背景介紹

近年來，隨著計算機網(wǎng)絡的發(fā)展，企業(yè)資源計劃（ERP）的應用已日漸普及，制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的研究和應用也得到業(yè)界的高度重視。感應熱處理機床是一種清潔熱處理設備，符合現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的3S標準（Sure—可靠，Safe—安全，Saving—節(jié)約），又可以安裝在生產(chǎn)線上進行在線金屬熱處理，在國內(nèi)外機械熱處理行業(yè)已廣泛應用，我們在制造多功能回轉(zhuǎn)式淬火機床時，研制了支持現(xiàn)場總線的數(shù)控系統(tǒng)使機床支持工業(yè)以太網(wǎng)，進而可以與車間級網(wǎng)絡進行信息交換，并進行遠程淬火參數(shù)設置。

多功能回轉(zhuǎn)式淬火機床簡介

感應加熱是利用電磁感應的方法對導體材料進行加熱。其主要優(yōu)點是：效率高、成本低、節(jié)能、易于實現(xiàn)自動控制。金屬熱處理的感應加熱設備主要包括：加熱電源、感應熱處理機床、感應器和淬火變壓器。

多功能回轉(zhuǎn)式淬火機床實際上是一條具有完善保護功能的自動加工線，采用回轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，使上、下料在同一個工位位置完成，操作方便；該機床可以同時加工同一種零件上的三個不同表面，做到一個工件在一臺淬火機床上一次完成淬火，也可以同時對三個相同或不同的零件進行淬火，且每個加工工位參數(shù)設置有一定的柔性冗余，可以實現(xiàn)各種淬火方式，如同時、連續(xù)、連續(xù)同時以及多段淬火等，主要應用在汽車、摩托車制造行業(yè)，以滿足其多品種、小零件的淬火處理。

1、一體化設計

為了減少占地面積和安裝周期，采用一體化設計，即將機床與淬火液循環(huán)系統(tǒng)、冷卻液循環(huán)系統(tǒng)、加熱電源和淬火變壓器集成于一體。

2、生產(chǎn)線化

數(shù)控系統(tǒng)設計

多功能回轉(zhuǎn)式感應淬火機床要求：① 三個加工工位同時獨立運行（相當于三臺機床）；② 連續(xù)淬火時速度連續(xù)變化不停頓；③ 具有三個工位下降不到位和轉(zhuǎn)臺不到位自糾正功能。常規(guī)的數(shù)控系統(tǒng)無法滿足這些功能，因此我們自行研制了基于工控PC的數(shù)控系統(tǒng)，在 Windows 2000 下利用線程技術(shù)實現(xiàn)了上述功能。

工控PC主機是系統(tǒng)的核心，一方面對機床各運動部件進行檢測與控制，另一方面通過網(wǎng)卡與車間級網(wǎng)絡相連，使系統(tǒng)可以利用遠程計算機輸入淬火參數(shù)，也可以顯示機床工作情況；PCI-1240用于步進電機速度和定位控制，同時檢測步進電機各種異常信號；PCI-1751為48路TTL電平并行輸入輸出板，其中32路設置為輸入，用于操作按鈕輸入，包括啟動、暫停、急停按鈕，三個工位手動加熱、噴液、旋轉(zhuǎn)、切換，轉(zhuǎn)臺快速正反轉(zhuǎn)、慢速正反轉(zhuǎn)，三個工位工件快速上升下降、慢速上升下降等；16路設置為輸出，用于轉(zhuǎn)臺及三個工位步進電機使能控制。PCL－724為TTL電平輸入板，用于對到位、缺料、缺水、頂尖異常等信號進行檢測，由于板上無電平轉(zhuǎn)換和信號隔離功能，而接近開關(guān)電平為24V，所以使用PCLD－785作為輸入電平轉(zhuǎn)換和信號隔離電路；PCLD－885為16路高功率繼電器輸出板，具有極強的輸出驅(qū)動能力，觸點容量為交流220V5A；PCL720為64路開關(guān)量輸入輸出板，在這里主要與PCLD－885一起，控制各工位切換、加熱、噴液、吹堵、回火。

 

