青島龍門刨床具有門式框架和臥式長(zhǎng)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(tái)上裝夾多個(gè)零件同時(shí)加工，是工業(yè)的母機(jī)。龍門刨床的工作臺(tái)帶著工件通過(guò)門式框架作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，空行程速度大于工作行程速度。橫梁上一般裝有兩個(gè)垂直刀架，刀架滑座可在垂直面內(nèi)回轉(zhuǎn)一個(gè)角度，并可沿橫梁作橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；刨刀可在刀架上作垂直或斜向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；橫梁可在兩立柱上作上下調(diào)整。一般在兩個(gè)立柱上還安裝可沿立柱上下移動(dòng)的側(cè)刀架,以擴(kuò)大加工范圍工作臺(tái)回程時(shí)能機(jī)動(dòng)抬刀，以免劃傷工件表面。機(jī)床工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)可用發(fā)電機(jī)－電動(dòng)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(shí)也能獲得較大的驅(qū)動(dòng)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(tái)既可作快速的主運(yùn)動(dòng)，也可作慢速的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，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。

1、輸入電源：三相四線（～380v±10% 50hz）

2、工作環(huán)境：溫度-10℃～+40℃ 相對(duì)濕度<85%（25℃） 海拔<4000m

3、裝置容量：<1kw

4、外形尺寸：1410mm×725mm×1535mm

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(duì)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(guò)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(dòng)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(dòng)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(dòng)作情況。

4、各種規(guī)格的電動(dòng)機(jī)

1）三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電機(jī)擴(kuò)大機(jī)的機(jī)組。

2）三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)二只直流發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)組。

3）直流電動(dòng)機(jī)及共負(fù)載的機(jī)組

4）潤(rùn)滑泵電機(jī)一只，電摑風(fēng)機(jī)一個(gè)，垂直刀架。右側(cè)刀架、左側(cè)刀架各一個(gè)，橫梁升降電動(dòng)機(jī)，松緊電動(dòng)機(jī)各一個(gè)。

5、故障開(kāi)關(guān)箱設(shè)有32個(gè)開(kāi)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(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，造型美觀大方；設(shè)有兩個(gè)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(gè)寬敞舒適的工作臺(tái)面。實(shí)驗(yàn)桌底還設(shè)有四個(gè)方向輪和四個(gè)固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，便于移動(dòng)和固定，有利于實(shí)驗(yàn)室布局。

機(jī)床型號(hào)為bx2012，產(chǎn)地為濟(jì)南第二機(jī)床廠，要求改造后機(jī)床的調(diào)速范圍為5m/min一60m/min，系統(tǒng)運(yùn)行的平滑性要好，能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，且有很好的起制動(dòng)性能。起制動(dòng)時(shí)既能快速啟動(dòng)和制動(dòng)，又保證機(jī)械沖擊不過(guò)大，不對(duì)機(jī)械部件造成損害。能快速實(shí)現(xiàn)提速、降速和平穩(wěn)的調(diào)節(jié)速度，換向時(shí)要減小對(duì)齒輪的沖擊。能實(shí)現(xiàn)慢速切入，穩(wěn)速加工，快速換向，點(diǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)等各種加工工藝要求。

a. 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)由vvvf（變電壓變頻率）變頻器、交流電動(dòng)機(jī)（y280s一8，pe =37kw ，i。=78-2a，n。=740r/min）、測(cè)速器組成閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。采用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是為了對(duì)負(fù)載的波動(dòng)和電網(wǎng)的波動(dòng)有較強(qiáng)的抗*力，以保證刨床的穩(wěn)定運(yùn)行。刨床的電機(jī)均由plc 給出的指令進(jìn)行控制。設(shè)計(jì)時(shí)，主傳動(dòng)用一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)代替原k—f—d系統(tǒng)機(jī)型，進(jìn)給機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)則用變頻調(diào)速器取代原電磁離合器，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)的各種不同速度的控制和往返換向。核心部件用plc進(jìn)行控制，它根據(jù)操作站指令和現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，按預(yù)先編制好的程序?qū)ψ冾l器、刀架、橫梁、磨頭的跟蹤狀況進(jìn)行自動(dòng)或人工控制。變頻器選用日本富士frn45 ggs一4je電壓型通用變頻器。原系統(tǒng)采用機(jī)械式行程開(kāi)關(guān)， 由于工作臺(tái)時(shí)頻繁的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，擋塊頻繁地撞擊行程開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致行程開(kāi)關(guān)容易發(fā)生故障，在不可靠的時(shí)候更可能產(chǎn)生事故，影響生產(chǎn)。改造中我們用光控?zé)o觸點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)代替機(jī)械式行程開(kāi)關(guān)，經(jīng)使用效果很好。

b.工作原理

龍門刨的刨削過(guò)程是工件（放在刨臺(tái)上）與刨刀之間做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。也就是刨臺(tái)頻繁的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。刨臺(tái)的運(yùn)動(dòng)分為人工點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)往復(fù)循環(huán)運(yùn)行。圖1是刨臺(tái)的往復(fù)周期運(yùn)行圖。

龍門刨床的刨削過(guò)程是工件（放在刨臺(tái)上）與刨刀之間做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。也就是刨臺(tái)頻繁的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。刨臺(tái)的運(yùn)動(dòng)分為人工點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)往復(fù)循環(huán)運(yùn)行。圖1是刨臺(tái)的往復(fù)周期運(yùn)行圖。

