小型龍門刨床的數(shù)控化改造
介紹了刨床的數(shù)控化改造及其CNC系統(tǒng)冬魏。控制系統(tǒng)在硬件上采用開放式的PC總線結構研矗，軟件上采用模塊化木冈、結構化設計半摔，操作界面上采用圖形漢字菜單，具有圖形編程演易、列表曲線編程脏偏、模擬運行、自動對刀坝偶、刀具磨損補償掺胖、實時加工控制與動態(tài)跟蹤顯示等功能。
關鍵詞： 小型龍門刨床數(shù)控改造CNC系統(tǒng)程序編制
長度較小的非圓柱面醉檐，可以采用數(shù)控銑床加工盾叭，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勿镇，用上面的兩種方法就無能為力或加工成本太高了肄高。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蚂兴、外擺線和圓弧組成柒浙，長度在300mm以上）、大型水環(huán)泵葉輪模型的葉片（截面輪廓線由多段直線和圓弧組成章姓，長度在500mm以上）佳遣。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(tǒng)凡伊，并對某真空泵生產廠家的小型龍門刨床進行了數(shù)控改造零渐。
1 小型龍門刨床的機械改造
小型龍門刨床數(shù)控改造的方法是將手動調節(jié)刀架變成由步進電動機驅動的數(shù)控刀架，Z步進電動機控制刀架在垂直方向的移動系忙，X步進電動機控制刀架在水平方向的移動诵盼。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）笨觅，兩者共同用于滑塊運動方向和位置的檢測拦耐。另外，在滑臺上安裝一個簡易的對刀裝置见剩。經過負載（摩擦力杀糯、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型苍苞。這兩個坐標移動的脈沖當量均為0.01mm固翰。
2 刨床CNC系統(tǒng)硬件結構
該數(shù)控系統(tǒng)采用PC總線、主頻為100MHZ的486CPU工業(yè)控制機作主機耕粪，具有標準16位數(shù)據總線和擴展功能靈活的插板式結構治盆，可根據系統(tǒng)要求，進行結構最優(yōu)化配置。刨床CNC系統(tǒng)硬件結構 該數(shù)控系統(tǒng)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矫摸，接收滑臺回程和位置傳感器信號耗砖、刀架限位開關信號、功能選擇開關信號烧锋，接口板上的8253定時器用于步進電動機中斷運行服務程序廉旅，時鐘頻率為2MHz。
3 刨床CNC系統(tǒng)軟件
刨床CNC系統(tǒng)軟件以Windows操作系統(tǒng)為平臺密梯，采用模塊化桌苔、結構化的C語言編程，系統(tǒng)軟件的界面采用了中文菜單結構安影，人機界面友好腻喇，操作方便。具體結構如圖4所示膏蚓。該系統(tǒng)軟件主要由三個模塊組成：程序編制瓢谢、刀具位置調整和運行控制，在每一個模塊中 又分多個子模塊降允。
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：程序編制恩闻、語法檢查艺糜、模擬仿真和刀具的干涉剧董、過切檢查。在該 CNC軟件系統(tǒng)中破停，加工程序編制可采用多種方式：圖形自動編程翅楼，手工編程，列表曲線編程真慢。列表曲線文件的數(shù)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毅臊，也可以通過串行通訊接口輸人。
圖形編程包括以下步驟：
『诮纭（1）輪廓曲線的編輯輸人首先通過交互式圖形操作界面管嬉，按照曲線的走向輸入各段直線、圓弧朗鸠、
曲線輸入后可以進行修改蚯撩、放大、縮小和對稱等編輯處理抵刺。
∷俏颉（2）求偏置曲線對上面編輯好的曲線，按要求的刀尖半徑衫喜，生成等距曲線根朱，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敏盒，并轉化成G代碼加工程序汤顷。
（4）模擬仿真運行以模擬運行方式運行加工程序翁凳，并動態(tài)地顯示刀尖運動軌跡戈裳。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启毁。
列表曲線的編程也是在圖形編程界面下進行橘蹭。首先讀人列表曲線數(shù)據文件，按照數(shù)據文件中點的順序页衙，相鄰點以直線相連摊滔，并顯示出來。然后在此基礎上進行樣條擬合店乐、光順和偏置處理艰躺，再按精度要求離散成小段直線，并自動生成加工程序眨八。
交互式圖形編程和模擬仿真運行腺兴，使得復雜曲線和列表曲線加工程序的編制不僅效率高，而且方便廉侧、直觀页响、可靠。
CNC系統(tǒng)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(tǒng)的運行主要包括以下方式：自動運行段誊、快速空運行闰蚕、手動運行和點動運行。
自動運行是CNC系統(tǒng)運行控制的核心部分连舍，它按加工程序運行没陡。如果正在執(zhí)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审亿；如果是M33焊循，則作連續(xù)移動，滑臺的往復運動信號對它不起作用最咖，即作快速空運行沈跷。加工中如果 滑臺停止往復運動，則刀具的進給運動也停止徙祥。這一功能可以使工人沿用刨床的操作習慣藻拟，通過控制滑臺往復運動的啟停控制刀架進給運動的啟停廉贤。