抗干擾設計

由于淬火機床是特殊的機床設備，淬火機床采用的高頻或中頻電源由于采用調(diào)制波輸出，其對電網(wǎng)和其它設備的輻射干擾特別嚴重，為此控制系統(tǒng)采用如下抗干擾措施。

軟件設計

系統(tǒng)軟件設計主要考慮軟件的通用性、可靠性和易用性。為此著重考慮以下幾個問題：①三個工位獨自使用加熱電源以及三個工位共享加熱電源時切換功能；②三個工位同時獨立運行軟件設計，并具有同時、連續(xù)掃描、分段同時、分段連續(xù)掃描等多種淬火功能；③應可以存儲百個以上的工件淬火程序，工件管理、查詢方便；④參數(shù)輸入方便，無需編程，不懂計算機的人可以完成工件參數(shù)的輸入；⑤在線幫助功能，隨時操作提示；⑥故障自診斷、故障報警提示功能。

圖6給出了系統(tǒng)軟件設計總體框圖，計算機上電后直接運行淬火程序，“系統(tǒng)初始化”包括各板卡初始化、調(diào)用上次運行的工件的運行參數(shù)等，并判別操作面板【自動/手動】按鈕位置，自動切換到相應主畫面。

進入主程序后，系統(tǒng)定時檢查操作面板【自動/手動】、【啟動】、【急停】等按鈕狀態(tài)，并觸發(fā)相應事件；自動狀態(tài)下系統(tǒng)主要完成工件管理、淬火參數(shù)設置、轉(zhuǎn)臺參數(shù)設置、步進電機加速度設置以及自動淬火功能；手動方式下，系統(tǒng)主要完成各工位手動操作、轉(zhuǎn)臺手動操作、ABC三工位及轉(zhuǎn)臺零位設置、自動回零位功能和手動參數(shù)設置。工件選擇在工件管理畫面中完成，選定工件以后，系統(tǒng)首先檢查各工位參數(shù)文件是否存在，若不存在，自動創(chuàng)建各工位參數(shù)文件名，并設置禁止運行標志同時給出提示。各工位淬火參數(shù)設置完后，系統(tǒng)自動取消禁止運行標志?？傮w框圖中沒有畫出程序退出部分，軟件退出包括兩種退出方式，一種是返回WINDOWS2000桌面，一種是直接退出操作系統(tǒng)即關(guān)機。

線程技術(shù)

由于三個工位同時運行，系統(tǒng)設置4個線程，三個線程用于A、B、C三個工位淬火，一個線程用于各工位運行狀態(tài)指示，轉(zhuǎn)臺分度由主程序完成；在淬火過程中，出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)立即退出淬火程序，并進行報警，某個工位出現(xiàn)異常，不影響其它工位運行；若出現(xiàn)工位下降不到位或轉(zhuǎn)盤分度不到位的情況，系統(tǒng)自動找位。

遠程參數(shù)修改

考慮到成本的問題，程序沒有采用C/S結(jié)構(gòu)，也不支持遠程ODBC，為了支持遠程修改淬火參數(shù)，可以在遠端計算機上安裝本軟件，對參數(shù)文件修改后將參數(shù)文件復制到機床控制計算機，而后在機床控制計算機上退出應用程序并重新運行。

結(jié)論

小型感應熱處理中心是綜合了國際上感應熱處理機床的緊湊化、柔性化、多軸化、生產(chǎn)線化、計算機化等方面的一些要點研制的九工位感應熱處理中心，在國內(nèi)已在洛陽北方易初摩托車有限公司、錢江集團發(fā)動機事業(yè)部熱處理廠等數(shù)個廠家應用于摩托車曲柄的淬火與回火，2000年9月獲科技部科技中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金，立項代號：00C26224100631，于2001年9月通過了河南省科委主持的技術(shù)鑒定，經(jīng)專家測試，機床升降重復定位精度≤±0.03mm，分度定位精度≤±0.02°，工件移動速度1～300mm/s。與某廠進口的類似機床（一臺電源帶三臺淬火機床）相比，小型感應熱處理加工中心在功能、價格、結(jié)構(gòu)、占地面積、工人勞動強度、加工效率等方面明顯優(yōu)于進口同類機床，在故障診斷與保護方面與進口同類機床相當。該機床樣機在2001年10月份北京國際熱處理展覽會上展出，得到了業(yè)內(nèi)人士的一致好評。