1.前言
長度較小的非圓柱面，可以採用數控銑床加工，也可以採用線切割加工（單件生產）。但當非圓柱面達到一定長度后，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複雜曲線的柱面工件的加工，筆者自行研製出了基於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。在滑台底座靠近滑塊的部位安裝三個接近開關，在滑塊上固定一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），兩者共同用於滑塊運動方向和位置的檢測。另外，在滑台上安裝一個簡易的對刀裝置。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衝當量均為0.01mm。
2 刨床CNC系統硬體結構
該數控系統採用PC匯流排、主頻為100MHZ的486CPU工業控制機作主機，具有標準16位數據匯流排和擴展功能靈活的插板式結構，可根據系統要求，進行結構最優化配置（圖3）。
圖 3刨床CNC系統硬體結構
該數控系統利用IO／TIMER(并行輸入輸出／定時器）介面板上的8255A來控制兩個步進電動機的運動，接收滑台回程和位置感測器信號、刀架限位開關信號、功能選擇開關信號，介面板上的8253定時器用於步進電動機中斷運行服務程序，時鐘頻率為2MHz。
3 刨床CNC系統軟體
刨床CNC系統軟體以Windows操作系統為平台，採用模塊化、結構化的C語言編程，系統軟體的界面採用了中文菜單結構，人機界面友好，操作方便。具體結構如圖4所示。該系統軟體主要由三個模塊組成：程序編製、刀具位置調整和運行控制，在每一個模塊中
又分多個子模塊。
3．1 程序編製模塊
一個正確的加工程序編製必須經過以下階段：程序編製、語法檢查、模擬模擬和刀具的干涉、過切檢查。在該
CNC軟體系統中，加工程序編製可採用多種方式：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碟機輸人或利用全屏幕編輯器通過鍵盤輸人，也可以通過串列通訊介面輸人。
圖形編程包括以下步驟：
（1）輪廓曲線的編輯輸人首先通過互動式圖形操作界面，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）模擬模擬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。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。
互動式圖形編程和模擬模擬運行，使得複雜曲線和列表曲線加工程序的編製不僅效率高，而且方便、直觀、可靠。
