西門子控制系統(tǒng)在EFD感應(yīng)淬火機(jī)床上的開發(fā)應(yīng)用（上）

■ 董振海，鄒錦衛(wèi)，郝豐林

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一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介

1. 背景

輪轂軸承是汽車的關(guān)鍵零部件之一，其主要作用是承載重量并為輪轂的轉(zhuǎn)動(dòng)提供精確引導(dǎo)，不僅承受軸向載荷，還要承受徑向載荷。而熱處理又是汽車輪轂軸承制造過程中的關(guān)鍵工序。熱處理工藝質(zhì)量是影響輪轂軸承壽命的一個(gè)重要因素。

使用SIMOTION系統(tǒng)可以高效地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜機(jī)器的自動(dòng)化，SIMOTION系統(tǒng)可以使控制任務(wù)變得盡可能的簡(jiǎn)單和靈活，它將運(yùn)動(dòng)控制與PLC和工藝功能融合在一起，使機(jī)床控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與精度滿足現(xiàn)場(chǎng)的工藝要求，而模塊化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)還將獲得極高的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

2. 機(jī)械結(jié)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)高精度、高效率，以及產(chǎn)品質(zhì)量的嚴(yán)格控制，需要機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)達(dá)到精確配合。

設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（1）上料臺(tái) 用于上料，可以通過人工或機(jī)械手方式添加多個(gè)工件。

（2）龍門架 實(shí)現(xiàn)上料工位與淬火工件之間的工件搬運(yùn)。

（3）淬火工位 包括分度臺(tái)、工件的流轉(zhuǎn)，以及工件的表面淬火工藝處理。

（4）中間等待 淬火工位與回火工位之間的緩沖工位，實(shí)現(xiàn)工件的合理轉(zhuǎn)移。

（5）回火工位 包括回火搬運(yùn)氣缸，以及工件的表面回火工藝處理。

（6）打標(biāo)機(jī) 對(duì)工件打印編號(hào)，可加強(qiáng)質(zhì)量的追蹤與評(píng)估分析。

（7）剔料裝置 出現(xiàn)非正常工件時(shí)自動(dòng)剔除，防止廢工件流向下道工序。

（8）防銹裝置 工件表面防銹處理。

（9）下料臺(tái) 可以存儲(chǔ)大量工件。

3. 工藝流程

（1）將工件放置在矩形上料臺(tái)上，工件隨傳送帶往前傳送，上料臺(tái)清洗裝置對(duì)工件進(jìn)行清洗及吹干，完成后繼續(xù)往前傳送到上料臺(tái)出口處。

（2）上料臺(tái)末端檢測(cè)到工件存在，龍門架上料卡爪抓取工件至淬火工位旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的上下料工位。

（3）上下料工位對(duì)射傳感器檢測(cè)到工件，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)一個(gè)分度，工件傳送至淬火工位，壓盤或頂尖落下壓緊工件。感應(yīng)器下降至加熱位置，對(duì)工件進(jìn)行加熱，噴淋器噴淋。淬火完成后，感應(yīng)器及壓緊裝置退回至初始位置。

（4）淬火完成后，工作臺(tái)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)分度，工件轉(zhuǎn)至噴淋冷卻工位。輔助噴淋裝置對(duì)工件進(jìn)行再次冷卻。冷卻完成后，工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)一個(gè)分度，工件轉(zhuǎn)到上下料工位處。

（5）龍門架下料卡爪抓取上下料工位淬火完成后的工件至中間等待工位的夾具上，工件在此等待回火。其中，下料卡爪的放料順序?yàn)橹虚g等待工位2、中間等待位置1（見圖2）。

（6）回火上料卡爪將中間等待工位上的工件夾取至回火工位夾具上，感應(yīng)器移動(dòng)至加熱位置，對(duì)工件進(jìn)行加熱。加熱完成后，感應(yīng)器退回至初始位置?；鼗鹣铝峡ㄗ⒓庸ね瓿傻墓ぜA取至下料線，打標(biāo)機(jī)進(jìn)行打標(biāo)。

（7）打標(biāo)完成后，工件繼續(xù)前進(jìn)，經(jīng)回火后輔助冷卻裝置噴淋冷卻并吹干后，不合格工件經(jīng)過剔料裝置時(shí)被剔除至廢料箱，合格工件則被傳送至下料線末端。

（8）防銹工位右側(cè)卡爪將下料線末端的工件抓取至防銹工位夾具上，托盤帶動(dòng)夾具及工件下降至防銹液中進(jìn)行防銹處理。防銹處理完成后，托盤上升，防銹工位左側(cè)卡爪將工件夾取至防銹工作臺(tái)上。防銹工位的推料V形塊將工件推至吹氣裝置下方，吹氣裝置將工件上多余的防銹液吹掉，并吹干工件。

圖1 設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)

圖2 淬火機(jī)床工位總覽

圖3 控制系統(tǒng)

（9）防銹處理并吹干后，推料裝置將工件推至下料臺(tái)上，經(jīng)吹干后，隨傳送帶送至下料臺(tái)末端，整道淬火、回火工序完成。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

機(jī)床采用S I E M E N S SIMOTION D435 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、SLM智能型電源模塊、書本型驅(qū)動(dòng)模塊，控制系統(tǒng)包括兩種通信方式：第一種是控制系統(tǒng)與電源模塊，驅(qū)動(dòng)模塊，以及驅(qū)動(dòng)模塊與電動(dòng)機(jī)之間采用西門子標(biāo)準(zhǔn)DRIVE-CLIQ通信；第二種是控制系統(tǒng)與MP277以及遠(yuǎn)程I/O之間采用PROFIBUS-DP通信，如圖3所示。

控制系統(tǒng)主要部件及其功能如下：

（1）D435控制器 整個(gè)系統(tǒng)的控制單元。

（2）電源模塊 為驅(qū)動(dòng)模塊提供電源。

（3）驅(qū)動(dòng)模塊 伺服電動(dòng)機(jī)控制模塊。

（4）ET200S 拓展式外部數(shù)字量，模擬量輸入輸出信號(hào)。

（5）MP277 人機(jī)操作界面。