易孚迪感應(yīng)加熱設(shè)備（上海）有限公司自行研發(fā)設(shè)計(jì)針對(duì)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)轉(zhuǎn)盤(pán)軸承感應(yīng)淬火機(jī)床并已經(jīng)大量在用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)使用。為保障設(shè)備高精度和穩(wěn)定性，設(shè)備系統(tǒng)硬件采用840D SL 數(shù)控系統(tǒng)，NCU720.3 PN（V3.2）版本。該設(shè)備可以針對(duì)重達(dá)10t、最大工件外徑6m的轉(zhuǎn)盤(pán)軸承進(jìn)行熱處理。老式的轉(zhuǎn)盤(pán)軸承感應(yīng)加熱設(shè)備一般通過(guò)人工手動(dòng)找加熱位置，且在加熱過(guò)程中無(wú)有效的跟蹤方式，導(dǎo)致工件變形嚴(yán)重，極大地影響了產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命。我公司針對(duì)老式設(shè)備的缺點(diǎn)，采用西門(mén)子840D SL系統(tǒng)自帶的探頭功能來(lái)處理全自動(dòng)精確找加熱起始位置，且在整個(gè)加熱過(guò)程中通過(guò)系統(tǒng)快速模擬量功能來(lái)實(shí)時(shí)跟蹤加熱感應(yīng)器與工件的距離，然后通過(guò)NC程序高精度動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行伺服軸補(bǔ)償?shù)脑恚员ＷC整個(gè)加熱過(guò)程中感應(yīng)器與工件之間的間隙保持一致，從而保證整個(gè)工件熱處理工藝的穩(wěn)定性。
一、設(shè)計(jì)原理
探頭采用雷尼紹MI8-4型號(hào)探頭，該探頭機(jī)械通過(guò)十字架形式連接，以保證任意角度測(cè)量，可針對(duì)不同類(lèi)型的工件更換不同長(zhǎng)度的探針和方向。采用Probe方式連接探頭后，需要通過(guò)系統(tǒng)參數(shù)MD13200來(lái)設(shè)置Probe的高電平（上升沿）還是低電平（下降沿）有效。硬件連接好后通過(guò)NC程序測(cè)試該功能。編寫(xiě)NC自動(dòng)找加熱位置程序如下：
N430 GUD[190]=0；
N440 MEAS=1 G1 G91 F=25 Y1=-GUD[295]，Y1軸負(fù)方向找位置；
N450 STOPRE；
N460 GUD[190]=$AC_MEA[1] ，
讀取探頭狀態(tài)；
N470 IF GUD[190]==0 ，探頭如果沒(méi)有碰到工件，狀態(tài)位0，跳轉(zhuǎn)報(bào)警；
N480 GOTOF FEHLER_
WERKST；
N490 ENDIF；
N500 STOPRE；
N510 GUD[291]=$AA_IW[Y1]，讀取當(dāng)前Y1軸位置；
N520 G1 G90 F=500 Y1=POS_Y1[3]，讀Y1軸移動(dòng)到安全位置；
N530 STOPRE；
N540 GUD[190]=0；
N550 MEAS=1 G1 G91 F=25 Y1=GUD[295]，Y1軸正方向找位置；
N560 STOPRE；
N570 GUD[190]=$AC_MEA[1]；
N580 IF GUD[190]==0，探頭如果沒(méi)有碰到工件，狀態(tài)位0，跳轉(zhuǎn)報(bào)警；
N590 GOTOF FEHLER_WERKST；
N600 ENDIF；
N610 STOPRE；
N630 POS_Y1[10]=(GUD[291]+GUD[292])/2，計(jì)算Y1軸與工件之間的位置值；
N640 G1 G90 F=500 Y1=POS_Y1[10] ，Y1走到實(shí)際加熱位置。
通過(guò)以上NC實(shí)例程序可以看到，系統(tǒng)通過(guò)探頭測(cè)量功能可以對(duì)輥道Y軸方向進(jìn)行二次測(cè)量記錄測(cè)量后的實(shí)際位置，然后通過(guò)計(jì)算中間值，找到實(shí)際要求加熱位置，來(lái)保證感應(yīng)器在工件之間位置。在探頭功能測(cè)試過(guò)程中可以通過(guò)系統(tǒng)地址DB10.DBX107.0查看探頭是否有翻轉(zhuǎn)信號(hào)。根據(jù)以上原理可以針對(duì)不同工件類(lèi)型，測(cè)試目標(biāo)工件不同的部位，不管測(cè)試面是平面還是溝道等不同形狀的工件，需要測(cè)試多點(diǎn)時(shí)，利用NC程序可以快速實(shí)現(xiàn)。對(duì)于盤(pán)軸承感應(yīng)淬火設(shè)備，因?yàn)楣ぜ畲笾睆竭_(dá)6m，要保證整個(gè)工件表面熱處理穩(wěn)定性和變形量，必須在加熱過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控工件加熱變形量，通過(guò)測(cè)量得到的變形量來(lái)進(jìn)行伺服軸位置補(bǔ)償，保證感應(yīng)器和工件之間的間隙始終一致。而高精度和快速響應(yīng)是測(cè)量和補(bǔ)償?shù)南葲Q條件。840DSL 數(shù)控系統(tǒng)用快速ET200模塊替代老式840D PL DMP模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬快速輸入、輸出功能。在硬件組態(tài)時(shí)設(shè)備ET200與系統(tǒng)同步，PROFIBUS通信速率設(shè)置為12Mbps，以保證模擬量檢測(cè)模塊最快的響應(yīng)速度。
