龍門刨床的數控(CNC)化改造
介紹了刨床的數控化改造及其CNC系統?？刂葡到y在硬件上采用開放式的PC總線結構，軟件上采用模塊化、結構化設計，操作界面上采用圖形漢字菜單，具有圖形編程、列表曲線編程、模擬運行、自動對刀、刀具磨損補償、實時加工控制與動態跟蹤顯示等功能。關鍵詞： 小型龍門刨床數控改造CNC系統程序編制長度較小的非圓柱面，可以采用數控銑床加工，也可以采用線切割加工（單件生產）。但當非圓柱面達到一定長度后，用上面的兩種方
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關鍵詞： 小型龍門刨床數控改造CNC系統程序編制
長度較小的非圓柱面，可以采用數控銑床加工，也可以采用線切割加工（單件生產）。但當非圓柱面達到一定長度后，用上面的兩種方法就無能為力或加工成本太高了。如系列羅茨真空泵和羅茨鼓風機的轉子（圖1所示，其截面輪廓線由多段漸開線、外擺線和圓弧組成，長度在300mm以上）、大型水環泵葉輪模型的葉片（截面輪廓線由多段直線和圓弧組成，長度在500mm以上）。為了適應截面輪廓線是復雜曲線的柱面工件的加工，筆者自行研制出了基于IPC的刨床CNC系統，并對某真空泵生產廠家的小型龍門刨床進行了數控改造。
1 小型龍門刨床的機械改造
小型龍門刨床數控改造的方法是將手動調節刀架變成由步進電動機驅動的數控刀架，Z步進電動機控制刀架在垂直方向的移動，X步進電動機控制刀架在水平方向的移動。在滑臺底座靠近滑塊的部位安裝三個接近開關，在滑塊上固定一個與三個接近開關平行又在運動過程中與三個開關都能接近的滑塊位置標志塊（鐵塊），兩者共同用于滑塊運動方向和位置的檢測。另外，在滑臺上安裝一個簡易的對刀裝置。經過負載（摩擦力、轉動慣量等）計算，驅動刀架上下移動（Z坐標軸）和左右移動（X坐標軸）的步進電動機分別選用 110BF003型和 130BF003型。這兩個坐標移動的脈沖當量均為0.01mm。
2 刨床CNC系統硬件結構
該數控系統采用PC總線、主頻為100MHZ的486CPU工業控制機作主機，具有標準16位數據總線和擴展功能靈活的插板式結構，可根據系統要求，進行結構最優化配置。刨床CNC系統硬件結構 該數控系統利用IO／TIMER(并行輸入輸出／定時器）接口板上的8255A來控制兩個步進電動機的運動，接收滑臺回程和位置傳感器信號、刀架限位開關信號、功能選擇開關信號，接口板上的8253定時器用于步進電動機中斷運行服務程序，時鐘頻率為2MHz。
3 刨床CNC系統軟件
刨床CNC系統軟件以Windows操作系統為平臺，采用模塊化、結構化的C語言編程，系統軟件的界面采用了中文菜單結構，人機界面友好，操作方便。具體結構如圖4所示。該系統軟件主要由三個模塊組成：程序編制、刀具位置調整和運行控制，在每一個模塊中 又分多個子模塊。
3．1 程序編制模塊
一個正確的加工程序編制必須經過以下階段：程序編制、語法檢查、模擬仿真和刀具的干涉、過切檢查。在該 CNC軟件系統中，加工程序編制可采用多種方式：圖形自動編程，手工編程，列表曲線編程。列表曲線文件的數據和加工程序可以通過軟驅輸人或利用全屏幕編輯器通過鍵盤輸人，也可以通過串行通訊接口輸人。
圖形編程包括以下步驟：
（1）輪廓曲線的編輯輸人首先通過交互式圖形操作界面，按照曲線的走向輸入各段直線、圓弧、
曲線輸入后可以進行修改、放大、縮小和對稱等編輯處理。
