背景介紹

近年來,，隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，企業(yè)資源計劃（ERP）的應(yīng)用已日漸普及,，制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的研究和應(yīng)用也得到業(yè)界的高度重視,。感應(yīng)熱處理機床是一種清潔熱處理設(shè)備，符合現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的3S標(biāo)準(zhǔn)（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(yīng)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(luò)進行信息交換,，并進行遠程淬火參數(shù)設(shè)置,。

多功能回轉(zhuǎn)式淬火機床簡介

感應(yīng)加熱是利用電磁感應(yīng)的方法對導(dǎo)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(yīng)加熱設(shè)備主要包括：加熱電源,、感應(yīng)熱處理機床、感應(yīng)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(shè)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(yīng)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(shè)計

為了減少占地面積和安裝周期,，采用一體化設(shè)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(shè)計

多功能回轉(zhuǎn)式感應(yīng)淬火機床要求：① 三個加工工位同時獨立運行（相當(dāng)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(luò)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(shè)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(shè)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(shè)計

由于淬火機床是特殊的機床設(shè)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(shè)備的輻射干擾特別嚴(yán)重,，為此控制系統(tǒng)采用如下抗干擾措施。

軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)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(shè)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(yīng)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(shè)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(yīng)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?！康劝粹o狀態(tài),，并觸發(fā)相應(yīng)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(shè)置,、轉(zhuǎn)臺參數(shù)設(shè)置,、步進電機加速度設(shè)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(shè)置,、自動回零位功能和手動參數(shù)設(shè)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(shè)置禁止運行標(biāo)志同時給出提示。各工位淬火參數(shù)設(shè)置完后,，系統(tǒng)自動取消禁止運行標(biāo)志,。總體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(shè)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(fù)制到機床控制計算機，而后在機床控制計算機上退出應(yīng)用程序并重新運行,。

結(jié)論

小型感應(yīng)熱處理中心是綜合了國際上感應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(fù)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(yīng)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(dāng),。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,。