6ES7151-1BA02-0AB0，PROFIBUS通信模塊；
6ES7138-4CA01-0AA0，24V電源模塊；
6ES7193-4CC20-0AA0，終端電阻；
6ES7134-4LB02-0AB0，兩通道輸入模擬量模塊；
6ES7193-4CB20-0AA0，端子連接塊；
為使系統(tǒng)模擬量測(cè)試功能有效，連接硬件后還需要配置以下系統(tǒng)參數(shù)：
MD10300 $MN_FASTIO_ANA_NUM_INPUTS=2；
MD10320[0] $MN_FASTIO_ANA_INPUT_WEIGHT；
MD10320[1] $MN_FASTIO_ANA_INPUT_WEIGHT；
MD10362[0] $MN_HW_ASSIGN_ANA_FASTIN[0]=’H5000202；
MD10362[1] $MN_HW_ASSIGN_ANA_FASTIN[1]=’H5000204。
通過(guò)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和PLC硬件組態(tài)（見(jiàn)圖1）配置后，快速模擬量輸入信號(hào)功能正常。
圖1 硬件組態(tài)
執(zhí)行元件測(cè)量位移傳感器選擇KEYENCE GT2-71MCP接觸式位移傳感器，如圖2所示。
圖2 位移傳感器
圖2中黑色模塊為控制器本體。控制器上帶LED顯示屏，其數(shù)值為傳感器測(cè)量頭的實(shí)際位置，按鈕則可調(diào)整控制器輸出功能。連接傳感器的電纜由模塊進(jìn)線(xiàn)端接入，模塊輸出端連接電纜連接到ET200S模擬量檢測(cè)模塊。通過(guò)PLC可以讀取系統(tǒng)模擬量數(shù)值傳送至HMI顯示設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)值和實(shí)際值，方便操作者觀察實(shí)際偏差距離與設(shè)置的是否一致，如圖3所示。
圖3 位移傳感器調(diào)整值
測(cè)量與補(bǔ)償跟蹤程序通過(guò)NC程序執(zhí)行，通過(guò)NC系統(tǒng)參數(shù)直接讀取模擬量實(shí)時(shí)值后與設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，二者的偏差值通過(guò)程序迅速對(duì)伺服軸位置補(bǔ)償，這樣可以保證位置變化的快速響應(yīng)。
N340 GUD[130]=R371，讀取設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值；
N370 GUD[136]=$A_INA[1]，讀取模擬量實(shí)時(shí)值；
N420 GUD[145]=(GUD[130]-GUD[136]) ，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)值和實(shí)際值偏差；
N440 IF COUNTER==5，系統(tǒng)掃描5次后進(jìn)行補(bǔ)償；
N450 G0 G91 Z1=GUD[145]，Z1伺服軸位置補(bǔ)償偏差值；
N460 COUNTER=0；
N470 ENDIF；
N480 COUNTER=COUNTER+1。
以上NC實(shí)例程序顯示一個(gè)探頭的測(cè)量補(bǔ)償程序，測(cè)量探頭2與之原理相同。對(duì)于轉(zhuǎn)盤(pán)軸承工件，加熱過(guò)程中需要對(duì)工件端面和側(cè)面同時(shí)進(jìn)行測(cè)量跟蹤和補(bǔ)償。
二、加工產(chǎn)品及工藝結(jié)果
產(chǎn)品：外圈溝道FLHSN3035FT1，材質(zhì)為42CrMo4＋QT-EN10083，溝道淬火硬度58～62HRC，硬化層深度≥7.5mm（52.5HRC處）。實(shí)物如圖4所示，圖樣工藝要求如圖5所示，硬化層切割試塊如圖6所示，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)附表，金相組織如圖7所示。
圖4 產(chǎn)品實(shí)物
圖5 圖樣工藝要求
圖6 硬度層硬度檢測(cè)位置
硬化層硬度檢測(cè)結(jié)果 （HV1）
圖7 金相組織
三、結(jié)束語(yǔ)
應(yīng)用西門(mén)子840D SL系統(tǒng)自帶的Probe探頭功能完全取代老式人工找位置方式，尤其是風(fēng)力發(fā)電轉(zhuǎn)盤(pán)軸承行業(yè)，工件尺寸大，以人工找位置方式可能造成很大誤差，而通過(guò)探頭測(cè)試可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、重復(fù)度很高的測(cè)量，對(duì)批量的一致性有很高的保障。系統(tǒng)模擬量處理程序，系統(tǒng)讀取模擬量，通過(guò)NC程序比較模擬量時(shí)間值和標(biāo)準(zhǔn)值的偏差來(lái)補(bǔ)償伺服軸，以實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，避免了以往通過(guò)PLC處理類(lèi)似功能的大量掃描時(shí)間，從而大幅縮短了跟蹤補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)時(shí)間，使最終工藝結(jié)果保證在0.1mm誤差范圍之內(nèi)。
作者：董振海，鄒錦衛(wèi)，郝豐林
來(lái)源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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