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小型龍門刨床進(jìn)行數(shù)控改造

  前言 
  長度較小的非圓柱面救眯,可以采用數(shù)控銑床加工斧蜕,也可以采用線切割加工(單件生產(chǎn))号显。但當(dāng)非圓柱面達(dá)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鹦倚。如系列羅茨真空泵和羅茨鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子(圖1所示董虱,其截面輪廓線由多段漸開線、外擺線和圓弧組成申鱼,長度在300mm以上)愤诱、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,長度在500mm以上)捐友。為了適應(yīng)截面輪廓線是復(fù)雜曲線的柱面工件的加工晋粱,筆者自行研制出了基于IPC的刨床CNC系統(tǒng),并對(duì)某真空泵生產(chǎn)廠家的小型龍門刨床進(jìn)行了數(shù)控改造埋吊。

  1 小型龍門刨床的機(jī)械改造 

     小型龍門刨床數(shù)控改造的方法是將手動(dòng)調(diào)節(jié)刀架變成由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控刀架馁惨,Z步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制刀架在垂直方向的移動(dòng),X步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制刀架在水平方向的移動(dòng)愈苛。在滑臺(tái)底座靠近滑塊的部位安裝三個(gè)接近開關(guān)业弊,在滑塊上固定一個(gè)與三個(gè)接近開關(guān)平行又在運(yùn)動(dòng)過程中與三個(gè)開關(guān)都能接近的滑塊位置標(biāo)志塊(鐵塊),兩者共同用于滑塊運(yùn)動(dòng)方向和位置的檢測(cè)伶门。另外于哩,在滑臺(tái)上安裝一個(gè)簡(jiǎn)易的對(duì)刀裝置。經(jīng)過負(fù)載(摩擦力棵擂、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等)計(jì)算见炫,驅(qū)動(dòng)刀架上下移動(dòng)(Z坐標(biāo)軸)和左右移動(dòng)(X坐標(biāo)軸)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分別選用 110BF003型和 130BF003型。這兩個(gè)坐標(biāo)移動(dòng)的脈沖當(dāng)量均為0.01mm拙达。

     2 刨床CNC系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

    該數(shù)控系統(tǒng)采用PC總線得稼、主頻為100MHZ的486CPU工業(yè)控制機(jī)作主機(jī),具有標(biāo)準(zhǔn)16位數(shù)據(jù)總線和擴(kuò)展功能靈活的插板式結(jié)構(gòu)俭驮,可根據(jù)系統(tǒng)要求回溺,進(jìn)行結(jié)構(gòu)最優(yōu)化配置(圖3)。 圖 3刨床CNC系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 該數(shù)控系統(tǒng)利用IO/TIMER(并行輸入輸出/定時(shí)器)接口板上的8255A來控制兩個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)混萝,接收滑臺(tái)回程和位置傳感器信號(hào)遗遵、刀架限位開關(guān)信號(hào)、功能選擇開關(guān)信號(hào),接口板上的8253定時(shí)器用于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)中斷運(yùn)行服務(wù)程序瓮恭,時(shí)鐘頻率為2MHz雄坪。

     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(tái)厘熟,采用模塊化屯蹦、結(jié)構(gòu)化的C語言編程,系統(tǒng)軟件的界面采用了中文菜單結(jié)構(gòu)绳姨,人機(jī)界面友好登澜,操作方便。具體結(jié)構(gòu)如圖4所示飘庄。該系統(tǒng)軟件主要由三個(gè)模塊組成:程序編制脑蠕、刀具位置調(diào)整和運(yùn)行控制,在每一個(gè)模塊中 又分多個(gè)子模塊措暗。

     3.1 程序編制模塊
   
     一個(gè)正確的加工程序編制必須經(jīng)過以下階段:程序編制稻沮、語法檢查、模擬仿真和刀具的干涉递蚪、過切檢查谅沛。在該 CNC軟件系統(tǒng)中,加工程序編制可采用多種方式:圖形自動(dòng)編程朗玩,手工編程喳睬,列表曲線編程。列表曲線文件的數(shù)據(jù)和加工程序可以通過軟驅(qū)輸人或利用全屏幕編輯器通過鍵盤輸人即荞,也可以通過串行通訊接口輸人泥出。

     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尾疟,按照曲線的走向輸入各段直線辟焚、圓弧、曲線輸入后可以進(jìn)行修改垫弱、放大霸督、縮小和對(duì)稱等編輯處理。
    ⌒聘怼(2)求偏置曲線對(duì)上面編輯好的曲線莲趣,按要求的刀尖半徑,生成等距曲線饱溢,即偏置曲線喧伞。
     (3)自動(dòng)編程將偏置曲線按照給定的精度要求用直線進(jìn)行擬合绩郎,并轉(zhuǎn)化成G代碼加工程序潘鲫。
     (4)模擬仿真運(yùn)行以模擬運(yùn)行方式運(yùn)行加工程序,并動(dòng)態(tài)地顯示刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡溉仑。如果加工程序正確挖函,模擬顯示的軌跡會(huì)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(jìn)行浊竟。首先讀人列表曲線數(shù)據(jù)文件怨喘,按照數(shù)據(jù)文件中點(diǎn)的順序,相鄰點(diǎn)以直線相連振定,并顯示出來必怜。然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行樣條擬合、光順和偏置處理城汹,再按精度要求離散成小段直線偷菩,并自動(dòng)生成加工程序。
     交互式圖形編程和模擬仿真運(yùn)行拄下,使得復(fù)雜曲線和列表曲線加工程序的編制不僅效率高咳蚣,而且方便、直觀鸳咐、可靠嘁拖。 
     該CNC系統(tǒng)的運(yùn)行主要包括以下方式:自動(dòng)運(yùn)行、快速空運(yùn)行滥捣、手動(dòng)運(yùn)行和點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行虏淋。
   
