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近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，企業(yè)資源計(jì)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(jī)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(jìn)行在線金屬熱處理，在國(guó)內(nèi)外機(jī)械熱處理行業(yè)已廣泛應(yīng)用，在制造多功能回 轉(zhuǎn)式淬火機(jī)床時(shí)，筆者研制了支持現(xiàn)場(chǎng)總線的數(shù)控系統(tǒng)使機(jī)床支持工業(yè)以太網(wǎng)，進(jìn)而可以與 車間級(jí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換，并進(jìn)行遠(yuǎn)程淬火參數(shù)設(shè)置。

1多功能回轉(zhuǎn)式淬火機(jī)床簡(jiǎn)介
　　感應(yīng)加熱是利用電磁感應(yīng)的方法對(duì)導(dǎo)體材料進(jìn)行加熱。其主要優(yōu)點(diǎn)是 “效率 高、成本低、節(jié)能、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jī)床、感應(yīng)器和淬火變壓器。
　　多功能回轉(zhuǎn)式淬火機(jī)床是一條具有完善保護(hù)功能的自動(dòng)加工線，采用回轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，使上、下 料在同一個(gè)工位位置完成，操作方便；該機(jī)床可以同時(shí)加工同一種零件上的3個(gè)不同表面， 做到一個(gè)工件在一臺(tái)淬火機(jī)床上一次完成淬火，且每個(gè)加工工位參數(shù)設(shè)置有一定的柔性冗余 ，可以實(shí)現(xiàn)各種淬火方式，如同時(shí)、連續(xù)、連續(xù)同時(shí)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。
1.1一體化設(shè)計(jì)
　　為了減少占地面積和安裝周期，采用一體化設(shè)計(jì)，即將機(jī)床與淬火液循環(huán)系統(tǒng)、冷 卻液循系統(tǒng)、加熱電源和淬火變壓器集成于一體，其層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　從圖1可以看出，在高度方向上該機(jī)床結(jié)構(gòu)分為3層，上支板以上為轉(zhuǎn)盤(pán)、夾 具、淬火液回收槽等，上支板①與中支板②之間為運(yùn)動(dòng)部件，中支板②與底座③之間為執(zhí) 行部 件（電機(jī)）和減速機(jī)。這種結(jié)構(gòu)形式能有效地防止淬火劑對(duì)某些機(jī)（電）部件的不良影響，同時(shí) 便于部件的拆裝維修。
1.2生產(chǎn)線化
　　多功能感應(yīng)淬火機(jī)床采用9工位回轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，其中3個(gè)工位為加工工位，圖2為工位 分布及流程示意圖，圖中A、B、C為3個(gè)上下料工位，A′、B′、C′ 為3個(gè)加工工位，可以對(duì)同一個(gè)工件的3個(gè)不同部位進(jìn)行淬火（回火），也可以對(duì)3個(gè) 不同的工件或3個(gè)相同的工件進(jìn)行獨(dú)立淬火（相當(dāng)于3臺(tái)機(jī)床），轉(zhuǎn)盤(pán)可以分度40°、80°、12 0°以適應(yīng)不同工件的淬火要求。

2數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　多功能回轉(zhuǎn)式感應(yīng)淬火機(jī)床要求：①3個(gè)加工工位同時(shí)獨(dú)立運(yùn)行；②連續(xù)淬火 時(shí)速度連續(xù)變化不停頓；③具有3個(gè)工位下降不到位和轉(zhuǎn)臺(tái)不到位自糾正功能。常規(guī)的數(shù)控 系統(tǒng)無(wú)法滿足這些功能，現(xiàn)自行研制的基于工控PC的數(shù)控系統(tǒng)，在Windows 2000下利用線程 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了上述功能。
2.1硬件總體設(shè)計(jì)
　　圖3給出了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖，3個(gè)工位的工件升降定位由步進(jìn)電機(jī)控制，3個(gè) 工位的旋轉(zhuǎn)由變頻器控制，轉(zhuǎn)臺(tái)分度及定位由步進(jìn)電機(jī)控制。
　　工控PC是系統(tǒng)的核心，一方面對(duì)機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行檢測(cè)與控制，另一方面通過(guò)網(wǎng)卡與車間 級(jí)網(wǎng)絡(luò)相連，使系統(tǒng)可以利用遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)輸入淬火參數(shù)，也可以顯示機(jī)床工作情況；PCI-1 240用于步進(jìn)電機(jī)速度和定位控制，同時(shí)檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)各種異常信號(hào)；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(dòng)、暫停、急停按 鈕，3個(gè)工位手動(dòng)加熱、噴液、旋轉(zhuǎn)、切換，轉(zhuǎn)臺(tái)快速正反轉(zhuǎn)、慢速正反轉(zhuǎn)，3個(gè)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(tái)及3個(gè)工位步進(jìn)電機(jī)使能控制。PCL-724為T(mén)TL電平輸入板，用于對(duì)到位、 缺料、缺水、*異常等信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，由于板上無(wú)電平轉(zhuǎn)換和信號(hào)隔離功能，而接近開(kāi)關(guān) 為24 V，所以使用PCLD－782作為輸入電平轉(zhuǎn)換和信號(hào)隔離電路；PCLD－885為16路高功率 繼電器輸出板，具有*的輸出驅(qū)動(dòng)能力，觸點(diǎn)容量為交流220V ；PCL720為64路開(kāi)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。

