卧式数控淬火设备的组成及优势

淬火设备有别于其他冷加工设备，由供电电源、淬火机床、冷却系统和淬火系统组成，缺一不可。卧式数控淬火设备组成如图29-1所示。

KGPS-400/4是中频电源，功率为400kW、频率为4kHz，它是产生零件加热所需要的能源。

BP、BPT分别通过管路组成淬火和冷却软化水系统。BP提供零件淬火时所需要的水源；BPT用于冷却变压器、电容器、感应器用电源等。

1.淬火机床结构特点

淬火机床采用悬挂结构，结构如图29-2所示。

图29-1 卧式数控淬火设备组成

图29-2 卧式淬火机床结构简图

1—顶尖 2—淬火变压器与电容器组成的并联谐振系统 3—坦克链 4—后顶尖 5—滚珠丝杠拖架 6—淬火水箱 7—床身

淬火机床为卧式全封闭结构，前后顶尖用于夹持零件，被零件旋转电动机带动旋转；被加热零件、感应器、变压器组成谐振电路的电感支路，感应器接在变压器次级，变压器初级和电容器组成的并联谐振电路直接与中频电源相连，共同组成电源的负载；电源与谐振回路的电缆连同冷却变压器、电容器的冷却水管放置在坦克链上，在伺服电动机的带动下连同变压器、电容器一起前后移动，旋转电动机由变频器控制，伺服电动机由伺服驱动器驱动，中频电源输出能量的大小均由工控机控制，可完成手动、半自动操作。

手动操作包括：机械动作调整；冷规范工艺参数调整、热规范工艺参数调整。

半自动操作包括：在供电功率和频率允许的范围内，按被加工零件工艺要求编制的软件程序周而复始地实现感应淬火。

2.控制模式

（1）能量控制原理 根据资料，电压变化±5%，功率在±10%的范围内变动。工件所获得的能量P_t与淬硬层d的关系如图29-3所示。

从图29-3可知，功率P在±10%变化时的S是极小部分并近似于直线。如果把加热能量控制在一定范围内，那么淬硬层的变化也是极小的。同样，只要P_g±ΔP_g和t_g±Δt_g构成的面积足够小，那么，t_g±Δt_g和W_g±ΔW_g的面积也会足够小（见图29-4和图29-5）。这一点从数学分析也可以得到验证。因为P_g=f（t_g）、W_g=f（t_g）的函数关系是一一对应的。在工件加热过程中，由于某种原因瞬时功率变大时，根据某一规律加热时间减少；反之，时间加长。在控制系统中把累计近似能量积分值控制在EFGH偏差带内，就达到了控制能量的目的。当然，对于不同工件可以设置不同的偏差带，或同一工件根据不同质量要求也可以设置不同的偏差带。也就是说，设置的偏差带越小，获得的产品质量越高。

图29-3 工件所获得的能量P_t与淬硬层d的关系

（2）硬件组成 本系统采用华中数控股份有限公司生产的HNC-2000工业控制机，由信号检测、开关元件、伺服功率驱动器、交流伺服电动机、变频器、交流电动机及工业控制机等组成。系统硬件组成如图29-6所示。

1）模数转换的电流、电压、频率模拟信号从晶闸管中频电源引出，它们通过A/D转换模板变成标准的0～10V电压信号，直接送入工控机。

图29-4 P_g=f（t_g）变化曲线

P_g—瞬时功率设定值（kW） P_g±ΔP_g—瞬时功率变化偏差带（kW）

t_g—加热时间设定值（s） t_g±Δt_g—加热时间设定偏差带（s）

图29-5 W_g=f（t_g）变化曲线

W_g—能量设定值（kW·s） W_g=f（t_g）—能量设定偏差带（kW·s）

2）工艺参数诸如工件不同部位所需功率大小、加热淬火时间、零件转速多少、感应器所处准确位置等均以代码形式由工控机键盘设定。

3）输入开关量信号通过多路控制输入模板进入工控机；工控机通过多路控制输出模板控制输出负载变化。

4）拖架移动采用闭环控制。

3.软件组成

（1）控制软件总体结构 控制软件总体结构如图29-7所示。

（2）基本功能

1）自动加工模块。从文件中读入加工代码，解释并执行代码。

(www.xing528.com)

图29-6 系统硬件组成

2）程序编辑模块。加工代码的编辑。

3）能量控制模块。该模块主要负责能量的采集、显示及和能量模板偏差带进行比较的功能。在加工过程中，如果处于加热状态，则通过A/D转换采集电源的电压、电流和频率，并将采样值换算为功率值，将该值和能量模板偏差带进行比较。

图29-7 控制软件总体结构

4）模板编辑模块。通过采集的能量数据曲线，可以编辑上下偏差带，并将该偏差带作为模板，或者将已有的模板打开重新修改编辑模板。

5）手动控制模块。该模块实现状态显示【机床，电源】及手动参数的编辑修改。

6）故障诊断模块。该模块实现故障的自诊断及故障原因的显示。

4.程序规定用代码

M50 零件正转

M51 零件正转停止

M52 加热起动

M53 加热停止

M54 淬火水开关合；G01HS

M55 淬火水开关闭

M56 外水套开关合

M57 外水套开关闭

M58 气阀开

M59 气阀闭

M30 程序结束

F 延时时间，单位：0.1s

H 输出功率控制代码，单位：kW

S 零件旋转速度，单位：r/min

5.设备创新点

1）淬火机床全封闭结构，解决了溅水问题。

2）电缆拖链的应用解决了变压器长距离移动问题。

3）振荡电路中变压器电容器一体，节电显著。

4）拖架伺服电动机驱动，定位准确、速度平稳。

5）淬火过程能量控制，淬火质量稳定。

6）变功、变速，能够适应各种结构复杂零件淬火需要。

7）指令少，编程容易，使用方便灵活。

8）自诊断功能，为设备维修提供极大方便。

9）机械结构初次采用了悬挂式运动机构。