CCY型齿轮模压淬火机床电气研制探索

吴红

摘要： CCY型齿轮模压淬火机床是宁夏机械研究院股份有限公司（以下简称机械院）针对外径值500mm的各种齿轮及其它圆形、扁平形和圆柱形零件淬火而设计的新产品。电气控制系统作为机床的核心部分之一，它的安全性、连续性运行显得非常重要；在充分了解机床的工作流程、工艺要求的基础上，利用PLC可编程序控制器、变频器、人机界面技术设计制作了一套具有自动化程度高、可靠性强的自动化控制系统；经过用户多年使用，淬火产品其硬度和平整度均达到或超过技术指标，完全满足生产要求。CCY型齿轮模压淬火机床的研制成功，为国内外齿轮厂家对直径在152mm～685mm之间、高度在254mm以内的齿轮模压淬火提供了设备上的保证。

Abstract： CCY-type gear die-quenching machine is a new product designed by Ningxia Machinery Research Institute Co.， Ltd. for various gears with outer diameter of 500mm and other circular， flat and cylindrical parts quenched. The safety and continuous operation of electrical control system， which is one of the core parts of the machine， is very important. On the basis of fully understanding the work flow and process requirements of the machine tool， the PLC， frequency converter and man-machine interface technology are used for the design and manufacturing of a set of highly automated and highly reliable automated control system. After years of use by users， the hardness and flatness of quenching products all met or exceeded the technical indicators and fully met the production requirements. The successful development of CCY-type quench press provides a guarantee on the equipment for the domestic and foreign gear manufacturers on the gear molding quenching with the diameter between 152～ 685mm and the height within 254mm.

關键词： PLC可编程序控制器；变频器；人机界面

Key words： Programmable Logic Controller（PLC）；frequency converter；human machine interface

中图分类号：TG155.3+2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）33-0105-02

0 引言

CCY型齿轮模压淬火机床主要有主机、液压系统和电气控制系统三部分组成。主机要求齿轮淬火压机结构紧凑、零部件配合严密，整个机床采用了新型技术，增加了脉动循环、油流量控制装置、滑动下模和一个补偿淬火操作期间扁平齿轮凹下或鼓起缺陷倾向性而调整下模板的表盘，保证了设备的可靠性、实用性和安全性；液压系统由主油缸、内、外环油缸及其它油路组成，由于该机床使用环境恶劣、现场温度高，要求对不同类型齿轮零件可随意设定淬火流量、脉动时间，所以在设计和制作电气控制系统时要缜密思考并采取有效措施以保证电气运行的可靠性，随着科学技术的不断发展，运用PLC可编控制器、变频器、触摸屏技术，设计制作出一套自动化程度高、可靠性强、易操作的电气控制系统是可行的，也是非常必要的。

1 工作原理

机工作顺序：淬火压机待料时，工作台移出至待料位，提升油缸、油罩、内外环脉动油缸处于卸荷状态，模具、中心油缸处在上限位。工作时，由人工用天车或由自动上料装置将加热到要求温度的红热工件放到淬火盘上，工作台移进至淬火位置，上压模油缸下降到位，中心油缸将扩张器撑开对工件进行定位，同时内外环模具和工件齿面有效接触；然后启动淬火油泵开始对工件进行冷却淬火（整个淬火过程在油罩内进行）。在淬火过程中脉动系统实时动作，保证工件在淬火过程中的合理收缩，并最终保证工件的淬火质量和淬火后的尺寸精度。淬火完成后，提升油缸带动油罩、内外环脉动油缸及模具、中心油缸上升，工作台移出，由人工或出料装置将工件移至出料台上，完成一个循环的淬火。

2 硬件构成

CCY型齿轮模压淬火机床电气控制系统由PLC可编程序控制器、模拟量模块、触摸屏、液压泵、冷却泵、变频器及液压阀组等组成（见图1），下面简单介绍一下它们的特点以及在系统中所起的作用。

2.1 PLC可编程序控制器

考虑到设备对输入/输出点的要求，本系统中PLC可编程序控制器选用欧姆龙公司生产的CPM2AH-60CDR-A型号的CPU，具有以下特点：①支持三种编程语言[1]；②可进行分散控制和模拟量控制；③带高速扫描和高速中断的高速处理；④可以使用CPM1A的扩展单元；⑤丰富的应用指令使复杂控制简化。endprint

PLC可编程序控制器是本系统的核心元件，它能完成机床工艺要求的各种控制任务、淬火油流量大小控制、油池温度控制，另外PLC还和触摸屏通过RS485接口进行数据交换，可以实时监控机床工作状态、故障原因、流量大小及各种参数的设定等。

模拟量模块选用欧姆龙公司的CPM1A-MAD01，该模块具有以下特点：①能同时把模拟量转化成数字量，也能把数字量转化成模拟量；②配备2路模拟量输入通道/1路模拟量输出通道，最大分辨率9位；③基于电压、电流的多种模拟量输入/输出可供选择；④模块和PLC可编程序控制器可通过缓冲存储器进行数据交换。

