西門子控制系統在EFD感應淬火機床上的開發應用（上）

■ 董振海，鄒錦衛，郝豐林

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一、項目簡介

1. 背景

輪轂軸承是汽車的關鍵零部件之一，其主要作用是承載重量并為輪轂的轉動提供精確引導，不僅承受軸向載荷，還要承受徑向載荷。而熱處理又是汽車輪轂軸承制造過程中的關鍵工序。熱處理工藝質量是影響輪轂軸承壽命的一個重要因素。

使用SIMOTION系統可以高效地實現復雜機器的自動化，SIMOTION系統可以使控制任務變得盡可能的簡單和靈活，它將運動控制與PLC和工藝功能融合在一起，使機床控制系統的穩定性與精度滿足現場的工藝要求，而模塊化的系統設計還將獲得極高的生產效率和產品質量。

2. 機械結構

為了實現高精度、高效率，以及產品質量的嚴格控制，需要機械結構與控制系統達到精確配合。

設備的主要結構如圖1所示。

（1）上料臺 用于上料，可以通過人工或機械手方式添加多個工件。

（2）龍門架 實現上料工位與淬火工件之間的工件搬運。

（3）淬火工位 包括分度臺、工件的流轉，以及工件的表面淬火工藝處理。

（4）中間等待 淬火工位與回火工位之間的緩沖工位，實現工件的合理轉移。

（5）回火工位 包括回火搬運氣缸，以及工件的表面回火工藝處理。

（6）打標機 對工件打印編號，可加強質量的追蹤與評估分析。

（7）剔料裝置 出現非正常工件時自動剔除，防止廢工件流向下道工序。

（8）防銹裝置 工件表面防銹處理。

（9）下料臺 可以存儲大量工件。

3. 工藝流程

（1）將工件放置在矩形上料臺上，工件隨傳送帶往前傳送，上料臺清洗裝置對工件進行清洗及吹干，完成后繼續往前傳送到上料臺出口處。

（2）上料臺末端檢測到工件存在，龍門架上料卡爪抓取工件至淬火工位旋轉工作臺的上下料工位。

（3）上下料工位對射傳感器檢測到工件，旋轉工作臺沿逆時針方向旋轉一個分度，工件傳送至淬火工位，壓盤或頂尖落下壓緊工件。感應器下降至加熱位置，對工件進行加熱，噴淋器噴淋。淬火完成后，感應器及壓緊裝置退回至初始位置。

（4）淬火完成后，工作臺逆時針旋轉一個分度，工件轉至噴淋冷卻工位。輔助噴淋裝置對工件進行再次冷卻。冷卻完成后，工作臺旋轉一個分度，工件轉到上下料工位處。

（5）龍門架下料卡爪抓取上下料工位淬火完成后的工件至中間等待工位的夾具上，工件在此等待回火。其中，下料卡爪的放料順序為中間等待工位2、中間等待位置1（見圖2）。

（6）回火上料卡爪將中間等待工位上的工件夾取至回火工位夾具上，感應器移動至加熱位置，對工件進行加熱。加熱完成后，感應器退回至初始位置。回火下料卡爪將加工完成的工件夾取至下料線，打標機進行打標。

（7）打標完成后，工件繼續前進，經回火后輔助冷卻裝置噴淋冷卻并吹干后，不合格工件經過剔料裝置時被剔除至廢料箱，合格工件則被傳送至下料線末端。

（8）防銹工位右側卡爪將下料線末端的工件抓取至防銹工位夾具上，托盤帶動夾具及工件下降至防銹液中進行防銹處理。防銹處理完成后，托盤上升，防銹工位左側卡爪將工件夾取至防銹工作臺上。防銹工位的推料V形塊將工件推至吹氣裝置下方，吹氣裝置將工件上多余的防銹液吹掉，并吹干工件。

圖1 設備的主要結構

圖2 淬火機床工位總覽

圖3 控制系統

（9）防銹處理并吹干后，推料裝置將工件推至下料臺上，經吹干后，隨傳送帶送至下料臺末端，整道淬火、回火工序完成。

二、系統硬件設計

機床采用S I E M E N S SIMOTION D435 運動控制系統、SLM智能型電源模塊、書本型驅動模塊，控制系統包括兩種通信方式：第一種是控制系統與電源模塊，驅動模塊，以及驅動模塊與電動機之間采用西門子標準DRIVE-CLIQ通信；第二種是控制系統與MP277以及遠程I/O之間采用PROFIBUS-DP通信，如圖3所示。

控制系統主要部件及其功能如下：

（1）D435控制器 整個系統的控制單元。

（2）電源模塊 為驅動模塊提供電源。

（3）驅動模塊 伺服電動機控制模塊。

（4）ET200S 拓展式外部數字量，模擬量輸入輸出信號。

（5）MP277 人機操作界面。