     自動(dòng)運(yùn)行是CNC系統(tǒng)運(yùn)行控制的核心部分,它按加工程序運(yùn)行沦昆。如果正在執(zhí)行的加工語句的最后一條指令是M32尸查,則刀具根據(jù)滑臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)信號(hào)作間歇進(jìn)給運(yùn)動(dòng);如果是M33愿凶,則作連續(xù)移動(dòng)竖伯,滑臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)信號(hào)對(duì)它不起作用,即作快速空運(yùn)行因宇。加工中如果 滑臺(tái)停止往復(fù)運(yùn)動(dòng)七婴,則刀具的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)也停止。這一功能可以使工人沿用刨床的操作習(xí)慣察滑,通過控制滑臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的啟痛蚶澹控制刀架進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的啟停。
   
     自動(dòng)運(yùn)行程序由前臺(tái)和后臺(tái)兩部分組成贺辰,后臺(tái)程序完成并行口 8255A和定時(shí)器8253的初始化户盯、指令譯碼、控制中斷服務(wù)程序的執(zhí)行頻率(速度調(diào)節(jié))饲化、暫停莽鸭、單段和啟動(dòng)控制、加工軌跡動(dòng)態(tài)跟蹤顯示和坐標(biāo)翻轉(zhuǎn)顯示;前臺(tái)程序是中斷服務(wù)程序硫眨,它主要完成插補(bǔ)運(yùn) 算足淆、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)控制、升降速控制织岁、接受滑臺(tái)往返和位置傳感器的信號(hào)赃织。刀具的間歇進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是在滑臺(tái)的返程過程中完成的≌衾梗滑臺(tái)一次往返刀具的進(jìn)給量辙资,可以通過功能鍵進(jìn)行設(shè)定或修改瞳竖,最小值為二個(gè)脈沖當(dāng)量蜘把。自動(dòng)運(yùn)行程序的另外一個(gè)功能是在按下"連續(xù)"功能鍵時(shí),刀具的間歇進(jìn)給可以變成連續(xù)進(jìn)給乡捧;該功能鍵抬起時(shí)衅滞,刀具又可恢復(fù)間歇進(jìn)給。在粗加工毛坯件時(shí)牵观,由于加工余量的不均勻抓惫,有的地方可能會(huì)作空進(jìn)給,采用此功能可以快速躍過此處塌自,大大提高加工效率径楼。
   
     快速空運(yùn)行也是按照加工程序控制刀具運(yùn)動(dòng)的,但它是作連續(xù)運(yùn)行悟旧。通過它可以檢查刀具和工件毛坯的相對(duì)位置關(guān)系嚼锄,從而確定初次加工的刀具高度位置”尾颍快速空運(yùn)行程序也是由前区丑、后臺(tái)兩部分組成,其結(jié)構(gòu)和自動(dòng)運(yùn)行程序的結(jié)構(gòu)類似修陡,只是中斷服務(wù)程序不受滑臺(tái)往返運(yùn)動(dòng)的控制沧侥。
   
     在選擇開關(guān)處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下,點(diǎn)動(dòng)功能只能在滑臺(tái)的返程中起作用魄鸦,刀具連續(xù)移動(dòng)最大位移量可以設(shè)定宴杀。該功能為加工過程中的刀具位置調(diào)整帶來了方便。如在吃刀太深時(shí)拾因,可在不停止加工的情況下提刀旺罢。
   
     根據(jù)選擇,手動(dòng)運(yùn)行也可受滑臺(tái)往返運(yùn)動(dòng)的控制盾致,作間歇運(yùn)動(dòng)主经。手動(dòng)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仇钞。

     4 結(jié)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(jìn)行了數(shù)控化改造嗡窑,成功地實(shí)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(zhuǎn)子大批量生產(chǎn),不僅加工效率高毯甘,而且加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠夭蹦。經(jīng)過近幾年的不斷改進(jìn)和完善,該CNC系統(tǒng)已具有實(shí)時(shí)加工控制沙书、圖形自動(dòng)編程耳恭、復(fù)雜曲線和列表曲線擬合、編程优学、刀具磨損補(bǔ)償叹惕、自動(dòng)對(duì)刀、模擬仿真和加工軌跡跟蹤顯示等功能陡敞。該刨床CNC系統(tǒng)随巴,不僅適用于小型龍門刨床的數(shù)控化改造,也適用于其它形式的刨床的數(shù)控化改造掖沸。

 


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