龍門刨床

　　龍門刨床（planing machine）主要用于刨削大型工件，也可在工作臺上裝夾多個零件同時加工，是工業(yè)的母機。龍門刨床的工作臺帶著工件通過門式框架作直線往復運動，空行程速度大于工作行程速度。橫梁上一般裝有兩個垂直刀架，刀架滑座可在垂直面內(nèi)回轉(zhuǎn)一個角度，并可沿橫梁作橫向進給運動 ；
　　簡介
　　龍門刨床具有門式框架和臥式長床身的刨床。龍門刨床主要用于刨削大型工件，也可在工作臺上裝夾多個零件同時加工，是工業(yè)的母機。龍門刨床的工作臺帶著工件通過門式框架作直線往復運動，空行程速度大于工作行程速度。橫梁上一般裝有兩個垂直刀架，刀架滑座可在垂直面內(nèi)回轉(zhuǎn)一個角度，并可沿橫梁作橫向進給運動 ；刨刀可在刀架上作垂直或斜向進給運動；橫梁可在兩立柱上作上下調(diào)整。一般在兩個立柱上還安裝可沿立柱上下移動的側(cè)刀架,以擴大加工范圍工作臺回程時能機動抬刀，以免劃傷工件表面。機床工作臺的驅(qū)動可用發(fā)電機－電動機組或用可控硅直流調(diào)速方式,調(diào)速范圍較大,在低速時也能獲得較大的驅(qū)動力。有的龍門刨床還附有銑頭和磨頭，變型為龍門刨銑床和龍門刨銑磨床，工作臺既可作快速的主運動，也可作慢速的進給運動，主要用于重型工件在一次安裝中進行刨削、銑削和磨削平面等加工。
　　國內(nèi)第一臺龍門刨床
　　中國第一臺龍門刨床于1953年4月在濟南第二機床廠問世。
　　技術性能
　　1、輸入電源：三相四線（～380V±10% 50Hz） 　　
　　2、工作環(huán)境：溫度-10℃～+40℃ 相對濕度<85%(25℃) 海拔<4000m 　　
　　3、裝置容量：<1KW 　　
　　4、外形尺寸：1410mm×725mm×1535mm
　　裝置的基本裝備
　　1、電源控制面板（鋁質(zhì)面板）　　
　　（1）交流電源（帶有漏電保護措施）提供市電提供三相交流電源（380V） 　　
　　（2）人身安全保護體系電壓型漏電保護器：對線路出現(xiàn)的漏電現(xiàn)象進行保護,使控制屏內(nèi)接觸器跳閘，切斷電源。電流型漏電保護裝置：控制屏若有漏電現(xiàn)象，漏電流超過一定值，即切斷電源。
　　2、主令控制及圖示板（鋁質(zhì)面板）面板上安裝有機床的所有主令電器及動作指示燈，機床的所有操作都在這塊面板上進行，指示燈可以指示機床的相應動作。 　　
　　3、元器件安裝板面板上裝有斷路器、熔斷器、接觸器、熱繼電器、變壓器等元器件，這些元器件直接安裝在面板表面，可以很直觀的觀看它們的動作情況。 　　
　　4、各種規(guī)格的電動機 　　
　　1）三相異步電動機拖動電機擴大機的機組。 　　
　　2）三相異步電動機拖動二只直流發(fā)動機的機組。 　　
　　3）直流電動機及共負載的機組 　　
　　4）潤滑泵電機一只，電摑風機一個，垂直刀架。右側(cè)刀架、左側(cè)刀架各一個，橫梁升降電動機，松緊電動機各一個。 　　
　　5、故障開關箱設有32個開關，用于故障設置 　　
　　6、實驗桌實驗桌為鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)，桌面為防火、防水、耐磨高密度板，結(jié)構(gòu)堅固，形狀似長方體結(jié)構(gòu)，造型美觀大方；設有兩個大抽屜，用于放置工具及資料等。桌面用于安裝電源控制屏并提供一個寬敞舒適的工作臺面。實驗桌底還設有四個方向輪和四個固定調(diào)節(jié)機構(gòu)，便于移動和固定，有利于實驗室布局。
　　小型龍門刨床進行數(shù)控改造
　　1.前言
　　[2]長度較小的非圓柱面，可以采用數(shù)控銑床加工，也可以采用線切割加工（單件生產(chǎn)）。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(zhuǎn)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(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）。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)，并對某真空泵生產(chǎn)廠家的小型龍門刨床進行了數(shù)控改造。  
　　1 小型龍門刨床的機械改造  
　　圖2所示是用小型龍門刨床改造而成的數(shù)控刨床的示意圖。 　　
　　小型龍門刨床數(shù)控改造的方法是將手動調(diào)節(jié)刀架變成由步進電動機驅(qū)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，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(jīng)過負載（摩擦力、轉(zhuǎn)動慣量等）計算，驅(qū)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(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
　　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，具有標準16位數(shù)據(jù)總線和擴展功能靈活的插板式結(jié)構(gòu)，可根據(jù)系統(tǒng)要求， 進行結(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(tǒng)軟件
　　刨床CNC系統(tǒng)軟件以Windows操作系統(tǒng)為平臺，采用模塊化、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)，人機界面友好，操作方便。 具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。該系統(tǒng)軟件主要由三個模塊組成：程序編制、刀具位置調(diào)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(jīng)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(tǒng)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(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，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(zhuǎn)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(tài)地顯示刀尖運動軌跡。假如加工程序正確，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(shù)據(jù)文件，按照數(shù)據(jù)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。 
圖 4 刨床CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 　　
　　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、快速空運行、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，它按加工程序運行。假如正在執(zhí)行的加工語句的最后一條指令是M32，則刀具根據(jù)滑臺的往復運動信號作間歇進 給運動；假如是M33，則作連續(xù)移動，滑臺的往復運動信號對它不起作用，即作快速空運行。加工中假如 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停控制刀架進給運動的啟停。 　　
　　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(zhí)行頻率（速度調(diào)節(jié)）、暫停、單段和啟動控制、加工軌跡動態(tài)跟蹤顯示和坐標翻轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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。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，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(xù)"功能鍵時，刀具的間歇進給可以變成連續(xù)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(xù)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。快速空運行程序也是由前、后臺兩部分組成，其結(jié)構(gòu)和自動運行程序的結(jié)構(gòu)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(tài)下，點動功能只能在滑臺的返程中起作用，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(diào)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(jù)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(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(zhuǎn)子大批量生 產(chǎn)，不僅加工效率高，而且加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠。經(jīng)過近幾年的不斷改進和完善，該CNC系統(tǒng)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(tǒng)，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。