西门子6ES7511-1AK02-0AB0技术参数

方案的制定和实施

　　综合上述的分析，CNC系统选用PUTNC-H4C-3就完全可以实现淬火机床的控制要求。以下将针对齿轮淬火的主要工艺要求对方案可行性逐一进行分析。

4.1伺服位置控制和变频器速度控制的实现

　　PUTNC-H4C-3具有3个独立的伺服轴通道，可以实现X/Y/Z，3轴伺服联动，亦可任意两轴伺服插补运动。伺服轴的进给速度可以通过G01直线插补的F值设定。解析度可设定至 7 位数，全闭环控制架构完全可以保证足够的精度，不会产生累计误差。

　　PUTNC-H4C-3系统还可以提供两路D/A模拟量输出接口，输出0~10V的模拟量电压。其中一路D/A输出通过LCD画面规划，直接修改系统变量参数数值来设定系统特殊寄存器R143的大小，用于淬火温度的控制。另外一路D/A输出通过设定系统特殊寄存器R238=5，指定该通道为主轴转速机能，可以在NC程序中直接通过S代码设定变频马达的转速，用于光轴类零件的淬火加工。

　　通过PLC编辑，Y轴的伺服马达的使能信号O004和变频器运转信号O000电气互锁，确保机械安全。CNC控制架构如图3所示。

图3 CNC控制架构

4.2 系统的I/O规划，以及自定义M代码功能的实现。

　　机床制造商通过专用的PLC编辑软体可以对PUTNC-H4通用系统的内置PLC进行编辑，可以实现PLC I/O规划、电气安全互锁和用户自定义M代码功能。CNC淬火机床I/O规划如表1所示。

　　表1 CNC淬火机床I/O规划

　　CNC淬火机床自定义M代码如表2所示。

　　表2 淬火机床自定义M代码

　　自定义M代码PLC规划范例如图4所示。

4.3系统的操作功能的实现

　　PUTNC-H4系列通用数控系统是具有标准CNC的功能，因此可以轻松实现伺服运动控制。通过数控面板的操作可以实现模式切换、基本G代码编程、MPG手轮功能、任意暂停、单节测试等操作功能。

　　机床制造商只需根据产业机械终用户的操作习惯和工艺要求，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。因此和工控机、HMI人机+PLC的控制方案相比，无论在运动控制方面，还是系统操作易用性和稳定性上都有着的优势。

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，操作者往往具备本的理论基础，而对CNC基本不具备编程能力。所以如何能够结合产业机械的自身的工艺特点，完美的生成和处理加工程序数据，是把通用CNC打造成产业机械专用系统的关键一步。淬火机床在程序编辑上主要以下提出三点要求：

（1）加工光轴类零件时，可以通过标准的G代码实现零件程序设计。
（2）在加工标准的直齿和斜齿齿轮时，控制系统可以根据齿轮工艺参数自动生成加工程式。
（3）在程序编辑模式下还可以对淬火的辅助工艺参数进行设定，如感应器加热延时时间、喷液延时时间、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系列数控系统不仅支持标准G代码编程外，还提供变量表格编程和教导程序输入，更支持MACRO宏指令等多种NC编程功能，完全可以满足机床程序编辑要求，以下对上述三点要求实现展开详细说明。

5 加工和辅助工艺参数设计

5.1 光轴类零件的加工和辅助工艺参数的处理

（1）光轴类零件的加工工艺过程比较简单，终用户稍加NC编程基础的培训，便可以通过人工G代码编程、示教模式，并配合自定义M代码来完成编程。
以下零件为例，淬火区域为红色部分，G代码设计如下，其中X，Z轴的数据(如下例中的Z1、X1等)终用户可以通过图纸计算得出，也可以通过CNC的示教功能采集得出。

（2）淬火辅助工艺参数的处理。在淬火零件加工过程中，都会涉及到一些淬火机床加工辅助工艺参数，如淬火进给速度F，延时时间X等，这些参数即可以通过LCD规划的变量表格输入，也可以通过具体数值直接给定，如上例说明描述。工艺参数界面规划如下：

5.2　齿轮类零件加工

　　齿轮零件一般主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过程为例进行说明，CNC是如何结合工艺要求给操作者提供便利的编程方式。将直齿类零件圆周，展开如图5所示。

G04 X#124 延时变量#124秒
M26 主喷液延时断
G01 X#240 F#213 X轴退回，进给F值 #213
G01 Z#210 F#212 Z轴下降到进给起点位置，进给F值 #212
N100 G01 Y#13125 F#168 Y轴分度，进给F值 #168
N20M99

　　以上的举例，只是齿轮类零件的一个齿加工周期的工艺过程，对于多齿零件编程如果依靠操作者人工G代码编程和示教方式生成数据并不合适。因此需要更为便利的编辑功能来实现G代码的自动生成和处理。

