ZCJ-1400特大型軸承淬火壓床是某公司研制開發(fā)的一種針對特大型軸承的淬火設(shè)備，通過更換模具可對直徑為700~1 400 mm、最大高度為500mm、最大壁厚為100 mm的軸承套圈進(jìn)行淬火。該設(shè)備包括壓床主機(jī)、進(jìn)出件機(jī)械手、冷卻系統(tǒng)、液壓、氣動系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)。按工藝要求，可設(shè)定淬火的自動控制程序，完成上料一淬火一出料的全自動循環(huán)過程。其工作循環(huán)如圖1所示。在滾底加熱爐內(nèi)加熱到規(guī)定溫度的工件，通過過渡平臺轉(zhuǎn)移到淬火壓床上進(jìn)行淬火。淬火完成后，工件脫模，由機(jī)械手抓取出料，送入出料輥棒線進(jìn)入下一個工序，完成一個循環(huán)的全自動淬火過程，并自動進(jìn)入下個淬火過程。

1 主機(jī)結(jié)構(gòu)及工作循環(huán)

　　該機(jī)床采用內(nèi)撐式模具強(qiáng)行阻止工件變形，可以針對軸承內(nèi)圈、單錐外圈和雙錐外圈分別淬火。下面主要以雙錐外圈工件的淬火來詳細(xì)闡述其工作過程。

　　工作時，機(jī)床的可移出式工作臺11移出，停留在待料位置，工作臺上安裝有調(diào)整好的下模具15；動橫梁3處于上位，動橫梁上安裝有上模具13，模具隨動橫梁處于上位；油罩5隨動橫梁提起到最高位置；加熱出爐的工件由機(jī)械手抓取，移動到機(jī)床的工作臺上方，放入下模具；可移出式工作臺移入到位，上油缸2油流接通，動橫梁下行，油罩下降，鎖緊拉桿6插入鎖扣8中，模具鎖緊機(jī)構(gòu)動作，上下模具鎖緊為一體，下模具缸16拉動模具，對工件施壓，冷卻油液開始循環(huán)，工件在模具保持下急冷淬火；淬火過程結(jié)束后，鎖緊油缸換向解鎖，上油缸換向上行，下模具缸提升模具松開，上油缸提起油罩，工作臺油缸換向移出到原始位置，已淬火工件隨同模具到初始位置，啟動機(jī)械手抓走已淬火的工件，一個工作循環(huán)完成。原位等待下一個循環(huán)的開始。

2 電、氣、液控制

　　該壓床主機(jī)主要采用液壓作為其動力源，采用行程開關(guān)對其進(jìn)行位置控制。

　　而機(jī)械手的上升、下降、抓取和釋放則是通過氣壓驅(qū)動的，從空氣站來的壓縮空氣首先經(jīng)過氣源處理三聯(lián)件，經(jīng)除水、穩(wěn)壓后進(jìn)入各氣缸，氣缸體上有磁性限位開關(guān)，移動磁性開關(guān)位置可以調(diào)整活塞的行程。機(jī)械手的前進(jìn)、后退采用電機(jī)通過齒輪齒條嚙合的方式拖動，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速可對其進(jìn)行速度控制。

　　該壓床電氣控制部分以兩臺PLC為核心，利用觸摸屏進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)各個功能。PLC通過接收程控柜、觸摸屏上的開關(guān)信號，以及各行程開關(guān)的信號，經(jīng)處理后給出相應(yīng)輸出，控制中間繼電器的通斷，進(jìn)而利用繼電器的觸點(diǎn)控制后續(xù)顯示、報(bào)警、電機(jī)及電磁閥控制電路，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的各個功能。總體控制系統(tǒng)分別利用兩個變頻器對淬火油泵電機(jī)和機(jī)械手迸退電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制；通過控制電磁閥的通斷，來改變主機(jī)的液壓油路和機(jī)械手的氣路，從而完成壓床的各個動作，如工作臺的移出、回位，油罩的上升、下降，機(jī)械手的前進(jìn)、后退、抓取、釋放等；通過控制接觸器的通斷，進(jìn)而控制輥棒電機(jī)、液壓油泵電機(jī)、冷卻油泵電機(jī)的啟停；淬火油溫信號經(jīng)傳感器、變送器送人PLC模擬模塊，經(jīng)處理后，通過接通固態(tài)繼電器使電熱絲上電，對油進(jìn)行加熱，或接通接觸器，使冷卻油泵電機(jī)上電，對淬火油進(jìn)行冷卻。

　　該壓床的電氣控制系統(tǒng)主要由兩部分組成，主機(jī)和機(jī)械手采取分別控制的方式。

　　主機(jī)采用的是西門子公司的S7-300系列PLC，擴(kuò)展了3個32點(diǎn)輸入模塊和2個32點(diǎn)輸出模塊，并采用開關(guān)電源模塊將220V交流電轉(zhuǎn)換為24 V直流電，分別給PLC的輸入模塊、中間繼電器和傳感器進(jìn)行供電。

