A. 系統組成
本系統由VVVF(變電壓變頻率)變頻器、交流電動機(Y280S壹8，Pe =37KW ，I。=78-2A，n。=740r/min)、測速器組成閉環調速系統。采用閉環調速系統是為了對負載的波動和電網的波動有較強的抗幹擾能力，以保證刨床的穩定運行。刨床的電機均由PLC 給出的指令進行控制。設計時，主傳動用壹臺異步電動機代替原K—F—D系統機型，進給機械執行機構則用變頻調速器取代原電磁離合器，實現對工作臺的各種不同速度的控制和往返換向。核心部件用PLC進行控制，它根據操作站指令和現場信號，按預先編制好的程序對變頻器、刀架、橫梁、磨頭的跟蹤狀況進行自動或人工控制。變頻器選用日本富士FRN45 Ggs壹4JE電壓型通用變頻器。原系統采用機械式行程開關， 由於工作臺時頻繁的往復運動，擋塊頻繁地撞擊行程開關，導致行程開關容易發生故障，在不可靠的時候更可能產生事故，影響生產。改造中我們用光控無觸點接近開關代替機械式行程開關，經使用效果很好。
B.工作原理
龍門刨的刨削過程是工件(放在刨臺上)與刨刀之間做相對運動的過程。也就是刨臺頻繁的往復運動。刨臺的運動分為人工點動運行和自動往復循環運行。圖1是刨臺的往復周期運行圖。
龍門刨床的刨削過程是工件(放在刨臺上)與刨刀之間做相對運動的過程。也就是刨臺頻繁的往復運動。刨臺的運動分為人工點動運行和自動往復循環運行。圖1是刨臺的往復周期運行圖。
圖1 刨臺的往復周期 PLC程序設計
龍門刨床自動進刀、換向、刀架的自動進給、手動進退、點動、橫梁升降等功能都由PLC軟件來實現。
工作臺往復工作程序梯形圖如圖所示。圖中M1．0、M1．1— —M1_7是PLC 內輔助繼電器
圖中：t 循環開始與緊急停機段
t1— — 刨刀開始切人工件段 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 點動控制
圖4 工作臺往復工作梯形圖
其中tl-t5段與圖1中的刨臺往復運動的各個階段相對應。 長度較小的非圓柱面，可以采用數控銑床加工，也可以采用線切割加工（單件生產）。但當非圓柱面達到壹定長度後，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於IPC的刨床CNC系統，並對某真空泵生產廠家的小型龍門刨床進行了數控改造。
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控刨床的示意圖。
小型龍門刨床數控改造的方法是將手動調節刀架變成由步進電動機驅動的數控刀架，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，在滑塊上固定壹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誌塊（鐵塊）， 兩者***同用於滑塊運動方向和位置的檢測。另外，在滑臺上安裝壹個簡易的對刀裝置。經過負載（摩擦力、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。這兩個坐標移動的脈沖當量均為0.01mm。 刨床CNC系統軟件以Windows操作系統為平臺，采用模塊化、結構化的C語言編程，系統軟件的界面采用了中文菜單結構，人機界面友好，操作方便。 具體結構如圖4所示。該系統軟件主要由三個模塊組成：程序編制、刀具位置調整和運行控制，在每壹個模塊中 又分多個子模塊。
3．1 程序編制模塊
壹個正確的加工程序編制必須經過以下階段：程序編制、語法檢查、模擬仿真和刀具的幹涉、過切檢查。在該 CNC軟件系統中，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，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、
曲線輸入後可以進行修改、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，並轉化成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，並動態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據文件，按照數據文件中點的順序，相鄰點以直線相連，並顯示出來。然後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，並自動生成加工程序。
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系統軟件結構
3．2 運行控制
該CNC系統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系統運行控制的核心部分，它按加工程序運行。假如正在執行的加工語句的最後壹條指令是M32，則刀具根據滑臺的往復運動信號作間歇進 給運動；假如是M33，則作連續移動，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。這壹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後臺兩部分組成，後臺程序完成並行口 8255A和定時器8253的初始化、指令譯碼、控制中斷服務程序的執行頻率（速度調節）、暫停、單段和啟動控制、加工軌跡動態跟蹤顯示和坐標翻轉顯示； 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。滑臺壹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壹個功能是在按下連續功能鍵時，刀具的間歇進給可以變成連續進給；該功能鍵擡起 時，刀具又可恢復間歇進給。在粗加工毛坯件時，由於加工余量的不均勻，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、後臺兩部分組成，其結構和自動運行程序的結構類似，只是中斷服務程序不受滑臺往返運動的控制。
在選擇開關處於自動運行狀態下，點動功能只能在滑臺的返程中起作用，刀具連續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。如在吃刀太深時，可在不停止加工的情況下提刀。
根據選擇，手動運行也可受滑臺往返運動的控制，作間歇運動。手動功能可以用於平面加工，而且不用編程。這種方式為平面加工帶來了方便。 筆者用自行研制的刨床CNC系統為某企業的小型龍門刨床進行了數控化改造，成功地實現了系列水環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，不僅加工效率高，而且加工質量穩定可靠。經過近幾年的不斷改進和完善，該CNC系統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，不僅適用於小型龍門刨床的數控化改造，也適用於其它形式的刨床的數控 化改造。