6 编程方式讨论

6.1 增量编程配合宏指令编程方式
宏指令编程就是利用CNC系统自身MACRO宏指令功能，进行数学、逻辑运算来实现加工程式自动循环。例如：
G65 L01 P#1 A0 齿数加工计数#1清零
N01 G01 Z#210 F#212 Z轴提升到进给起点位置（直齿轮）
-------------------
-------------------- 直齿齿轮一个加工周期的G代码
- --------------------
G01 Z#210 F#212 Z轴下降到进给起点位置，进给F值 #212
N100 G01 V#999 F#168 Y轴增量分度齿距#999，进给F值 #168
G65 L01 P#2 A#1 当前齿数#1送入#2
G65 L02 P#1 A#2 B1 #2+1=#1加工计数#1加一
G65 L81 P02 A#1 B#3 判断，如果#1=#3，GOTO N02 #3为设定齿数
G65 L84 P01 A#1 B#3 判断，如果#1<#3，GOTO N01 #3为设定齿数
N02 M02

　　通过CNC增量编程，并配合MACRO宏指令功能编程方式，Y轴的增量进给V值必须设定的很**，否则会产生累计误差！并且机械上的误差是没有办法通过具体的数据修正。此外MACRO宏指令属于NC高阶应用语言，使用者也较难掌握，因此该方案并不是齿轮编程的佳应用方案。

6.2　通过变量表格和CNC自动生成G代码数据链方式

　　通过上述G代码的编辑不难发现，齿轮在淬火加工时，每个齿的加工过程中，其G代码数据X、Z值都是固定不变的。以直齿齿轮为例，只有Y轴的分度数据Y#13125需要不断的更新，而X、Z值可以通过变量的形式固化在NC程序中去。而Y值Y#13125的数据在不考虑修正的情况下，差值是固定的增量数值等于一个齿距。故可以利用CNC的特殊执行模式R154、R242来实现变量表格和CNC自动生成G代码数据链的编辑方式。该方案的核心方法如下：

6.3 CNC状态C255和R242的说明

　　在编辑模式下，利用PLC使CNC状态C255=1，即可激活R242功能。当R242=特定数值时，CNC可以实现特定的自定义按键功能。从而可以在编辑模式下自动生成程式内容，配合LCD变量表格功能，程式就可以以变量表格数据链的形式展现给使用者，而且变量表格里的生成的每个数据都可以单独修改。

自动生成Y轴数据链的PLC规划如下：

6.4 R154的说明

　　中达电通PUTNC-H4系列CNC，除了有标准G，MCODE执行模式外，还有另一种较特殊的执行模式。只要 R154 有某一BIT位为1后，CNC就会被切换到特殊的执行模式中，并且依照指定的程序位置来做子程序跳跃的功能。 R154 可以同时多个 BIT ON，但每单节只执行一次跳跃动作 (BIT位较低的，优先权高)。

　　举例说明：主程序单节N00 Y36.000

　　当R154bit24=1时，在主程序在执行过程中，并不会去执行N00 Y36.000 而是会去执行子程序O0792里的程式内容，数据36.000同时被CNC存放到变量地址#13125。
所以只要将齿轮加工一个齿的加工程式固化到子程序O0792中，并且在主程序执行过程中，能够不断将Y轴的分度数据赋值到变量地址#13125里，即可实现整个齿轮的连续淬火加工控制。

　　通过变量表格和CNC自动生成G代码数据链方式也同样适用于斜齿齿轮和其它各类齿轮零件的编辑，在此不在复述。通过这种方案，终用户无须具备NC编程的知识和能力，只需根据编辑对话框的要求填入相应工艺参数，就可以通过PLC运算自动计算出Y轴分度的坐标数值，不会存在增量方式的累计误差，并且可以以G代码的形式存储下来。操作者还可以根据实际加工情况来修改变量表格中数据链的数值，因此使用为简单和便利，是齿轮编程的佳应用方案。

　　为了满足不同用户的需求和淬火机床加工光轴类零件的需要，我们设计了标准G代码编程和变量表格两种编程方式，操作者只需在编辑LCD画面选择不同的路径即可。

7 结束语

　　本案只是中达电通--通用型CNC数控系统在产业机械上的一个典型应用。对于CNC产业机械而言，CNC系统的操作和使用，以及零件加工的工艺条件都和标准的金属切削类数控机床存在很大的差异，所以佳的客制化方案是应该在充分了解产业机械的加工工艺特点和机床的终用户操作和使用需求的基础上来开发的实现的。

　　只有从客户的实际应用出发，并结合中达电通----通用型CNC，开放的系统架构这一优点，合理的对CNC系统的PLC和LCD进行规划开发，才能够为客户提供更有价值的客制化控制解决方案。