基于PLC控制的特大型轴承淬火压床

　　ZCJ-1400特大型轴承淬火压床是某公司研制开发的一种针对特大型轴承的淬火设备，通过更换模具可对直径为700~1 400 mm、最大高度为500mm、最大壁厚为100 mm的轴承套圈进行淬火。该设备包括压床主机、进出件机械手、冷却系统、液压、气动系统及电气控制系统。按工艺要求，可设定淬火的自动控制程序，完成上料一淬火一出料的全自动循环过程。其工作循环如图1所示。在滚底加热炉内加热到规定温度的工件，通过过渡平台转移到淬火压床上进行淬火。淬火完成后，工件脱模，由机械手抓取出料，送入出料辊棒线进入下一个工序，完成一个循环的全自动淬火过程，并自动进入下个淬火过程。

1 主机结构及工作循环

　　该机床采用内撑式模具强行阻止工件变形，可以针对轴承内圈、单锥外圈和双锥外圈分别淬火。下面主要以双锥外圈工件的淬火来详细阐述其工作过程。

　　工作时，机床的可移出式工作台11移出，停留在待料位置，工作台上安装有调整好的下模具15；动横梁3处于上位，动横梁上安装有上模具13，模具随动横梁处于上位；油罩5随动横梁提起到最高位置；加热出炉的工件由机械手抓取，移动到机床的工作台上方，放入下模具；可移出式工作台移入到位，上油缸2油流接通，动横梁下行，油罩下降，锁紧拉杆6插入锁扣8中，模具锁紧机构动作，上下模具锁紧为一体，下模具缸16拉动模具，对工件施压，冷却油液开始循环，工件在模具保持下急冷淬火；淬火过程结束后，锁紧油缸换向解锁，上油缸换向上行，下模具缸提升模具松开，上油缸提起油罩，工作台油缸换向移出到原始位置，已淬火工件随同模具到初始位置，启动机械手抓走已淬火的工件，一个工作循环完成。原位等待下一个循环的开始。

2 电、气、液控制

　　该压床主机主要采用液压作为其动力源，采用行程开关对其进行位置控制。

　　而机械手的上升、下降、抓取和释放则是通过气压驱动的，从空气站来的压缩空气首先经过气源处理三联件，经除水、稳压后进入各气缸，气缸体上有磁性限位开关，移动磁性开关位置可以调整活塞的行程。机械手的前进、后退采用电机通过齿轮齿条啮合的方式拖动，改变电机转速可对其进行速度控制。

　　该压床电气控制部分以两台PLC为核心，利用触摸屏进行通讯，实现各个功能。PLC通过接收程控柜、触摸屏上的开关信号，以及各行程开关的信号，经处理后给出相应输出，控制中间继电器的通断，进而利用继电器的触点控制后续显示、报警、电机及电磁阀控制电路，实现机床的各个功能。总体控制系统分别利用两个变频器对淬火油泵电机和机械手迸退电机进行转速控制；通过控制电磁阀的通断，来改变主机的液压油路和机械手的气路，从而完成压床的各个动作，如工作台的移出、回位，油罩的上升、下降，机械手的前进、后退、抓取、释放等；通过控制接触器的通断，进而控制辊棒电机、液压油泵电机、冷却油泵电机的启停；淬火油温信号经传感器、变送器送人PLC模拟模块，经处理后，通过接通固态继电器使电热丝上电，对油进行加热，或接通接触器，使冷却油泵电机上电，对淬火油进行冷却。

　　该压床的电气控制系统主要由两部分组成，主机和机械手采取分别控制的方式。

　　主机采用的是西门子公司的S7-300系列PLC，扩展了3个32点输入模块和2个32点输出模块，并采用开关电源模块将220V交流电转换为24 V直流电，分别给PLC的输入模块、中间继电器和传感器进行供电。

淬火油泵转速可调，该压床选用台达B系列变频器对淬火油泵电机进行转速调节。在模具夹紧淬火过程中根据淬火工艺要求可采取多段油速控制，最多可设置256种速度。其他时段，淬火电机低速运行，一方面避免了电机的频繁启停。另一方面起到油池油温循环搅拌的作用。

　　机械手电气控制部分采用的是台达DVP-40ES2型PLC，采取单独的PLC进行控制大大方便了机械手的布线，整个机械手部分与外界的连接只有与空气站相连的一根气管、与触摸屏相连的一根通讯线和一根电源线。控制机械手进退的电机采用台达B系列带制动电阻的变频器进行转速及正、反转调节，可有效避免机械手限位停止时对压床的冲击。

　　为方便使用，该压床采用台达DOP．B10S615型触摸屏作为人机交互的工具。触摸屏通过RS232接口与两台PLC连接进行实时通讯，可以将设定参数写入PLC的寄存器，同时也可将PLC寄存器中的数据读出，从而实现对整个系统的参数设定、实时监控以及错误报警。在淬火压床的控制系统中，减少了控制柜上的开关数量，省去了复杂的电气接线，具有界面友好、功能强大、灵活性高等优点。触摸屏设置的报警功能能够使作者及时准确地发现和排查系统故障，当系统出现故障时，能够大大减少排查故障需用的时间。

3 淬火油温控制

　　淬火油温是影响淬火质量的一个关键因素。这里利用西门子模拟模块接收变送器送来的油温信号，并据此发出相应的加热、冷却、报警、急停等控制信号。

　　初始工作时，PLC控制固态继电器吸合，4组电加热管接通，对淬火油进行加热，加热电路如图7所示(图中只画出其中一组电加热管)，3只电流表可对电路进行监视。此时淬火油电机低速运行，起到淬火油循环搅拌的作用。当油温上升到设定值(约50℃)时，发出声音信号，停止加热，此时按下启动按钮，淬火循环开始。在淬火过程中，对油温采取0n／0ff调节，即：当油温超过规定温度时，启动冷却器，对油温进行冷却；当油温冷却到冷却下限温度时，自动关闭冷却器。若启动冷却器后油温仍继续上升，达到高温报警油温(约80℃)时，启动声光报警，此时，淬火压床仍可继续工作。若温度上升到超高温急停油温时，系统自动切断工作电路，压床停止冷却系统由贮油箱、离心泵和冷却器等组成，当贮油箱内的油温度过高时，离心泵将淬火油打入冷却器冷却，再返回贮油箱，经管道向冷却油罩内喷油、对工件进行冷却淬火。循环溢出的冷却油经压床通道和底座回流到油池。

　　该设备附设地下油池，并加装强制冷却设施，保证在连续生产时，油温保持在规定范围内。

4 结束语

　　该压床是国内首台自主研发的特大型淬火压床，集机、电、气、液为一体，采用两台PLC分别对主机和机械手进行控制，既方便了机械手的布线，又为日后的检修工作提供了便利。采用触摸屏作为人机交互的工具，具有界面友好、功能强大、灵活性高、便于排查故障等优点。针对大型油池油温采取On／Oil调节，控制方式简单，易于实现，使油温保持在工艺要求范围内。整机具有自动化程度高、可靠性好、淬火工件质量稳定、占地面积小等显著特点，具有良好的经济效益。