摘 要：WD-200镗床是60年代初期由苏联引进的重型机床，主轴直径200MM，最大镗孔深度1800MM，该机床适用于钻孔、扩孔、取芯钻（用空心钻钻削）及铰孔，以及进行平面加工，铣削平面、帽和进行线切割（螺纹加工），担负着我公司大件加工的生产任务。本文论述了对这一机床的电气系统进行改造的过程。
关键词：机床；电流
机床的主传动是由一台59KW直流电动机拖动，并由一台65KW直流发电机供电，主轴、径向刀架和上滑板分别由两台6.6KW直流电动机拖动，主轴箱和下滑板分别由两台9KW直流电动机拖动，它们由一台13KW直流发电机供电，主传动和进给传动都分别采用交磁放大机作为调节控制器的拖动系统，电气线路采用继电器控制方式，使用几十年后，由于元件老化，（有些已无备件），近几年故障频繁，影响设备的正常生产。为此我公司按照节能、稳定、可靠、安全的原则，并考虑应用新技术的可能性，综合大修进行技术改造，使设备在大修改造后，各种性能指标不低于修前水平。为此我们提出了电气改造的具体方案：
原有的机组供电，采用两台交流电动机拖动直流发电机，总功率为90KW，能耗、维修量和噪音都大，改用可控硅整流调速装置代替，主传动采用6RA27-V57（400V，250A）装置，进给采用两套KSA23（400V，60A）装置。
原控制线路中各种继电器近百个，维修量大,故障多，现采用日本OMRON可编程控制器(CQM1H-CPU21)作为电气控制。
原5套直流电动机使用30多年，整流子及碳刷磨损严重,特性变软，现采用最新Z4系列电机(测速机与电机同轴连接)代替。
利用上述驱动装置及可编程控制器，设计符合机床要求的全套电气图纸(包括电气原理图、电柜配线图、机床电气安装图、悬挂按钮站接线图及电气设备明细表等)。
原5个坐标10个方向全部增设数字显示。主轴及径向刀架采用轴环表数字显示，主轴箱及上下滑板采用SF32感应同步器数字显示。
制作新的悬挂按钮站及面板，更换原悬挂按钮站所有按钮和转换开关。
电气原理框图如下：
原理简述：
以PLC为控制中心，利用模拟量及开关量，完成在CPU及外围设备对直流主轴及各部分进给电机的调速等逻辑动作控制。下面就各部分做详细阐述。
1 主传动调速系统
WD-200镗床的主传动是由一台75KW的直流电动机拖动。
电机参数如下：Z4-225-11 1000/2000转/分
电枢：400V 193A
励磁：180V，14.2A
根据电动机参数，我们选用了6RA27-V57（400V，250A）的可控硅整流调速系统，下面对该调速系统作简略说明：
1.1 6RA27系列调速装置系全数字化的可控硅直流调速装置，该装置所有的开环和闭环功能-从斜坡函数发生器到触发装置-几乎所有的功能都由一个16位的微处理器来实现，因此具有其它采用模拟电路的调速装置所不能比拟的优点。6RA27-V57系列可控硅整流调速装置是一个三相、四象限、全数字化的、电枢可逆的逻辑无环流双闭环控制系统。该装置将直流电供给功能为1-450KW的他激直流电动机的电枢和磁场，借助于电枢电流反向使电动机在四个象限内运行。电动机的调速是无级的，并且分为两个区域，即低于额定转速采用恒力矩方式，高于额定转速采用弱磁调速（即恒功率调速）。
1.2 6RA27-V57系统的电气特点：
该装置除了上述一般性能外，还具有它独特的电气特点：
V57系统为使电动机在启动时减少转速的超调量和制动时限制电动机的火花，采用了外限幅电路（即转速限幅电路）。使得速度调节器的输出限幅值变化规律随速度的一次函数变化。
系统中速度调节器和电流调节器都采用比例与积分分开的P-I调节器，使整机调整较为方便。
6RA27-V57系统在提高可靠性方面的措施：
系统可靠性高，除了有一般的超速保护、弱磁保护、过流保护、缺相保护等外，还设置了欠压保护和相位保护，最大的特点是采用了填充式的双脉冲制，还具有快速性高的特点。
1.3 6RA27-V57工作原理：
主回路采用三相桥式反并联电路；励磁回路为单相半控桥电路，因此可实现额定转速以下电压调速，额定转速以上的弱磁调速的功能。借助于逻辑无环流可逆方式，可以四象限运行。控制部分由一个16位的微处理器构成。装置的全部功能由微处理器及接口电路实现，所有参数的更改均有一个键盘和显示单元来完成。
在悬挂按钮站上，用模拟电位器实现主传动调速，依靠正反转按钮来确认模拟电位器调速生效，其他按钮完成机床最基本得一部分操作功能。
2 进给传动调速系统
WD-200镗床的进给传动由四台直流电动机拖动。电动机参数如下:
上滑板主轴电动机：Z4-112/4-1 11KW 3000转/分
电枢：440V 28.9A 励磁：180V 2.39A
下滑板主轴箱电动机：Z4-132-1 18.5KW 3000转/分
电枢：440V 47.4A 励磁：180V 2.39A
根据机械加工要求及电动机的参数,我们选用了KSA23（220V，60A）的可控硅整流调速装置,下面对该系统作简略说明:
2.1 KSA23直流调速装置是一种单闭环逻辑无环流电枢可逆的调速系统,该系统的调速装置,具有调速范围宽(1:10000),低速性能好,响应快,结构简单、紧凑,可靠性高,体积小,重量轻,易于操作,便于维修等特点. 该装置采用一个带并联限流环节的速度调节器,还设有相序监视、相位监视、欠电压监视等检测电路。
2.2 主回路采用三相桥式反并联电路,借助于逻辑无环流可逆方式，可以四象限运行。
3 用OMRON可编程控制器(CQM1H-CPU21)改造镗床电气系统。
主控PLC选用OMRON SYSMAC CQM1H型，CQM1H是一种功能完善的紧凑型PLC，能为分散控制等提供高性能机器控制，利用先进的内装板（包括高速计数器板、串行通信板、脉冲I/O板、模拟量I/O板等）可灵活地配置系统，通过中央个人计算机监控PLC操作、编辑PLC程序、及读/写PLC数据等，以及Windows环境下的CX-Programmer编程软件，具有高效的软件开发能力，程序容量、DM容量和I/O点数都较同类产品优越，且性能稳定，是一款性价比极高的工程型中小型PLC产品。
WD-200镗床选用CQMIH-CPU21为主控CPU，选用模拟量I/O作为与6RA27-V57、KSA23直流调速系统进行模拟量交换，实现各部分直流电机的速度给定及实际速度的测取。
通过调试及运行，主传动、进给传动起制动及调速性能都很好，PLC运行也很好，各项性能指标都达到或超过原设计的工艺要求，取得了很好的经济效益。
