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(jī)。龍門刨床的工作臺帶著工件通過門式框架作直線往復(fù)運(yùn)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(jìn)給運(yùn)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(jī)。龍門刨床的工作臺帶著工件通過門式框架作直線往復(fù)運(yùn)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(jìn)給運(yùn)動 ；刨刀可在刀架上作垂直或斜向進(jìn)給運(yùn)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(kuò)大加工范圍工作臺回程時能機(jī)動抬刀，以免劃傷工件表面。機(jī)床工作臺的驅(qū)動可用發(fā)電機(jī)－電動機(jī)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(yùn)動，也可作慢速的進(jìn)給運(yùn)動，主要用于重型工件在一次安裝中進(jìn)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(jì)南第二機(jī)床廠問世。
　　技術(shù)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(hù)措施）提供市電提供三相交流電源（380V） 　　
　　（2）人身安全保護(hù)體系電壓型漏電保護(hù)器：對線路出現(xiàn)的漏電現(xiàn)象進(jìn)行保護(hù),使控制屏內(nèi)接觸器跳閘，切斷電源。電流型漏電保護(hù)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(jī)床的所有主令電器及動作指示燈，機(jī)床的所有操作都在這塊面板上進(jìn)行，指示燈可以指示機(jī)床的相應(yīng)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(jī) 　　
　　1）三相異步電動機(jī)拖動電機(jī)擴(kuò)大機(jī)的機(jī)組。 　　
　　2）三相異步電動機(jī)拖動二只直流發(fā)動機(jī)的機(jī)組。 　　
　　3）直流電動機(jī)及共負(fù)載的機(jī)組 　　
　　4）潤滑泵電機(jī)一只，電摑風(fēng)機(jī)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(jī)，松緊電動機(jī)各一個。 　　
　　5、故障開關(guān)箱設(shè)有32個開關(guān)，用于故障設(shè)置 　　
　　6、實(shí)驗(yàn)桌實(shí)驗(yàn)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(jiān)固，形狀似長方體結(jié)構(gòu)，造型美觀大方；設(shè)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(shí)驗(yàn)桌底還設(shè)有四個方向輪和四個固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，便于移動和固定，有利于實(shí)驗(yàn)室布局。
　　小型龍門刨床進(jìn)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(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。如系列羅茨真空泵和羅茨鼓風(fēng)機(jī)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(yīng)截面輪廓線是復(fù)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(jìn)行了數(shù)控改造。  
　　1 小型龍門刨床的機(jī)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(jìn)電動機(jī)驅(qū)動的數(shù)控刀架，Z步進(jìn)電動機(jī)控制刀架在垂直方向的移動，X步進(jìn)電動機(jī)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(guān)，在滑塊上固定一個與三個接近開關(guān)平行又在運(yùn)動過程中與三個開關(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(fù)載（摩擦力、轉(zhuǎn)動慣量等）計(jì)算，驅(qū)動刀架上下移動（Z坐標(biāo)軸）和左 右移動（X坐標(biāo)軸）的步進(jìn)電動機(jī)分別選用 110BF003型和 130BF003型。這兩個坐標(biāo)移動的脈沖當(dāng)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(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)，可根據(jù)系統(tǒng)要求， 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/定時器）接口板上的8255A來控制兩個步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)動，接收滑臺回程和位置傳感器信號、刀架限位開關(guān) 信號、功能選擇開關(guān)信號，接口板上的8253定時器用于步進(jìn)電動機(jī)中斷運(yùn)行服務(wù)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(jī)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(yùn)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(jìn)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(jìn)行擬合，并轉(zhuǎn)化成G代碼加工程序。
　　（4）模擬仿真運(yùn)行以模擬運(yùn)行方式運(yùn)行加工程序，并動態(tài)地顯示刀尖運(yùn)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(jìn)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(diǎn)的順序，相鄰點(diǎn)以直線相連，并顯示出來。然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)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(yùn)行，使得復(fù)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(yùn)行控制 　　
　　該CNC系統(tǒng)的運(yùn)行主要包括以下方式：自動運(yùn)行、快速空運(yùn)行、手動運(yùn)行和點(diǎn)動運(yùn)行。 　　
　　自動運(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。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(fù)運(yùn)動信號作間歇進(jìn) 給運(yùn)動；假如是M33，則作連續(xù)移動，滑臺的往復(fù)運(yùn)動信號對它不起作用，即作快速空運(yùn)行。加工中假如 滑臺停止往復(fù)運(yùn)動，則刀具的進(jìn)給運(yùn)動也停止。這一功能可以使工人沿用刨床的操作習(xí)慣，通過控制滑臺往復(fù)運(yùn)動的啟停控制刀架進(jìn)給運(yùn)動的啟停。 　　
　　自動運(yùn)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(wù)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(biāo)翻轉(zhuǎn)顯示； 前臺程序是中斷服務(wù)程序，它主要完成插補(bǔ)運(yùn) 算、步進(jìn)電動機(jī)運(yùn)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(jìn)給運(yùn)動是在滑臺的返程過程中完成的。滑臺一次往返刀具的進(jìn)給量，可以 通過功能鍵進(jìn)行設(shè)定或修改，最小值為二個脈沖當(dāng)量。自動運(yùn)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(jìn)給可以變成連續(xù)進(jìn)給；該功能鍵抬起 時，刀具又可恢復(fù)間歇進(jìn)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(jìn)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(yùn)行也是按照加工程序控制刀具運(yùn)動的，但它是作連續(xù)運(yùn)行。通過它可以檢查刀具和工件毛坯的相對位置關(guān)系，從而確定初次加工的刀具高度位置。快速空運(yùn)行程序也是由前、后臺兩部分組成，其結(jié)構(gòu)和自動運(yùn)行程序的結(jié)構(gòu)類似，只是中斷服務(wù)程序不受滑臺往返運(yùn)動的控制。 　　
　　在選擇開關(guān)處于自動運(yùn)行狀態(tài)下，點(diǎn)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(shè)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(yùn)行也可受滑臺往返運(yùn)動的控制，作間歇運(yùn)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(jìn)行了數(shù)控化改造，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，而且加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠。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)時加工控制、圖形自動編程、復(fù)雜曲線和列表曲線擬合、編 程、刀具磨損補(bǔ)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。