龙门刨床

工业的母机

龙门刨床（planing machine）主要用于刨削大型工件，也可在工作台上装夹多个零件同时加工，是工业的母机。龙门刨床的工作台带着工件通过门式框架作直线往复运动，空行程速度大于工作行程速度。横梁上一般装有两个垂直刀架，刀架滑座可在垂直面内回转一个角度，并可沿横梁作横向进给运动；

介绍

龙门刨床具有门式框架和卧式长床身的刨床。

刨刀可在刀架上作垂直或斜向进给运动；横梁可在两立柱上作上下调整。一般在两个立柱上还安装可沿立柱上下移动的侧刀架,以扩大加工范围工作台回程时能机动抬刀，以免划伤工件表面。机床工作台的驱动可用发电机－电动机组或用可控硅直流调速方式,调速范围较大,在低速时也能获得较大的驱动力。有的龙门刨床还附有铣头和磨头，变型为龙门刨铣床和龙门刨铣磨床，工作台既可作快速的主运动，也可作慢速的进给运动，主要用于重型工件在一次安装中进行刨削、铣削和磨削平面等加工。

国内第一台

中国第一台龙门刨床于1953年4月在济南第二机床厂问世。

技术性能

1、输入电源：三相四线（～380V±10% 50Hz）2、工作环境：温度-10℃～+40℃ 相对湿度<85%(25℃) 海拔<4000m3、装置容量：<1KW4、外形尺寸：1410mm×725mm×1535mm

系统改造

控制系统要求

机床型号为BX2012，产地为济南第二机床厂，要求改造后机床的调速范围为5m/min一60m/min，系统运行的平滑性要好，能实现无级调速，且有很好的起制动性能。起制动时既能快速启动和制动，又保证机械冲击不过大，不对机械部件造成损害。能快速实现提速、降速和平稳的调节速度，换向时要减小对齿轮的冲击。能实现慢速切入，稳速加工，快速换向，点动调节等各种加工工艺要求。

组成工作原理

A. 系统组成本系统由VVVF(变电压变频率)变频器、交流电动机(Y280S一8，Pe =37KW ，I。=78-2A，n。=740r/min)、测速器组成闭环调速系统。采用闭环调速系统是为了对负载的波动和电网的波动有较强的抗干扰能力，以保证刨床的稳定运行。刨床的电机均由PLC 给出的指令进行控制。设计时，主传动用一台异步电动机代替原K—F—D系统机型，进给机械执行机构则用变频调速器取代原电磁离合器，实现对工作台的各种不同速度的控制和往返换向。核心部件用PLC进行控制，它根据操作站指令和现场信号，按预先编制好的程序对变频器、刀架、横梁、磨头的跟踪状况进行自动或人工控制。变频器选用日本富士FRN45 Ggs一4JE电压型通用变频器。原系统采用机械式行程开关，由于工作台时频繁的往复运动，挡块频繁地撞击行程开关，导致行程开关容易发生故障，在不可靠的时候更可能产生事故，影响生产。改造中我们用光控无触点接近开关代替机械式行程开关，经使用效果很好。

B.工作原理龙门刨的刨削过程是工件(放在刨台上)与刨刀之间做相对运动的过程。也就是刨台频繁的往复运动。刨台的运动分为人工点动运行和自动往复循环运行。图1是刨台的往复周期运行图。龙门刨床的刨削过程是工件(放在刨台上)与刨刀之间做相对运动的过程。也就是刨台频繁的往复运动。刨台的运动分为人工点动运行和自动往复循环运行。图1是刨台的往复周期运行图。图1 刨台的往复周期

系统特点

经过交流变频调速改造后，BX2012龙门刨床的拖动系统大大简化，减小了电动机的容量。加工的调速范围变宽，达到3—70m/min，静差率<3% ，且为无级调速，工作台运行更加平稳，尤其是换向迅速且冲击小，加工效率提高。此外变频调速有利于节电，且使现场的操作控制变得更为方便和可靠。而PLC的应用充分体现了快速、灵活的控制特点。实现了以往难以作到的多种复杂控制和故障保护，使系统实现了操作维护简单化和控制智能化

数控改造

前言

长度较小的非圆柱面，可以采用数控铣床加工，也可以采用线切割加工（单件生产）。但当非圆柱面达到一定长度后，用上面的两种方法就无能为力或加工成本太高了。如系列罗茨真空泵和罗茨鼓风机的转子（图1所示，其截面轮廓线由多段渐开线、外摆线和圆弧组成，长度在300mm以上）、大型水环泵叶轮模型的叶片（截面轮廓线由多段直线和圆弧组成，长度在500mm以上）。为了适应截面轮廓线是复杂曲线的柱面工件的加工，笔者自行研制出了基于IPC的刨床 CNC系统，并对某真空泵生产厂家的小型龙门刨床进行了数控改造。

1 小型龙门刨床的机械改造

图2所示是用小型龙门刨床改造而成的数控刨床的示意图。

小型龙门刨床数控改造的方法是将手动调节刀架变成由步进电动机驱动的数控刀架，Z步进电动机控制刀架在垂直方向的移动，X步进电动机控制刀架在水平方向的移动。在滑台底座靠近滑块的部位安装三个接近开关，在滑块上固定一个与三个接近开关平行又在运动过程中与三个开关都能接近的滑块位置标志块（铁块），两者共同用于滑块运动方向和位置的检测。另外，在滑台上安装一个简易的对刀装置。经过负载（摩擦力、转动惯量等）计算，驱动刀架上下移动（Z坐标轴）和左右移动（X坐标轴）的步进电动机分别选用 110BF003型和 130BF003型。这两个坐标移动的脉冲当量均为0.01mm。

系统硬件

该数控系统采用PC总线、主频为100MHZ的486CPU工业控制机作主机，具有标准16位数据总线和扩展功能灵活的插板式结构，可根据系统要求，进行结构最优化配置（图3）。图 3刨床 CNC系统硬件结构该数控系统利用IO/TIMER（并行输入输出/定时器）接口板上的8255A来控制两个步进电动机的运动，接收滑台回程和位置传感器信号、刀架限位开关信号、功能选择开关信号，接口板上的8253定时器用于步进电动机中断运行服务程序，时钟频率为2MHz。

结束语

笔者用自行研制的刨床 CNC系统为某企业的小型龙门刨床进行了数控化改造，成功地实现了系列水环泵叶轮叶片模型的加工和系列罗茨真空泵转子大批量生产，不仅加工效率高，而且加工质量稳定可靠。经过的不断改进和完善，该CNC系统已具有实时加工控制、图形自动编程、复杂曲线和列表曲线拟合、编程、刀具磨损补偿、自动对刀、模拟仿真和加工轨迹跟踪显示等功能。该刨床CNC系统，不仅适用于小型龙门刨床的数控化改造，也适用于其它形式的刨床的数控化改造。

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