淬火油泵轉(zhuǎn)速可調(diào)，該壓床選用臺達(dá)B系列變頻器對淬火油泵電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。在模具夾緊淬火過程中根據(jù)淬火工藝要求可采取多段油速控制，最多可設(shè)置256種速度。其他時段，淬火電機(jī)低速運(yùn)行，一方面避免了電機(jī)的頻繁啟停。另一方面起到油池油溫循環(huán)攪拌的作用。

　　機(jī)械手電氣控制部分采用的是臺達(dá)DVP-40ES2型PLC，采取單獨(dú)的PLC進(jìn)行控制大大方便了機(jī)械手的布線，整個機(jī)械手部分與外界的連接只有與空氣站相連的一根氣管、與觸摸屏相連的一根通訊線和一根電源線。控制機(jī)械手進(jìn)退的電機(jī)采用臺達(dá)B系列帶制動電阻的變頻器進(jìn)行轉(zhuǎn)速及正、反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，可有效避免機(jī)械手限位停止時對壓床的沖擊。

　　為方便使用，該壓床采用臺達(dá)DOP．B10S615型觸摸屏作為人機(jī)交互的工具。觸摸屏通過RS232接口與兩臺PLC連接進(jìn)行實(shí)時通訊，可以將設(shè)定參數(shù)寫入PLC的寄存器，同時也可將PLC寄存器中的數(shù)據(jù)讀出，從而實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定、實(shí)時監(jiān)控以及錯誤報(bào)警。在淬火壓床的控制系統(tǒng)中，減少了控制柜上的開關(guān)數(shù)量，省去了復(fù)雜的電氣接線，具有界面友好、功能強(qiáng)大、靈活性高等優(yōu)點(diǎn)。觸摸屏設(shè)置的報(bào)警功能能夠使作者及時準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)和排查系統(tǒng)故障，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能夠大大減少排查故障需用的時間。

3 淬火油溫控制

　　淬火油溫是影響淬火質(zhì)量的一個關(guān)鍵因素。這里利用西門子模擬模塊接收變送器送來的油溫信號，并據(jù)此發(fā)出相應(yīng)的加熱、冷卻、報(bào)警、急停等控制信號。

　　初始工作時，PLC控制固態(tài)繼電器吸合，4組電加熱管接通，對淬火油進(jìn)行加熱，加熱電路如圖7所示(圖中只畫出其中一組電加熱管)，3只電流表可對電路進(jìn)行監(jiān)視。此時淬火油電機(jī)低速運(yùn)行，起到淬火油循環(huán)攪拌的作用。當(dāng)油溫上升到設(shè)定值(約50℃)時，發(fā)出聲音信號，停止加熱，此時按下啟動按鈕，淬火循環(huán)開始。在淬火過程中，對油溫采取0n／0ff調(diào)節(jié)，即：當(dāng)油溫超過規(guī)定溫度時，啟動冷卻器，對油溫進(jìn)行冷卻；當(dāng)油溫冷卻到冷卻下限溫度時，自動關(guān)閉冷卻器。若啟動冷卻器后油溫仍繼續(xù)上升，達(dá)到高溫報(bào)警油溫(約80℃)時，啟動聲光報(bào)警，此時，淬火壓床仍可繼續(xù)工作。若溫度上升到超高溫急停油溫時，系統(tǒng)自動切斷工作電路，壓床停止冷卻系統(tǒng)由貯油箱、離心泵和冷卻器等組成，當(dāng)貯油箱內(nèi)的油溫度過高時，離心泵將淬火油打入冷卻器冷卻，再返回貯油箱，經(jīng)管道向冷卻油罩內(nèi)噴油、對工件進(jìn)行冷卻淬火。循環(huán)溢出的冷卻油經(jīng)壓床通道和底座回流到油池。

　　該設(shè)備附設(shè)地下油池，并加裝強(qiáng)制冷卻設(shè)施，保證在連續(xù)生產(chǎn)時，油溫保持在規(guī)定范圍內(nèi)。

4 結(jié)束語

　　該壓床是國內(nèi)首臺自主研發(fā)的特大型淬火壓床，集機(jī)、電、氣、液為一體，采用兩臺PLC分別對主機(jī)和機(jī)械手進(jìn)行控制，既方便了機(jī)械手的布線，又為日后的檢修工作提供了便利。采用觸摸屏作為人機(jī)交互的工具，具有界面友好、功能強(qiáng)大、靈活性高、便于排查故障等優(yōu)點(diǎn)。針對大型油池油溫采取On／Oil調(diào)節(jié)，控制方式簡單，易于實(shí)現(xiàn)，使油溫保持在工藝要求范圍內(nèi)。整機(jī)具有自動化程度高、可靠性好、淬火工件質(zhì)量穩(wěn)定、占地面積小等顯著特點(diǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。