（2）求偏置曲線對上面編輯好的曲線，按要求的刀尖半徑，生成等距曲線，即偏置曲線。
（3）自動編程將偏置曲線按照給定的精度要求用直線進行擬合，并轉化成G代碼加工程序。
（4）模擬仿真運行以模擬運行方式運行加工程序，并動態地顯示刀尖運動軌跡。如果加工程序正確，模擬顯示的軌跡會與前面的偏置曲線相重合。
列表曲線的編程也是在圖形編程界面下進行。首先讀人列表曲線數據文件，按照數據文件中點的順序，相鄰點以直線相連，并顯示出來。然后在此基礎上進行樣條擬合、光順和偏置處理，再按精度要求離散成小段直線，并自動生成加工程序。
交互式圖形編程和模擬仿真運行，使得復雜曲線和列表曲線加工程序的編制不僅效率高，而且方便、直觀、可靠。
CNC系統管理程序
程序編制 刀具位置調整 運行控制 圖形編程
手工編程 列表曲線編程 模擬運行 手動運行
點動運行 自動對刀 快速空運行 自動運行
點動運行 手動運行
3．2 運行控制
該CNC系統的運行主要包括以下方式：自動運行、快速空運行、手動運行和點動運行。
自動運行是CNC系統運行控制的核心部分，它按加工程序運行。如果正在執行的加工語句的最后一條指令是M32，則刀具根據滑臺的往復運動信號作間歇進給運動；如果是M33，則作連續移動，滑臺的往復運動信號對它不起作用，即作快速空運行。加工中如果 滑臺停止往復運動，則刀具的進給運動也停止。這一功能可以使工人沿用刨床的操作習慣，通過控制滑臺往復運動的啟?？刂频都苓M給運動的啟停。
自動運行程序由前臺和后臺兩部分組成，后臺程序完成并行口 8255A和定時器8253的初始化、指令譯碼、控制中斷服務程序的執行頻率（速度調節）、暫停、單段和啟動控制、加工軌跡動態跟蹤顯示和坐標翻轉顯示；前臺程序是中斷服務程序，它主要完成插補運 算、步進電動機運轉控制、升降速控制、接受滑臺往返和位置傳感器的信號。刀具的間歇進給運動是在滑臺的返程過程中完成的?；_一次往返刀具的進給量，可以通過功能鍵進行設定或修改，最小值為二個脈沖當量。自動運行程序的另外一個功能是在按下"連續"功能鍵時，刀具的間歇進給可以變成連續進給；該功能鍵抬起時，刀具又可恢復間歇進給。在粗加工毛坯件時，由于加工余量的不均勻，有的地方可能會作空進給，采用此功能可以快速躍過此處，大大提高加工效率。
快速空運行也是按照加工程序控制刀具運動的，但它是作連續運行。通過它可以檢查刀具和工件毛坯的相對位置關系，從而確定初次加工的刀具高度位置?？焖倏者\行程序也是由前、后臺兩部分組成，其結構和自動運行程序的結構類似，只是中斷服務程序不受滑臺往返運動的控制。
在選擇開關處于自動運行狀態下，點動功能只能在滑臺的返程中起作用，刀具連續移動最大位移量可以設定。該功能為加工過程中的刀具位置調整帶來了方便。如在吃刀太深時，可在不停止加工的情況下提刀。
根據選擇，手動運行也可受滑臺往返運動的控制，作間歇運動。手動功能可以用于平面加工，而且不用編程。這種方式為平面加工帶來了方便。
4 結束語
筆者用自行研制的刨床CNC系統為某企業的小型龍門刨床進行了數控化改造，成功地實現了系列水環泵葉輪葉片模型的加工和系列羅茨真空泵轉子大批量生產，不僅加工效率高，而且加工質量穩定可靠。經過近幾年的不斷改進和完善，該CNC系統已具有實時加工控制、圖形自動編程、復雜曲線和列表曲線擬合、編程、刀具磨損補償、自動對刀、模擬仿真和加工軌跡跟蹤顯示等功能。該刨床CNC系統，不僅適用于小型龍門刨床的數控化改造，也適用于其它形式的刨床的數控化改造。