一、龙门铣床的变频改造
1．概述
龙门铣床是加工较大型工件的机加工设备，其电气控制系统包括工作台的主传动和进给机构的逻辑控制两大部分。龙门铣床的工作台主传动采用直流可逆调速拖动方式。早期的直流调速控制系统由分立元件构成，但经过若干年的使用，故障率明显上升，维修工作量不断增大，故障停工工时急剧上升，已经严重影响生产的正常进行。目前其直流调速系统已经淘汰，也不可能对直流调速系统进行换新处理，而进行技术改造是必然的选择。
2．改造方案
对直流调速系统改造，如果保留直流电动机，可用数字式晶闸管直流调速系统，如西门子的6RA70、ABB的DCS400等。这种方案的优点就是利用原有的直流电动机，比较经济，但其缺点是直流电动机较笼型交流异步电动机的维护工作量大，特别是使用多年的直流电动机，整流子磨损严重，维修费用较高。另一种方案是采用交流调速系统，将主传动直流电动机换为笼型交流异步电动机，调速控制系统使用变频器。这种方案的缺点是除需要变频器外，还需要将直流电动机换为交流电动机，改造的费用相对较高，但交流电动机结构简单，维护量小，变频器性能优良，便于实现最优控制。比较两种方案的优劣后，选择用交流调速的改造方案。
3．龙门铣床工作台运动过程
龙门铣床工作台的拖动属于平稳快速的运动系统，工作台的工作流程如图7-7所示。
图7-7 龙门铣床工作台工作流程图
由图7-7可知铣床工作台工作铣削行程和返回过程的变化。0～t1段铣床工作台空行程起动；t1～t2段铣床工作台以稳定速度n1运转；t2～t3段铣床工作台带铣削负载加速；t3～t4段铣床工作台以稳定速度n2运转；t4～t5段铣床工作台减速；t5～t6段铣床工作台保持n3速度条件下刀具离开工件；t6～t7段铣床工作台减速到零；t7～t10段铣床工作台反向加速到高速运转制动后返回原加工位置，由此在重复上面所述的铣削循环过程。
4．变频器的选型和容量的计算
变频器要根据交流电动机的容量选型，交流电动机容量的选择又要以直流电动机为参考依据。原工作台直流电动机参数为：PN =18. 5kW，nN=1000r/min。与此相对应的交流电动机参数为：PN =18.5kW，nN=970r/min。龙门铣床经常工作在低速加工状态，为保证加工质量，要求电动机低速时转矩大，考虑到交流电动机的机械特性，在选择交流电动机时适当增大容量。例如可选交流电动机为22kW、6极笼型电动机。
电动机容量确定后，可直接选择变频器的容量。龙门铣床工作台为恒转矩负载，要求起动和低速力矩大，最好选用矢量控制变频器，可选用森兰公司生产的SB6IG变频器。该变频器可以选择U/f开环、U/f闭环、无PG矢量控制和有PG矢量控制等方式；可选用键盘和外部端子、功能端子的操作方式，并有RS485串行通信口，便于与计算机组网控制。在设计时进行可靠性设计，电磁兼容设计、稳定性分析等、具有非常优良的性能。本例选用森兰SB6IG型22kW变频器。考虑到铣床工作台返回行程时间比较短，惯性较大，需要配用制动单元和制动电阻，制动电阻按100%制动转矩时的标准配置30Ω、5kW，又因制动比较频繁，可适当加大电阻的容量到10kW。