圖1 刨臺(tái)的往復(fù)周期

plc程序設(shè)計(jì)

龍門刨床自動(dòng)進(jìn)刀、換向、刀架的自動(dòng)進(jìn)給、手動(dòng)進(jìn)退、點(diǎn)動(dòng)、橫梁升降等功能都由plc軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

工作臺(tái)往復(fù)工作程序梯形圖如圖所示。圖中m1．0、m1．1— —m1_7是plc 內(nèi)輔助繼電器

圖中：t 循環(huán)開(kāi)始與緊急停機(jī)段

t1— — 刨刀開(kāi)始切人工件段 t2— — 正常切削段

t3— — 退出工件段 t4— — 高速返回段

t5— — 低速返回段 t 點(diǎn)動(dòng)控制

圖4 工作臺(tái)往復(fù)工作梯形圖

其中tl-t5段與圖1中的刨臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的各個(gè)階段相對(duì)應(yīng)。

經(jīng)過(guò)交流變頻調(diào)速改造后，bx2012龍門刨床的拖動(dòng)系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化，減小了電動(dòng)機(jī)的容量。加工的調(diào)速范圍變寬，達(dá)到3—70m/min，靜差率<3% ，且為無(wú)級(jí)調(diào)速，工作臺(tái)運(yùn)行更加平穩(wěn)，尤其是換向迅速且沖擊小，加工效率提高。此外變頻調(diào)速有利于節(jié)電，且使現(xiàn)場(chǎng)的操作控制變得更為方便和可靠。而plc的應(yīng)用充分體現(xiàn)了快速、靈活的控制特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了以往難以作到的多種復(fù)雜控制和故障保護(hù)，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了操作維護(hù)簡(jiǎn)單化和控制智能化

長(zhǎng)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(zhǎng)度后，用上面的兩種方法就無(wú)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(kāi)線、外擺線和圓弧組成，長(zhǎng)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(zhǎng)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(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。

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(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，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)。在滑臺(tái)底座靠近滑塊的部位安裝三個(gè)接近開(kāi)關(guān)，在滑塊上固定一個(gè)與三個(gè)接近開(kāi)關(guān)平行又在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與三個(gè)開(kāi)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)。另外，在滑臺(tái)上安裝一個(gè)簡(jiǎn)易的對(duì)刀裝置。經(jīng)過(guò)負(fù)載（摩擦力、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等）計(jì)算，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。

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)*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(lái)控制兩個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)，接收滑臺(tái)回程和位置傳感器信號(hào)、刀架限位開(kāi)關(guān) 信號(hào)、功能選擇開(kāi)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，時(shí)鐘頻率為2mhz。

刨床cnc系統(tǒng)軟件以windows操作系統(tǒng)為平臺(tái)，采用模塊化、結(jié)構(gòu)化的c語(yǔ)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(gè)模塊組成：程序編制、*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。

一個(gè)正確的加工程序編制必須經(jīng)過(guò)以下階段：程序編制、語(yǔ)法檢查、模擬仿真和*的干涉、過(guò)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(dòng)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(guò)軟驅(qū)輸人或利用全屏幕編輯 器通過(guò)鍵盤輸人，也可以通過(guò)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(guò)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(duì)稱等編輯處理。

（2）求偏置曲線對(duì)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(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，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(dòng)態(tài)地顯示刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡。假如加工程序正

確，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。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(lái)。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(dòng)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)

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、手動(dòng)運(yùn)行和點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行。

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。假如正在執(zhí)行的加工語(yǔ)句的zui后一條指令是m32，則*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)；假如是m33，則作連續(xù)移動(dòng)，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。加工中假如 滑臺(tái)停止往復(fù)運(yùn)動(dòng)，則*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，通過(guò)控制滑臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的啟停控制刀架進(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，后臺(tái)程序完成并行口 8255a和定時(shí)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(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，它主要完成插補(bǔ)運(yùn) 算、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)控制、升降速控制、接受滑臺(tái)往返和位置傳感器的信號(hào)。*的間歇進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是在滑臺(tái)的返程過(guò)程中完成的。滑臺(tái)一次往返*的進(jìn)給量，可以 通過(guò)功能鍵進(jìn)行設(shè)定或修改，zui小值為二個(gè)脈沖當(dāng)量。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)，*的間歇進(jìn)給可以變成連續(xù)進(jìn)給；該功能鍵抬起 時(shí)，*又可恢復(fù)間歇進(jìn)給。在粗加工毛坯件時(shí)，由于加工余量的不均勻，有的地方可能會(huì)作空進(jìn)給，采用此功能可以快速躍過(guò)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*運(yùn)動(dòng)的，但它是作連續(xù)運(yùn)行。通過(guò)它可以檢查*和工件毛坯的相對(duì)位置關(guān)系，從而確定初次加工的*高度位置。快速空運(yùn)行程序也是由前、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，只是中斷服務(wù)程序不受滑臺(tái)往返運(yùn)動(dòng)的控制。

在選擇開(kāi)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，*連續(xù)移動(dòng)zui大位移量可以設(shè)定。該功能為加工過(guò)程中的*位置調(diào)整帶來(lái)了方便。如在吃刀太深時(shí)，可在不停止加工的情況下提刀。

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，作間歇運(yùn)動(dòng)。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(lái)了方便。

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(guò)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、圖形自動(dòng)編程、復(fù)雜曲線和列表曲線擬合、編 程、*磨損補(bǔ)償、自動(dòng)對(duì)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。