CPM1A-MAD01模块采集流量变送器及油池温度变送器的模拟信号，将这2种信号送入缓冲存储器中，PLC可随时读取，来控制流量和温度大小，同时CPM1A-MAD01输出模块把PLC里的变频数字信号转换为模拟量输出信号，送到变频器外部频率给定端VF，来控制冷却泵转数，控制淬火流量。

2.2 人机界面

人机界面选用的是台湾台达公司生产的DOP-B10S615触摸屏[2]，该屏不但具有一般人机界面软件提供的功能外，还提供了以下特点功能：①画面编辑器支持使用Windows系统的字型来编辑画面；②利用宏功能可以帮助PLC处理复杂的运算功能，有效分担PLC的工作量；③使用USB快速上下载程序；④可同时支持多台不同厂牌的控制器等。人机界面将按钮操作、参数设定、修改、工作状态显示、故障报警等都集中在一个操作屏上，这样很大程度上减少了电气硬件配置，同时也节约了PLC可编程序控制器的I/O点数。

2.3 变频器

变频器选用的是ABB公司生产的ACS510-01系列产品，变频器在可编程序控制器的控制下选用ABB标准宏工作模式[3]，当机床对工件进行淬火时，变频器带动冷却泵运行，可根据触摸屏中所设定的流量大小来控制冷却泵的转数，从而控制淬火流量的大小。

3 程序

本系统根据硬件配置要求，程序分2大类：①PLC可编程序控制器程序；②触摸屏程序。

PLC程序编制采用模块化结构，这样既方便调用也容易阅读，下面分别介绍这2类程序的主要功能。

3.1 模块化结构程序的编写

3.1.1 淬火油流量与运行时间

为满足设备工艺要求，在触摸屏中将淬火油流量和运行时间设计成3段程序控制，机床运行时可随时设定与修改参数，这样可以根據现场实际情况，改变每一段的喷油流量大小与运行时间，满足用户的技术要求。

3.1.2 内、外环脉动

该机床在机械设计上对工件淬火采用外环、内环和内孔可以分别施加压力运行，用9个活塞分别实现这样的动作，以便满足对淬火工件的整形要求；为实现这个功能，在触摸屏中设计了脉动加压与不加压2种选择方式，同时在脉动加压时，又可对内环和外环进行同步加压动作和异步加压动作2种选择；这样的设计符合不同工件不同工艺的淬火要求，得到了用户认可和好评。

3.1.3 防火功能

在设备自动运行过程中，偶然会出现热工件放入工作台后，因设备机械故障造成设备停止运行，使上油缸罩子上粘着的淬火油滴到红工件上，工件遇空气中氧气而着火；为解决这个问题，在PLC可编程序控制中增加了防火功能程序段，当出现以上故障，设备超过2秒没有按原有程序步骤运行时，冷却泵电机会自动运行，将明火浇灭，报警器发出响声，同时在触摸屏上显示出报警信息。

3.2 人机界面程序功能

在人机界面程序中建立了7个界面窗口，这7个窗口功能如下：①界面窗口1：手动状态、自动状态、报警查询、联系电话进入快捷键；②界面窗口2：公司单位名称及联系方式；③界面窗口3：参数设计界面，可对3段淬火流量和淬火时间、脉动频率、脉动方式、油池温度进行设定和修改；④界面窗口4：手动运行方式显示各行程开关实时状态、设备运行步骤及位置状态；⑤界面窗口5：自动运行方式显示流量大小、运行剩余时间、脉动频率、油池温度、设备运行步骤及相应位置状态；⑥界面窗口6：报警界面，实时显示故障原因及排除方法；⑦界面窗口7：调试界面，在设备初期调试中，校对流量大小与变频器频率大小。

4 结语

CCY型齿轮模压淬火机床经过多次调试，完全达到了用户对齿轮表面硬度和平整度的要求，现已经批量投产。CCY型齿轮模压淬火机床电气控制系统具有以下优点：①自动化程度高，大大降低了操作工人的劳动强度；②可靠性高，保证了生产的联系性；③故障自诊断功能，方便维修人员找到故障原因；④淬火流量、淬火时间、脉动频率、同步/异步脉动选择都集中在人机界面的一个显示屏上，方便参数的设定与修改；现存在的缺点是工件与中心缸的对中调整较繁琐，在以后设计制作过程中需要逐步完善。CCY型齿轮模压淬火机床研制成功，不仅为公司淬火压机系列增加了一台新设备，而且也为齿轮淬火行业提供了一种全新的自动化设备。

参考文献：

[1]SYSMAC CPM1/CPM1A/CPM2A/CPM2AH/CPM2C/SRM1（-V2）可编程序控制器编程手册.OMRON特约经销商.2003：12.

[2]台达DOP-B系列人机界面使用手册[M].上海：中达电通股份有限公司，2009：9.

[3]低压交流传动用户手册ACS510-01变频器（1.1…160kW）[M].北京：ABB电气传动系统有限公司，2010.endprint