自動運行程序由前臺和后臺兩部分組成卑聚，后臺程序完成并行口 8255A和定時器8253的初始化遥妒、指令譯碼、控制中斷服務程序的執(zhí)行頻率（速度調節(jié)）纽秽、暫停珍询、單段和啟動控制、加工軌跡動態(tài)跟蹤顯示和坐標翻轉顯示掰腌；前臺程序是中斷服務程序策橘，它主要完成插補運 算、步進電動機運轉控制娜亿、升降速控制丽已、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买决∨嬗ぃ滑臺一次往返刀具的進給量，可以通過功能鍵進行設定或修改督赤，最小值為二個脈沖當量嘁灯。自動運行程序的另外一個功能是在按下"連續(xù)"功能鍵時，刀具的間歇進給可以變成連續(xù)進給躲舌；該功能鍵抬起時丑婿，刀具又可恢復間歇進給。在粗加工毛坯件時没卸，由于加工余量的不均勻羹奉，有的地方可能會作空進給，采用此功能可以快速躍過此處办悟，大大提高加工效率尘奏。
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(xù)運行鸦呆。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眨捶∨舷悖快速空運行程序也是由前、后臺兩部分組成履字，其結構和自動運行程序的結構類似猪褐，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(tài)下攀瘟，點動功能只能在滑臺的返程中起作用和蛀，刀具連續(xù)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诉玲。如在吃刀太深時搂棱，可在不停止加工的情況下提刀叔梆。
根據選擇，手動運行也可受滑臺往返運動的控制偏控，作間歇運動筑凫。手動功能可以用于平面加工，而且不用編程并村。這種方式為平面加工帶來了方便巍实。
4 結束語
筆者用自行研制的刨床CNC系統(tǒng)為某企業(yè)的小型龍門刨床進行了數(shù)控化改造，成功地實現(xiàn)了系列水環(huán)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哩牍，不僅加工效率高棚潦，而且加工質量穩(wěn)定可靠。經過近幾年的不斷改進和完善膝昆，該CNC系統(tǒng)已具有實時加工控制瓦盛、圖形自動編程、復雜曲線和列表曲線擬合外潜、編程原环、刀具磨損補償、自動對刀处窥、模擬仿真和加工軌跡跟蹤顯示等功能嘱吗。該刨床CNC系統(tǒng)，不僅適用于小型龍門刨床的數(shù)控化改造滔驾，也適用于其它形式的刨床的數(shù)控化改造谒麦。
關鍵詞： 小型龍門刨床數(shù)控改造CNC系統(tǒng)程序編制
長度較小的非圓柱面醉檐，可以采用數(shù)控銑床加工盾叭，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勿镇，用上面的兩種方法就無能為力或加工成本太高了肄高。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蚂兴、外擺線和圓弧組成柒浙，長度在300mm以上）、大型水環(huán)泵葉輪模型的葉片（截面輪廓線由多段直線和圓弧組成章姓，長度在500mm以上）佳遣。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(tǒng)凡伊，并對某真空泵生產廠家的小型龍門刨床進行了數(shù)控改造零渐。
1 小型龍門刨床的機械改造
小型龍門刨床數(shù)控改造的方法是將手動調節(jié)刀架變成由步進電動機驅動的數(shù)控刀架，Z步進電動機控制刀架在垂直方向的移動系忙，X步進電動機控制刀架在水平方向的移動诵盼。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）笨觅，兩者共同用于滑塊運動方向和位置的檢測拦耐。另外，在滑臺上安裝一個簡易的對刀裝置见剩。經過負載（摩擦力杀糯、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型苍苞。這兩個坐標移動的脈沖當量均為0.01mm固翰。
2 刨床CNC系統(tǒng)硬件結構
該數(shù)控系統(tǒng)采用PC總線、主頻為100MHZ的486CPU工業(yè)控制機作主機耕粪，具有標準16位數(shù)據總線和擴展功能靈活的插板式結構治盆，可根據系統(tǒng)要求，進行結構最優(yōu)化配置。刨床CNC系統(tǒng)硬件結構 該數(shù)控系統(tǒng)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矫摸，接收滑臺回程和位置傳感器信號耗砖、刀架限位開關信號、功能選擇開關信號烧锋，接口板上的8253定時器用于步進電動機中斷運行服務程序廉旅，時鐘頻率為2MHz。
3 刨床CNC系統(tǒng)軟件
刨床CNC系統(tǒng)軟件以Windows操作系統(tǒng)為平臺密梯，采用模塊化桌苔、結構化的C語言編程，系統(tǒng)軟件的界面采用了中文菜單結構安影，人機界面友好腻喇，操作方便。具體結構如圖4所示膏蚓。該系統(tǒng)軟件主要由三個模塊組成：程序編制瓢谢、刀具位置調整和運行控制，在每一個模塊中 又分多個子模塊降允。
