求对刀准确、加工精度高、停机时间设为标准模式的下限0.1s。
2．交流拖动方式
采用法国施耐德公司的ATV 31系列变频器作为进刀电机的调速控制器，它提供丰富的软件功能、操作简便、体积小、节省空间、具有可编程逻辑输入。以本文所用的ATV31HU40N4型变频器为例，其适用电机为4kW的三相交流电机，使用方法如图5所示。
M为进刀电机，RZ为电机制动电阻，PO为直流母线正极性，和PA+之间一定要有共用连接，KA 16和KA 17是由PLC控制的继电器触点，分别控制进刀电机的快速移动和刀架进给，电机的转速分别由安装在控制柜上的电位器WR3和WR4调整，KA20和KA21分别控制电机的正转和反转，KA29为紧急停机用的触点，正常工作时闭合，由PLC监控系统的工作状态，在有故障时断开电机供电。
