1 导言
CNC（ComputerizedNumericalControl）是核算机数值操控体系的英文缩写，也称数控体系。在现代工业出产中得到了广泛的运用。
今日，跟着核算机信息技术和出产技术的迅猛开展，制作业对产品出产制作也提出了更高的方针和要求：产品制作周期要求越来越短，零部件的出产功率和柔性化出产的程度越来越高，产品的加工质量和功用也要求更高、更安稳。CNC体系也从一般的产品的零部件加工操控（如车削、铣削、高速切削、等规范CNC数控机床）被逐渐开展运用到产品的拼装、包装甚至产品的运送（如焊接、点胶、封装，工业机器人、等CNC工业机械）等整个出产制作进程中去。
本文以一台齿轮淬火机床CNC体系运用开发为例，胪陈了怎么运用中达电通PUTNC-H4通用系列CNC、台达DELTA沟通伺服体系，并结合客户产品加工的工艺特色，为工业机械打造出客制化的CNC操控计划。
2 齿轮淬火机床对操控体系的要求
2.1机械规划
机械规划为3轴伺服操控和1轴变频器操控：
（1）Y轴为旋转轴，传动组织会依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办法，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组织，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轴伺服电机中止作业，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。规划处理了伺服电机经过两级减速后，Y轴转盘速度无法满意光轴类零件的淬火工艺要求的问题。两种传动办法经过电气互锁，保证安全。
（2）Z轴为垂直轴，经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，相同经过伺服电机直接驱动滚珠丝杆，带动淬火感应器前后进给。其间Y轴伺服和Z轴伺服要求具有两轴插补功用，这样能够完结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）机床在替换淬火感应器靠模后，还能够完结光轴类零件的淬火要求。
（3）合作不同的淬火感应器靠模规划，能够完结的淬火办法：接连淬火、一起淬火、分段接连淬火（分段淬火通进程序设定，不需行程开关）、分段一起淬火。
（4）齿轮淬火加工次序要求间隔加工，以便留有满意冷却时刻，保证齿轮最小的加工热变形，以齿数10为例，即依照1、3、5、7、9、2、4、6、8、10淬火次序加工。
（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安稳。
（6）接连零件主动加工时，应保证满意的肯定精度，不会发生累计差错。
2.3操控体系要求
机床操作上要求有手动办法和主动办法，以及程式批改办法三种根本作业状况。
（1）在手动调试办法下：CNC体系能够经过操作面板操控伺服轴，快速JOG移动和MPG
手轮移动，便当操作工人调理感应器靠模和齿轮工件的方位；手动情况下能够经过外部的按钮来完结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、辅佐喷液电磁阀ON/OFF操控，便当操作者调机测验运用。（I/O规划拜见计划的拟定和施行）
（2）在主动工作办法下：CNC体系能够依照预先选用的程序操控伺服电机运动，
完结齿轮零件的悉数淬火加工进程；能够运用自界说M代码来完结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、辅佐喷液电磁阀ON/OFF，I/O操控(M代码规划拜见计划的拟定和施行)；主动加工进程中能够完结恣意暂停，单节测验等操作功用。
（3）在程序批改办法下：要求体系能够存储至少500组不同零件加工程式，并能够
对程式内容进行批改；在加工规范的直齿和斜齿齿轮时，操控体系能够依据齿轮工艺参数主动生成加工程式；加工光轴类零件时，能够经过规范的G代码完结零件程序规划；加工阶梯轴类零件时，不需求添加外部的行程开关，能够经过多个程序组合来完结一个零件的分段淬火加工；在该办法下还能够对淬火的辅佐工艺参数进行设定，如感应器加热延时时刻，喷液延时时刻，齿轮加工空行程时的速度以及淬火加工时的速度设定。
3 中达电通PUTNC-H4通用体系介绍