　　PCI-1601為RS232轉(zhuǎn)RS485接口板，主要用于與變頻器FR-E500連接，控制工件旋轉(zhuǎn)電機(jī)的 轉(zhuǎn)速，并監(jiān)視變頻器的運(yùn)行狀態(tài)，其連接線路如圖4所示。

　　圖4中R為終端匹配電阻，阻值為100 Ω。由于傳送速度和傳送距離等原因， 有可能受到反射的影響，故設(shè)此電阻。
2.2軟件設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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(gè)問(wèn) 題：①3個(gè)工位獨(dú)自使用加熱電源以及3個(gè)工位共享加熱電源時(shí)切換功能；②3個(gè)工位同時(shí)獨(dú) 立運(yùn)行軟件設(shè)計(jì)，并具有同時(shí)、連續(xù)掃描、分段同時(shí)、分段連續(xù)掃描等多種淬火功能；③應(yīng) 可以存儲(chǔ)百個(gè)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(wú)需編程，不 懂計(jì)算機(jī)的人可以完成工件參數(shù)的輸入；⑤在線幫助功能，隨時(shí)操作提示；⑥故障自診斷、 故障報(bào)警提示功能。
　　圖5給出了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總體框圖。

 

　　進(jìn)入主程序后，系統(tǒng)定時(shí)檢查操作面板【自動(dòng)／手動(dòng)】、【啟動(dòng)】、【急停】等按鈕狀態(tài)， 并觸發(fā)相應(yīng)事件；自動(dòng)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(tái)參數(shù)設(shè)置、步進(jìn) 電機(jī)加速度設(shè)置以及自動(dòng)淬火功能；手動(dòng)方式下，系統(tǒng)主要完成各工位手動(dòng) 操作、轉(zhuǎn)臺(tái)手動(dòng)操作、A B C 3工位及轉(zhuǎn)臺(tái)零位設(shè)置、自動(dòng)回零位功能和手動(dòng)參數(shù)設(shè)置。工 件 選擇在工件管理畫(huà)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(dòng)創(chuàng)建各工位參數(shù)文件名，并設(shè)置禁止運(yùn)行標(biāo)志同時(shí)給出提示。各工位淬火參數(shù)設(shè) 置完后，系統(tǒng)自動(dòng)取消禁止運(yùn)行標(biāo)志。總體框圖中沒(méi)有畫(huà)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(jī)。
2.2.1工件參數(shù)動(dòng)態(tài)分配
　　工件參數(shù)以數(shù)組形式傳送給A B C各加工工位的執(zhí)行程序，由于淬火程序步數(shù)無(wú)法確定，數(shù) 組 的下標(biāo)也就無(wú)法確定，因此系統(tǒng)采用數(shù)組動(dòng)態(tài)創(chuàng)建技術(shù)，使數(shù)組的下標(biāo)跟隨工件參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù) 的記錄數(shù)的變化而變化。
2.2.2線程技術(shù)
　　由于3個(gè)工位同時(shí)運(yùn)行，系統(tǒng)設(shè)置4個(gè)線程，3個(gè)線程用于A、B、C 3個(gè)工位淬火，一個(gè)線程用 于各工位運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)，轉(zhuǎn)臺(tái)分度由主程序完成；在淬火過(guò)程中，出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)立即 退出淬火程序，并進(jìn)行報(bào)警，某個(gè)工位出現(xiàn)異常，不影響其它工位運(yùn)行；若出現(xiàn)工位下降不 到位或轉(zhuǎn)盤(pán)分度不到位的情況，系統(tǒng)自動(dòng)找位。
2.2.3遠(yuǎn)程參數(shù)修改
　　考慮到成本的問(wèn)題，程序沒(méi)有采用C／S結(jié)構(gòu)，也不支持遠(yuǎn)程O(píng)DBC，為了支持遠(yuǎn)程修改淬火參 數(shù)，可以在遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)上安裝本軟件，對(duì)參數(shù)文件修改后將參數(shù)文件復(fù)制到機(jī)床控制計(jì)算機(jī) ，而后在機(jī)床控制計(jì)算機(jī)上退出應(yīng)用程序并重新運(yùn)行。

3結(jié)論
　　小型感應(yīng)熱處理中心是綜合了上感應(yīng)熱處理機(jī)床的緊湊化、柔性化、多 軸化、生產(chǎn)線化、計(jì)算機(jī)化等方面的一些要點(diǎn)研制的9工位感應(yīng)熱處理中心，在國(guó)內(nèi)已應(yīng)用 于摩托車曲柄的淬火與回火，并于2001年9月通過(guò)了河南省科委主持的技術(shù)鑒定，經(jīng)專家測(cè) 試，機(jī)床升降重復(fù)定位精度≤±0.03 mm，分度定位精度≤±0.02°，工件移動(dòng)速度1～30 0 mm／s。與某廠進(jìn)口的類似機(jī)床（一臺(tái)電源帶3臺(tái)淬火機(jī)床）相比，小型感應(yīng)熱處理加工中心 在功能、價(jià)格、結(jié)構(gòu)、占地面積、工人勞動(dòng)強(qiáng)度、加工效率等方面明顯優(yōu)于進(jìn)口同類機(jī)床， 在故障診斷與保護(hù)方面與進(jìn)口同類機(jī)床相當(dāng)。該機(jī)床樣機(jī)在2001年10月份北京熱處理展 覽會(huì)上展出，得到了業(yè)內(nèi)人士的*。