1  引言
    
   　 cnc(computerized numerical control)是計(jì)算機(jī)數(shù)值控制系統(tǒng)的英文縮寫(xiě)，也稱數(shù)控系統(tǒng)。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。
   
　    今天，隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)的迅猛發(fā)展，制造業(yè)對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)制造也提出了更高的目標(biāo)和要求：產(chǎn)品制造周期要求越來(lái)越短，零部件的生產(chǎn)效率和柔性化生產(chǎn)的程度越來(lái)越高，產(chǎn)品的加工質(zhì)量和性能也要求更高、更穩(wěn)定。cnc系統(tǒng)也從一般的產(chǎn)品的零部件加工控制(如車削、銑削、高速切削、等標(biāo)準(zhǔn)cnc數(shù)控機(jī)床)被逐步發(fā)展應(yīng)用到產(chǎn)品的組裝、包裝乃至產(chǎn)品的運(yùn)輸(如焊接、點(diǎn)膠、封裝，工業(yè)機(jī)器人、等cnc產(chǎn)業(yè)機(jī)械)等整個(gè)生產(chǎn)制造過(guò)程中去。
   
    　本文以一臺(tái)齒輪淬火機(jī)床cnc系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)為例，詳述了如何利用中達(dá)電通putnc-h4通用系列cnc、臺(tái)達(dá) delta交流伺服系統(tǒng)，并結(jié)合客戶產(chǎn)品加工的工藝特點(diǎn)，為產(chǎn)業(yè)機(jī)械打造出客制化的cnc控制方案。
            
2  齒輪淬火機(jī)床對(duì)控制系統(tǒng)的要求
    
    　2.1 機(jī)械設(shè)計(jì)
   
   　 機(jī)械設(shè)計(jì)為3軸伺服控制和1軸變頻器控制：
   
    　(1) y軸為旋轉(zhuǎn)軸，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)會(huì)根據(jù)加工零件類型時(shí)的轉(zhuǎn)速要求而有所不同，分為伺服和變頻器拖動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)兩種傳動(dòng)方式，當(dāng)加工齒輪類零件時(shí)，伺服電機(jī)經(jīng)過(guò)減速機(jī)和齒輪盤兩級(jí)減速機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)被加工齒輪做分度運(yùn)動(dòng)。當(dāng)加工零件為光軸類零件時(shí)，y軸伺服電機(jī)停止工作，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)改變?yōu)樽冾l器拖動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)同步帶，帶動(dòng)光軸零件高速旋轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)解決了伺服電機(jī)經(jīng)過(guò)兩級(jí)減速后，y軸轉(zhuǎn)盤速度無(wú)法滿足光軸類零件的淬火工藝要求的問(wèn)題。兩種傳動(dòng)方式通過(guò)電氣互鎖，確保安全。
   
   　 (2) z軸為垂直軸，通過(guò)伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿，帶動(dòng)淬火加熱感應(yīng)器上下運(yùn)動(dòng)，
   
   　 (3) x軸為水平軸，同樣通過(guò)伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿，帶動(dòng)淬火感應(yīng)器前后進(jìn)給。其中y軸伺服和z軸伺服要求具有兩軸插補(bǔ)功能，這樣可以實(shí)現(xiàn)斜齒輪類和人字形齒輪類零件的淬火加工，而x軸伺服單動(dòng)即可。
   
  　  機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

                                                                 圖1  淬火機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)
   
　    2.2 零件加工的工藝要求
   
　    (1) 機(jī)床要求能夠加工直齒輪、斜齒輪、人字形齒輪、階梯齒輪的淬火加工。齒輪的加工最大直徑2米，齒頂高0.8米。最大齒數(shù)100齒。
   
 　   (2) 機(jī)床在更換淬火感應(yīng)器靠模后，還可以實(shí)現(xiàn)光軸類零件的淬火要求。
   
   　 (3) 配合不同的淬火感應(yīng)器靠模設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)的淬火方式：連續(xù)淬火、同時(shí)淬火、分段連續(xù)淬火(分段淬火通過(guò)程序設(shè)定，不需行程開(kāi)關(guān))、分段同時(shí)淬火。
   
   　 (4) 齒輪淬火加工順序要求間隔加工，以便留有足夠冷卻時(shí)間，保證齒輪最小的加工熱變形，以齒數(shù)10為例，即按照1、3、5、7、9、2、4、6、8、10淬火順序加工。
   
  　  (5) 要求各伺服軸，空行程速度f(wàn)0和淬火加工速度f(wàn)1分段可調(diào)，齒輪分度旋轉(zhuǎn)時(shí)速度穩(wěn)定。
   
   　 (6) 連續(xù)零件自動(dòng)加工時(shí)，應(yīng)保證足夠的絕對(duì)精度，不會(huì)產(chǎn)生累計(jì)誤差。

2.3 控制系統(tǒng)要求
   
    　機(jī)床操作上要求有手動(dòng)模式和自動(dòng)模式，以及程式編輯模式三種基本工作狀態(tài)。
   
   　 (1) 在手動(dòng)調(diào)試模式下：cnc系統(tǒng)可以通過(guò)操作面板控制伺服軸，快速jog移動(dòng)和mpg手輪移動(dòng)，方便操作工人調(diào)節(jié)感應(yīng)器靠模和齒輪工件的位置；手動(dòng)情況下可以通過(guò)外部的按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)y軸變頻電機(jī)旋轉(zhuǎn)on/off、淬火感應(yīng)器加熱on/off、噴液電磁閥on/off、輔助噴液電磁閥on/off控制，方便操作者調(diào)機(jī)測(cè)試使用。(i/o規(guī)劃參見(jiàn)方案的制定和實(shí)施)
   
　    (2) 在自動(dòng)運(yùn)行模式下：cnc系統(tǒng)可以按照預(yù)先選用的程序控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，完成齒輪零件的全部淬火加工過(guò)程；可以使用自定義m代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)y軸變頻電機(jī)旋轉(zhuǎn)on/off、淬火感應(yīng)器加熱on/off、噴液電磁閥on/off、輔助噴液電磁閥on/off，i/o控制(m代碼規(guī)劃參見(jiàn)方案的制定和實(shí)施)；自動(dòng)加工過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)任意暫停，單節(jié)測(cè)試等操作功能。
   
 　   (3) 在程序編輯模式下：要求系統(tǒng)能夠存儲(chǔ)至少500組不同零件加工程式，并可以對(duì)程式內(nèi)容進(jìn)行編輯；在加工標(biāo)準(zhǔn)的直齒和斜齒齒輪時(shí)，控制系統(tǒng)可以根據(jù)齒輪工藝參數(shù)自動(dòng)生成加工程式；加工光軸類零件時(shí)，可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的g代碼實(shí)現(xiàn)零件程序設(shè)計(jì)；加工階梯軸類零件時(shí)，不需要增加外部的行程開(kāi)關(guān)，可以通過(guò)多個(gè)程序組合來(lái)完成一個(gè)零件的分段淬火加工；在該模式下還可以對(duì)淬火的輔助工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，如感應(yīng)器加熱延時(shí)時(shí)間，噴液延時(shí)時(shí)間，齒輪加工空行程時(shí)的速度以及淬火加工時(shí)的速度設(shè)定。