1 引言

　 cnc(computerized numerical control)是计算机数值控制系统的英文缩写，也称数控系统。在现代工业生产中得到了广泛的应用。

　 今天，随着计算机信息技术和生产技术的迅猛发展，制造业对产品生产制造也提出了更高的目标和要求：产品制造周期要求越来越短，零部件的生产效率和柔性化生产的程度越来越高，产品的加工质量和性能也要求更高、更稳定。cnc系统也从一般的产品的零部件加工控制(如车削、铣削、高速切削、等标准cnc数控机床)被逐步发展应用到产品的组装、包装乃至产品的运输(如焊接、点胶、封装，工业机器人、等cnc产业机械)等整个生产制造过程中去。

　本文以一台齿轮淬火机床cnc系统应用开发为例，详述了如何利用中达电通putnc-h4通用系列cnc、台达 delta交流伺服系统，并结合客户产品加工的工艺特点，为产业机械打造出客制化的cnc控制方案。

2 齿轮淬火机床对控制系统的要求

　2.1 机械设计

　 机械设计为3轴伺服控制和1轴变频器控制：

　(1) y轴为旋转轴，传动机构会根据加工零件类型时的转速要求而有所不同，分为伺服和变频器拖动异步电动机两种传动方式，当加工齿轮类零件时，伺服电机经过减速机和齿轮盘两级减速机构，带动被加工齿轮做分度运动。当加工零件为光轴类零件时，y轴伺服电机停止工作，传动结构改变为变频器拖动异步电动机经过同步带，带动光轴零件高速旋转。设计解决了伺服电机经过两级减速后，y轴转盘速度无法满足光轴类零件的淬火工艺要求的问题。两种传动方式通过电气互锁，确保安全。

　 (2) z轴为垂直轴，通过伺服电机直接驱动滚珠丝杆，带动淬火加热感应器上下运动，

　 (3) x轴为水平轴，同样通过伺服电机直接驱动滚珠丝杆，带动淬火感应器前后进给。其中y轴伺服和z轴伺服要求具有两轴插补功能，这样可以实现斜齿轮类和人字形齿轮类零件的淬火加工，而x轴伺服单动即可。

　 机械结构简图如图1所示。

图1 淬火机床机械结构

　 2.2 零件加工的工艺要求

　 (1) 机床要求能够加工直齿轮、斜齿轮、人字形齿轮、阶梯齿轮的淬火加工。齿轮的加工最大直径2米，齿顶高0.8米。最大齿数100齿。

　 (2) 机床在更换淬火感应器靠模后，还可以实现光轴类零件的淬火要求。

　 (3) 配合不同的淬火感应器靠模设计，能够实现的淬火方式：连续淬火、同时淬火、分段连续淬火(分段淬火通过程序设定，不需行程开关)、分段同时淬火。

　 (4) 齿轮淬火加工顺序要求间隔加工，以便留有足够冷却时间，保证齿轮最小的加工热变形，以齿数10为例，即按照1、3、5、7、9、2、4、6、8、10淬火顺序加工。

　 (5) 要求各伺服轴，空行程速度f0和淬火加工速度f1分段可调，齿轮分度旋转时速度稳定。

　 (6) 连续零件自动加工时，应保证足够的绝对精度，不会产生累计误差。

2.3 控制系统要求

　机床操作上要求有手动模式和自动模式，以及程式编辑模式三种基本工作状态。

　 (1) 在手动调试模式下：cnc系统可以通过操作面板控制伺服轴，快速jog移动和mpg手轮移动，方便操作工人调节感应器靠模和齿轮工件的位置；手动情况下可以通过外部的按钮来实现y轴变频电机旋转on/off、淬火感应器加热on/off、喷液电磁阀on/off、辅助喷液电磁阀on/off控制，方便操作者调机测试使用。(i/o规划参见方案的制定和实施)

　 (2) 在自动运行模式下：cnc系统可以按照预先选用的程序控制伺服电机运动，完成齿轮零件的全部淬火加工过程；可以使用自定义m代码来实现y轴变频电机旋转on/off、淬火感应器加热on/off、喷液电磁阀on/off、辅助喷液电磁阀on/off，i/o控制(m代码规划参见方案的制定和实施)；自动加工过程中可以实现任意暂停，单节测试等操作功能。

　 (3) 在程序编辑模式下：要求系统能够存储至少500组不同零件加工程式，并可以对程式内容进行编辑；在加工标准的直齿和斜齿齿轮时，控制系统可以根据齿轮工艺参数自动生成加工程式；加工光轴类零件时，可以通过标准的g代码实现零件程序设计；加工阶梯轴类零件时，不需要增加外部的行程开关，可以通过多个程序组合来完成一个零件的分段淬火加工；在该模式下还可以对淬火的辅助工艺参数进行设定，如感应器加热延时时间，喷液延时时间，齿轮加工空行程时的速度以及淬火加工时的速度设定。