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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，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越短，零部件的生產(chǎn)效率和柔性化生產(chǎn)的程度越來越高，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)等整個生產(chǎn)制造過程中去。
   
    　本文以一臺齒輪淬火機(jī)床cnc系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)為例，詳述了如何利用中達(dá)電通putnc-h4通用系列cnc、臺達(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，傳動機(jī)構(gòu)會根據(jù)加工零件類型時的轉(zhuǎn)速要求而有所不同，分為伺服和變頻器拖動異步電動機(jī)兩種傳動方式，當(dāng)加工齒輪類零件時，伺服電機(jī)經(jīng)過減速機(jī)和齒輪盤兩級減速機(jī)構(gòu)，帶動被加工齒輪做分度運(yùn)動。當(dāng)加工零件為光軸類零件時，y軸伺服電機(jī)停止工作，傳動結(jié)構(gòu)改變?yōu)樽冾l器拖動異步電動機(jī)經(jīng)過同步帶，帶動光軸零件高速旋轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)解決了伺服電機(jī)經(jīng)過兩級減速后，y軸轉(zhuǎn)盤速度無法滿足光軸類零件的淬火工藝要求的問題。兩種傳動方式通過電氣互鎖，確保安全。
   
   　 (2) z軸為垂直軸，通過伺服電機(jī)直接驅(qū)動滾珠絲桿，帶動淬火加熱感應(yīng)器上下運(yùn)動，
   
   　 (3) x軸為水平軸，同樣通過伺服電機(jī)直接驅(qū)動滾珠絲桿，帶動淬火感應(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軸伺服單動即可。
   
  　  機(jī)械結(jié)構(gòu)簡圖如圖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、同時淬火、分段連續(xù)淬火(分段淬火通過程序設(shè)定，不需行程開關(guān))、分段同時淬火。
   
   　 (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f0和淬火加工速度f1分段可調(diào)，齒輪分度旋轉(zhuǎn)時速度穩(wěn)定。
   
   　 (6) 連續(xù)零件自動加工時，應(yīng)保證足夠的絕對精度，不會產(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模式和自動模式，以及程式編輯模式三種基本工作狀態(tài)。
   
   　 (1) 在手動調(diào)試模式下：cnc系統(tǒng)可以通過操作面板控制伺服軸，快速jog移動和mpg手輪移動，方便操作工人調(diào)節(jié)感應(yīng)器靠模和齒輪工件的位置；手動情況下可以通過外部的按鈕來實(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)測試使用。(i/o規(guī)劃參見方案的制定和實(shí)施)
   
　    (2) 在自動運(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，完成齒輪零件的全部淬火加工過程；可以使用自定義m代碼來實(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)劃參見方案的制定和實(shí)施)；自動加工過程中可以實(shí)現(xiàn)任意暫停，單節(jié)測試等操作功能。
   
 　   (3) 在程序編輯模式下：要求系統(tǒng)能夠存儲至少500組不同零件加工程式，并可以對程式內(nèi)容進(jìn)行編輯；在加工標(biāo)準(zhǔn)的直齒和斜齒齒輪時，控制系統(tǒng)可以根據(jù)齒輪工藝參數(shù)自動生成加工程式；加工光軸類零件時，可以通過標(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，不需要增加外部的行程開關(guān)，可以通過多個程序組合來完成一個零件的分段淬火加工；在該模式下還可以對淬火的輔助工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，如感應(yīng)器加熱延時時間，噴液延時時間，齒輪加工空行程時的速度以及淬火加工時的速度設(shè)定。