PUTNC-H4数控体系是中达电通公司针对工业机械的运动操控需求开发的一款通用型CNC数控体系。该CNC体系最大的特色便是敞开的体系架构，其CNC的状况信号Sbit意义、内置PLC的指令信号Cbit意义、体系特别寄存器R意义、以及体系内部特别变量V界说，被彻底敞开给机床制作商运用，规划者只需合作专用的PLC批改软件和LCD画面批改软件就能够对产品进行二次开发，然后打造出契合工业机械工艺要求和最终用户操作要求的客制化CNC体系，如图2所示。
图2PUTNC-H4数控体系
PUTNC-H4通用体系的特色：敞开式的体系架构，內含嵌入式PLC，可运用各类工业机械和主动化设备。高清晰LCD液晶显示，用户能够自行规划画面内容。合作PLC开发，可面板自界说按键功用，使操作更灵敏。最大4轴伺服接口,呼应可达500Kpps。解析度可设定至7位数，全闭环操控架构，操控精度更高。最大供给2组D/A输出、A/D输入。供给规范的24点输入和16点输出，可选配I/O扩展单元，56点输入，64点输出。具有主仆办法功用和被迫ENCODER反应功用，轻松构建主从追和顺同步裁剪功用。支撑规范G代码，供给变量表格编程和教训程序输入功用，编程更灵敏。更具有MACRO宏指令，能够进行数学、逻辑运算，NC编程功用更强壮。程序存储容量512Kbyte，NC程序组别高达1000组。供给RS232C规范接口，可衔接个人电脑（PC）完结DNC在线加工功用。
4 计划的拟定和施行
归纳上述的剖析，CNC体系选用PUTNC-H4C-3就彻底能够完结淬火机床的操控要求。以下将针对齿轮淬火的首要工艺要求对计划可行性逐个进行剖析。
4.1伺服方位操控和变频器速度操控的完结
PUTNC-H4C-3具有3个独立的伺服轴通道，能够完结X/Y/Z，3轴伺服联动，亦可恣意两轴伺服插补运动。伺服轴的进给速度能够经过G01直线插补的F值设定。解析度可设定至7位数，全闭环操控架构彻底能够保证满意的肯定精度，不会发生累计差错。
PUTNC-H4C-3体系还能够供给两路D/A模拟量输出接口，输出0~10V的模拟量电压。其间一路D/A输出经过LCD画面规划，直接批改体系变量参数数值来设定体系特别寄存器R143的巨细，用于淬火温度的操控。别的一路D/A输出经过设定体系特别寄存器R238=5，指定该通道为主轴转速机能，能够在NC程序中直接经过S代码设定变频马达的转速，用于光轴类零件的淬火加工。
经过PLC批改，Y轴的伺服马达的使能信号O004和变频器工作信号O000电气互锁，保证机械安全。CNC操控架构如图3所示。
图3CNC操控架构如
4.2体系的I/O规划，以及自界说M代码功用的完结。
机床制作商经过专用的PLC批改软体能够对PUTNC-H4通用体系的内置PLC进行批改，能够完结PLCI/O规划、电气安全互锁和用户自界说M代码功用。CNC淬火机床I/O规划如表1所示。
表1CNC淬火机床I/O规划
CNC淬火机床自界说M代码如表2所示。
表2淬火机床自界说M代码
自界说M代码PLC规划典范如图4所示。
图4自界说M代码PLC规划典范
4.3体系的操作功用的完结
PUTNC-H4系列通用数控体系是具有规范CNC的功用，因而能够轻松完结伺服运动操控。经过数控面板的操作能够完结办法切换、根本G代码编程、MPG手轮功用、恣意暂停、单节测验等操作功用。
机床制作商只需依据工业机械最终用户的操作习气和工艺要求，对按键和LCD画面做进一步的规划，使其能更直观的反映加工信息即可。因而和工控机、HMI人机+PLC的操控计划比较，不管在运动操控方面，仍是体系操作易用性和安稳性上都有着肯定的优势。
4.4加工程序G代码数据的生成和处理
淬火机床是热处理加工环节的一种专用设备，操作者往往具有本专业的理论根底，而对CNC根本不具有编程才能。所以怎么能够结合工业机械的本身的工艺特色，完美的生成和处理加工程序数据，是把通用CNC打造成工业机械专用体系的要害一步。淬火机床在程序批改上首要以下提出三点要求：
（1）加工光轴类零件时，能够经过规范的G代码完结零件程序规划。
（2）在加工规范的直齿和斜齿齿轮时，操控体系能够依据齿轮工艺参数主动生成加工程式。
（3）在程序批改办法下还能够对淬火的辅佐工艺参数进行设定，如感应器加热延时时刻、喷液延时时刻、齿轮加工空行程时的速度以及淬火加工时的速度设定。
中达电通PUTNC-H4系列数控体系不只支撑规范G代码编程外，还供给变量表格编程和教训程序输入，更支撑MACRO宏指令等多种NC编程功用，彻底能够满意机床程序批改要求，以下对上述三点要求完结打开详细阐明。
