导轨铣磨专用机床数控系统的设计与实现

0 引言

　　导轨对运动部件进行导向和支撑，在机床、工业流水线、电梯等领域中应用广泛。大型的龙门式数控机床所用的纵向导轨截面尺寸大、长度较长，精度要求高，制造工艺复杂。纵向导轨常见的截面形式为图 1所示的 T 型。

　　T 型导轨的加工工艺包括上表面和左右两侧面的铣磨加工，以及内侧面安装齿条的槽的铣削加工。需要对四个面进行铣削再对三个面进行磨削，这几个面都不在一个平面上，需要先铣上表面，再铣两个侧面和齿条槽内侧面，然后再对导轨的上表面、左侧面、右侧面三个面进行磨削。

图 1 T 型导轨截面示意图

　　利用通用机床进行 T 型导轨加工，需要多台机床与多名工人才能完成全部工艺。加工中会使用到立铣头、卧铣头、立磨头和卧磨头，需要进行工件的多次装夹，并存在工件的运输等损耗，加工完一条导轨需要较长时间。多次装夹会导致基准误差。由于工艺复杂，对工人的操作水平要求很高。

　　由于上述原因，T 型导轨的加工成为了机床生产中的瓶颈工序。为了提高导轨加工效率，某大型数控切割机厂针对 T 型导轨的特点，合作研制出了导轨铣磨专用机床。

　　导轨铣磨专用机床包含有一个立铣刀、两个卧铣刀、一个卧磨刀以及两个立磨刀，用于铣削导轨上表面、左右两侧面和内侧齿条槽，磨削导轨上表面和左右两侧面。导轨铣磨专用机床能同时铣削导轨三个表面和齿轮条槽，也可以同时磨削导轨三个表面。配合此专用机床，设计开发出了数控系统，实现了导轨自动铣磨工艺，提高了导轨加工效率。

1 数控系统设计

　　1.1 总体方案设计

　　机床的铣刀和磨刀都可以进行升降以及平移，由11 个电机驱动，另外还有转动的 IO 控制以及工作平台的控制等。数控系统需要实现多个单电机的加减速控制、移动方向与距离的控制、多个 IO 口的控制等，但并不需要进行平面插补控制。

　　根据上述特点，普通的运动控制卡以及 PLC 都不适合对机床进行控制，选择基于单片机开发控制系统，作为下位机。

　　机床尺寸庞大，交互系统基于工控机开发，具有图形用户界面，支持鼠标与键盘，作为上位机。上位机和下位机之间通过串口连接，设计通讯协议，实现上下位机之间的信息传递。