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：程序編制恩闻、語法檢查艺糜、模擬仿真和刀具的干涉剧董、過切檢查。在該 CNC軟件系統(tǒng)中破停，加工程序編制可采用多種方式：圖形自動編程翅楼，手工編程，列表曲線編程真慢。列表曲線文件的數(shù)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毅臊，也可以通過串行通訊接口輸人。
圖形編程包括以下步驟：
『诮纭（1）輪廓曲線的編輯輸人首先通過交互式圖形操作界面管嬉，按照曲線的走向輸入各段直線、圓弧朗鸠、
曲線輸入后可以進行修改蚯撩、放大、縮小和對稱等編輯處理抵刺。
∷俏颉（2）求偏置曲線對上面編輯好的曲線，按要求的刀尖半徑衫喜，生成等距曲線根朱，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敏盒，并轉化成G代碼加工程序汤顷。
（4）模擬仿真運行以模擬運行方式運行加工程序翁凳，并動態(tài)地顯示刀尖運動軌跡戈裳。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启毁。
列表曲線的編程也是在圖形編程界面下進行橘蹭。首先讀人列表曲線數(shù)據文件，按照數(shù)據文件中點的順序页衙，相鄰點以直線相連摊滔，并顯示出來。然后在此基礎上進行樣條擬合店乐、光順和偏置處理艰躺，再按精度要求離散成小段直線，并自動生成加工程序眨八。
交互式圖形編程和模擬仿真運行腺兴，使得復雜曲線和列表曲線加工程序的編制不僅效率高，而且方便廉侧、直觀页响、可靠。
CNC系統(tǒng)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(tǒng)的運行主要包括以下方式：自動運行段誊、快速空運行闰蚕、手動運行和點動運行。
自動運行是CNC系統(tǒng)運行控制的核心部分连舍，它按加工程序運行没陡。如果正在執(zhí)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审亿；如果是M33焊循，則作連續(xù)移動，滑臺的往復運動信號對它不起作用最咖，即作快速空運行沈跷。加工中如果 滑臺停止往復運動，則刀具的進給運動也停止徙祥。這一功能可以使工人沿用刨床的操作習慣藻拟，通過控制滑臺往復運動的啟停控制刀架進給運動的啟停廉贤。
自動運行程序由前臺和后臺兩部分組成卑聚，后臺程序完成并行口 8255A和定時器8253的初始化遥妒、指令譯碼、控制中斷服務程序的執(zhí)行頻率（速度調節(jié)）纽秽、暫停珍询、單段和啟動控制、加工軌跡動態(tài)跟蹤顯示和坐標翻轉顯示掰腌；前臺程序是中斷服務程序策橘，它主要完成插補運 算、步進電動機運轉控制娜亿、升降速控制丽已、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买决∨嬗ぃ滑臺一次往返刀具的進給量，可以通過功能鍵進行設定或修改督赤，最小值為二個脈沖當量嘁灯。自動運行程序的另外一個功能是在按下"連續(xù)"功能鍵時，刀具的間歇進給可以變成連續(xù)進給躲舌；該功能鍵抬起時丑婿，刀具又可恢復間歇進給。在粗加工毛坯件時没卸，由于加工余量的不均勻羹奉，有的地方可能會作空進給，采用此功能可以快速躍過此處办悟，大大提高加工效率尘奏。
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(xù)運行鸦呆。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眨捶∨舷悖快速空運行程序也是由前、后臺兩部分組成履字，其結構和自動運行程序的結構類似猪褐，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(tài)下攀瘟，點動功能只能在滑臺的返程中起作用和蛀，刀具連續(xù)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诉玲。如在吃刀太深時搂棱，可在不停止加工的情況下提刀叔梆。
根據選擇，手動運行也可受滑臺往返運動的控制偏控，作間歇運動筑凫。手動功能可以用于平面加工，而且不用編程并村。這種方式為平面加工帶來了方便巍实。
4 結束語
筆者用自行研制的刨床CNC系統(tǒng)為某企業(yè)的小型龍門刨床進行了數(shù)控化改造，成功地實現(xiàn)了系列水環(huán)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哩牍，不僅加工效率高棚潦，而且加工質量穩(wěn)定可靠。經過近幾年的不斷改進和完善膝昆，該CNC系統(tǒng)已具有實時加工控制瓦盛、圖形自動編程、復雜曲線和列表曲線擬合外潜、編程原环、刀具磨損補償、自動對刀处窥、模擬仿真和加工軌跡跟蹤顯示等功能嘱吗。該刨床CNC系統(tǒng)，不僅適用于小型龍門刨床的數(shù)控化改造滔驾，也適用于其它形式的刨床的數(shù)控化改造谒麦。
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