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　　目前，上汽車生產所采用的感應淬火設備正逐步向柔性化程度發展。通用淬火機床更加通用，功能更加完善。具有代表性的日本DKK、西班牙GH、德國AEG、跨國公司的EFD產品應用十分廣泛。它們的共同特點是，在一臺淬火機床口可對不同性能要求的不同零件進行感應加熱淬火，甚至同一零件多段變功變速也能達到；采用計算機控制技術監控并顯示淬火過程和工藝參數，跟蹤全部加工過程，數控技術應用十分活躍并日漸成熟；計算機控制成為控制主流，主驅動采用交流伺服電機拖動，移動速度穩定均勻、定位準確、重復精度高；零件旋轉采用變頻調速，能適應多方面工藝要求；代表機械傳動技術的滾珠絲杠和直線導軌等*技術被大量采用；配套成龍的電源、淬火機床、冷卻系統的感應加熱淬火裝置已屢見不鮮。
　　
　　自改革外放以來，一汽集團公司雖然引進了多臺感應淬火設備，但汽車生產中應用zui多的通用試驗設備仍是低層次的PLC控制的淬火機床。其效率低、功能差、難以保證淬火質量。
　　
　　為了保證汽車新產品開發進度，彌補通用淬火機床功能不足，在消化理解*技術的基礎上，經過兩年的刻苦攻關，集團公司采用數控和能量控制技術研制成功并直接應用于生產的通用多功能臥式數控淬火機床，技術性能國內、功能接近20世紀末期從GH公司引進沒備水平。半年多運行表明，性能穩定、質量可靠。
　　
　　一、臥式數控淬火設備組成
　　
　　淬火設備有別于其他冷加工設備，由供電電源、淬火機床、冷卻系統和淬火系統組成，缺一不可。臥式數控淬火設備組成如圖1所示。

圖1  臥式數控淬火設備組成

    KGPS-400/4是中頻電源，功率為400kw、頻率為4kHz，它是產生零件加熱所需要的能源。
   BP、BPT分別通過管路組成淬火和冷卻軟化水系統。BP提供零件淬火時所需要的水源；BPT用于冷卻變壓器、電容器、感應器用電源等。
    二、淬火機床結構特點
淬火機床采用懸掛結構。結構如圖2所示。

                       1.* 2.淬火變壓器與電容器組成的并聯諧振系統 
                  3.坦克鏈 4.后* 5.滾珠絲杠拖架 6.淬火水箱 7.床身
                                     圖2  臥式淬火機床結構簡圖

   淬火機床為臥式全封閉結構。前后*用于夾持零件，被零件旋轉電機帶動旋轉；被加熱零件、感應器、變壓器組成諧振電路的電感支路，感應器接在變壓器次級，變壓器初級和電容器組成的并聯諧振電路直接與中頻電源相相連，共同組成電源的負載；電源與諧振回路的電纜連同冷卻變壓器、電容器的冷卻水管放置在坦克鏈上，在伺服電機的帶動下連同變壓器、電容器一起前后移動，旋轉電機由變頻器控制，伺服電機由伺服驅動器驅動，中頻電源輸出能量的大小均由工控機控制，可完成手動、半自動操作。
       手動操作包括：機械動作調整；冷規范工藝參數調整、熱規范工藝參數調整。
       半自動操作包括：在供電功率和頻率允許的范圍內，按被加工零件工藝要求編制的軟件程序周而復始地實現感應加熱淬火。



三、控制模式

    很多資料介紹數控原理，在此不再贅述，下面只介紹能量控制原理。

    1．能量控制原理

根據資料，當電壓變化±5％，功率在±10％的范圍內變動。工件所獲得的能量Pt與淬硬層d的關系如圖3所示。

                    圖3  工件所獲得的能量Pt與淬硬層d的關系

    從圖3可知：功率P在±10％變化時的S是極小部分并近似于直線。如果把加熱能量控制在一定范圍內，那么淬硬層的變化也是極小的。同樣，只要Pg±△Pg和tg±△tg構成的面積足夠小，那么，tg±△tg和Wg±△Wg的面積也會足夠小(見圖4和圖5)。這一點從數學分析也可以得到驗證。因為Pg=f(tg)，Wg=f(tg)的函數關系是一一對應的。工件加熱過程中，由于某種原因瞬時功率變大時，根據某一規律加熱時間減少；反之，時問加長。在控制系統中把累計近似能量積分值控制在EFGH偏差帶內，就達到了控制能量的目的。當然，對于不同工件可以設置不同偏差帶，或同一工件根據不同質量要求也可以設置不同偏差帶，也就是說，設置的偏差帶越小，獲得的產品質量越高。

