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   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
    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(gè)接近開關(guān)，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)動方向和位置的檢測。另外，在滑臺上安裝一個(gè)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(gè)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。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(shí)器用于步進(jìn)電動機(jī)中斷運(yùn)行服務(wù)程序，時(shí)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(gè)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(gè)模塊中 又分多個(gè)子模塊。 
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、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。如果加工程序正確，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。 

CNC系統(tǒng)管理程序

程序編制   刀具位置調(diào)整   運(yùn)行控制   圖形編程

手工編程   列表曲線編程   模擬運(yùn)行   手動運(yùn)行

點(diǎn)動運(yùn)行   自動對刀      快速空運(yùn)行  自動運(yùn)行

點(diǎn)動運(yùn)行   手動運(yùn)行

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。
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