5 加工和辅佐工艺参数规划
5.1光轴类零件的加工和辅佐工艺参数的处理
（1）光轴类零件的加工工艺进程比较简单，最终用户稍加NC编程根底的培训，便能够经过人工G代码编程、示教办法，并合作自界说M代码来完结编程。
以下零件为例，淬火区域为赤色部分，G代码规划如下，其间X，Z轴的数据(如下例中的Z1、X1等)最终用户能够经过图纸核算得出，也能够经过CNC的示教功用收集得出。
（2）淬火辅佐工艺参数的处理。在淬火零件加工进程中，都会涉及到一些淬火机床加工辅佐工艺参数，如淬火进给速度F，延时时刻X等，这些参数即能够经过LCD规划的变量表格输入，也能够经过详细数值直接给定，如上例阐明描绘。工艺参数界面规划如下：
5.2齿轮类零件加工
齿轮零件一般首要分为直齿类零件和斜齿类零件两大类，人字型齿轮和阶梯类齿轮也是这两大类零件的延伸。以下就直齿轮零件的加工进程为例进行阐明，CNC是怎么结合工艺要求给操作者供给最便当的编程办法。将直齿类零件圆周，打开如图5所示。
图5直齿类零件圆周打开图
直齿淬火的一个淬火周期进程如下：Z轴快速进给到淬火起点B—–X轴淬火感应头进给到齿根—-Z轴以淬火速度提高，淬火感应头由淬火起点B上升到淬火结尾C—-Z轴，持续以快速进给提高到喷液安全间隔D—-X轴淬火感应头退回到齿顶—Y轴分度一个齿距A。直齿齿轮一个加工周期的G代码批改如下：
N01G01Z#210F#212Z轴提高到进给起点方位（直齿轮）
G01X#250F#213X轴进给到淬火方位，进给F值#213
M9淬火感应器加热
G04X#145延时变量#145秒
M25冷却喷液开
G04x0.5
M27辅佐冷却喷液开
G01Z#220F#222Z轴提高到淬火结尾，进给F值#222
M10淬火感应器中止加热
G04x0.5
M28辅佐喷液关
G01Z#230F#223Z轴提高到喷液中止方位D，进给F值#223
G04X#124延时变量#124秒
M26主喷液延时断
G01X#240F#213X轴退回，进给F值#213
G01Z#210F#212Z轴下降到进给起点方位，进给F值#212
N100G01Y#13125F#168Y轴分度，进给F值#168
N20M99
以上的举例，仅仅齿轮类零件的一个齿加工周期的工艺进程，关于多齿零件编程假如依托操作者人工G代码编程和示教办法生成数据并不适宜。因而需求更为便当的批改功用来完结G代码的主动生成和处理。
6 编程办法评论
6.1增量编程合作宏指令编程办法
宏指令编程便是运用CNC体系本身MACRO宏指令功用，进行数学、逻辑运算来完结加工程式主动循环。例如：
G65L01P#1A0齿数加工计数#1清零
N01G01Z#210F#212Z轴提高到进给起点方位（直齿轮）
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——————–直齿齿轮一个加工周期的G代码
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G01Z#210F#212Z轴下降到进给起点方位，进给F值#212
N100G01V#999F#168Y轴增量分度齿距#999，进给F值#168
G65L01P#2A#1当前齿数#1送入#2
G65L02P#1A#2B1#2+1=#1加工计数#1加一
G65L81P02A#1B#3判别，假如#1=#3，GOTON02#3为设定齿数
G65L84P01A#1B#3判别，假如#1<#3，GOTON01#3为设定齿数
N02M02
经过CNC增量编程，并合作MACRO宏指令功用编程办法，Y轴的增量进给V值有必要设定的很准确，否则会发生累计差错！而且机械上的差错是没有办法经过详细的数据批改。此外MACRO宏指令归于NC高阶运用言语，运用者也较难把握，因而该计划并不是齿轮编程的最佳运用计划。
6.2经过变量表格和CNC主动生成G代码数据链办法
经过上述G代码的批改不难发现，齿轮在淬火加工时，每个齿的加工进程中，其G代码数据X、Z值都是固定不变的。以直齿齿轮为例，只要Y轴的分度数据Y#13125需求不断的更新，而X、Z值能够经过变量的办法固化在NC程序中去。而Y值Y#13125的数据在不考虑批改的情况下，差值是固定的增量数值等于一个齿距。故能够运用CNC的特别履行办法R154、R242来完结变量表格和CNC主动生成G代码数据链的批改办法。该计划的中心办法如下：