                                   圖4  Pg=f(tg)變化曲線

注：Pg——瞬時功率沒定值，kW；

Pg±△Pg——瞬時功率變化偏差帶，kW

tg——加熱時間沒定值，s；

tg±△tg——加熱時間設定偏差帶，s。

                                         圖5  Wg=f(tg)變化曲線

注：Wg——能量設定值，kW.s；

Wg=f(tg)——能量設定偏差帶，kW.s。

    2．硬件組成

    本系統采用華中數控股份有限公司生產的HNC-2000工業控制機，由信號檢測、開天元件、伺服功率驅動器、交流伺服電機、變頻器、交流電機及工業控制機等組成。系統硬件組成如圖6所示。

                                                             圖6 系統硬件組成

    (1)模數轉換的電流、電壓、頻率模擬信號從品閘管中頻電源引出，他們通過A/D轉換摸板變成標準的0～10v電壓信號，直接送人工控機。

    (2)工藝參數諸如工件不同部位所需功率大小、加熱淬火時間、零件轉速多少、感應器所處準確位置等均以代碼形式由工控機鍵盤設定。

    (3)輸入開關量信號通過多路控制輸入模板進人工控機；工控機通過多路控制輸出模板控制輸出負載變化。

    (4)拖架移動采用閉環控制。

    四、軟件組成

    1．控制軟件總體結構

    控制軟件總體結構如圖7所示。

圖7 控制軟件總體結構

    2．基本功能

    (1)自動加工模塊  從文件中讀人加工代碼，解釋并執行代碼。

    (2)程序編輯模塊  加工代碼的編輯。

    (3)能量控制模塊  該模塊主要負責能量的采集、顯示及和能量模板偏差帶進行比較的功能。在加工過程中，如果處于加熱狀態，則通過A/D轉換采集電源的電壓、電流和頻率，并將采樣值換算為功率值，并將該值和能量模板偏差帶進行比較。

    (4)模板編輯功能  通過采集的能量數據曲線，可以編輯上下偏差帶，并將該偏差帶作為模板，或者將已有的模板打開重新修改編輯模板。

    (5)手動控制模塊  該模塊實現狀態顯示【機床，電源】及手動參數的編輯修改。

    (6)故障診斷模塊  該模塊實現故障的自診斷及故障原因的顯示。

    3．程序規定用代碼

    M50  零件正轉

    M51  零件正轉停止

    M52  加熱啟動

    M53  加熱停止

    M54  淬火水開關合；G01HS

    M55  淬火水開關閉

    M56  外水套開關合

    M57  外水套開關閉

    M58  氣閥開

    M59  氣閥閉

    M30  程序結束

    F    延時時間，單位：0.1s

    H    輸出功率控制代碼，單位：kw

    S    零件旋轉速度，單位：r/min

    五、數控臥式感應加熱淬火機床外型

    數控臥式感應加熱淬火機床外型如圖8所示。

                        圖8  成套臥式感應加熱淬火機床外型

    六、設備創新點

    (1)淬火機床全封閉結構，解決了濺水問題。

    (2)電纜拖鏈的應用解決了變壓器長距離移動問題。

    (3)振蕩電路中變壓器電容器一體，節電顯著。

    (4)拖架伺服電機驅動，定位準確、速度平穩。

    (5)淬火過程能量控制，淬火質量穩定。

    (6)變功、變速．能夠適應各種結構復雜零件淬火需要。

    (7)指令少，編程容易，使用方便靈活。

    (8)自診斷功能，為設備維修提供極大方便。

    (9)機械結構初次采用了懸掛式運動機構。

七、應用

    數控中頻臥式淬火機床研制成功后，與中頻電源、水冷系統、供電系統連機調試，2004年1月投人生產使用。截止到目前完成新產品試制、迂回生產汽車零件近百種。3月末前試制零件見下表。

數控中頻臥式淬火機床感應加熱試驗與試制件清單

注：運行表明，使用性能穩定、淬火質量可靠。

    八、經濟效益與社會效益

    1．經濟效益

    (1)將能量控制和數控*結合控制零件淬火質量在*開先河，一方面提高淬火質量；另一方面在加熱淬火過程中能夠改變功率，可大大縮短新產品開發工作中工藝試驗周期，保證試制進度，確保生產過程中淬火質量的穩定性。

    (2)將淬火變壓器與電熱電容器一體連接且匯流排間隙縮短為2mm，節電明顯，保守估算，提率8％～10％。

    2．社會效益

    將感應加熱模擬量控制改為數字量控制，對電源技術、淬火機床控制技術都將產生質的飛躍，為趕上*水平提供了可能。尤其是保證零件淬火質量創造了條件。這項技術用于通用淬火設備，如其中部分技術移植到淬火機床，將有廣闊的發展空間。