[发明专利]中小模数齿轮高频淬火生产线自动控制系统及控制方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及中小模数齿轮高频淬火生产线自动控制系统及控制方法，属齿轮高频淬火加工技术领域。

(二)背景技术

我国齿轮感应淬火作为硬齿面热处理工艺曾经有过一段辉煌的历史，大量的机床齿轮、汽车拖拉机齿轮、矿山机器齿轮及通用减速器齿轮都采用感应淬火，相应的高频电源及各类淬火机床也比较配套，九十年代后期又研制出了固态高频感应加热电源并能够实现淬火机床的数控化。目前国内已有几家高频设备公司随其主导产品固态高频感应加热电源配套供应感应淬火机床，并提供联机技术服务，所采用的加工方法是：淬火机床大多由PLC控制，齿轮表面淬火工艺参数以程序形式储存在PLC中，一般采用定时加热方式，没有红外测温系统，不能精确控制淬火温度。另外，其生产线主要依靠人工装卸料，工人劳动强度大，工作效率低，工作环境恶劣(淬火液挥发有毒物质)，有损人体健康，自动化程度低，产品质量难以控制。

(三)发明内容

为弥补现有技术的缺陷与不足，将齿轮高频淬火的加工过程进行全自动控制，本发明提供一种中小模数齿轮高频淬火生产线自动控制系统及控制方法。

一种中小模数齿轮高频淬火生产线自动控制系统，包括可编程序控制器PLC主机、AD及DA功能模块和触摸屏，其特征在于，PLC主机输入端子分别与生产线中的物位检测光电开关、气动机械手和淬火机床的控制按钮及限位开关、高频电源故障信号输出端及操作面板选择开关等相连接，可采集所述生产线中各开关量信号；输出端子分别与生产线中梯形上料机构的交流接触器相连接以实现自动上料控制，与生产线中物料传送机构(传送带1和传送带2)的变频器相连接以实现按程序设定的速度运料，与生产线中气动机械手的电磁阀相连接以实现上下、左右、夹紧松开、左右旋转运动控制，与生产线中淬火机床的电磁阀与变频器相连接以实现主轴上升与下降、按程序设定的速度旋转及淬火喷液，与生产线中高频电源的控制继电器及主电源的控制继电器相连接，以控制高频电源的工作状态，输出端子还接有故障报警灯等信号指示装置；PLC主机I/O扩展端口连接1块4路AD功能模块，用来采集红外测温仪和冷却水传感器的数据，预留两路输入通道以备扩展用；AD功能模块的总线端口连接1块DA功能模块，控制高频电源的输出功率；触摸屏连接在PLC主机RS-422编程口，以实现工艺参数设置与监控功能。

本发明所需控制的生产线由全固态高频感应加热电源、淬火机床、非接触测量红外测温仪、3自由度气动机械手以及阶梯式上料机构、物料传送机构组成一个成套装置，集中由可编程序控制器PLC主机、AD及DA功能模块所控制。

所述生产线中物料传送机构(传送带1和传送带2)及淬火机床的变频器按PLC程序设定的速度运行，并通过触摸屏监控画面可方便修改。

所述生产线中高频电源的输出功率由PLC程序设定，并通过触摸屏监控画面可方便修改。

所述冷却水温传感器由集成传感器及其变送电路组成，采用0-10V电压输出方式。

本发明自动控制系统的自动控制工作过程如下：

首先启动水泵给高频电源输送循环冷却水，水压正常后由PLC输出控制阶梯式上料机构往传送带1输送待淬火的齿轮，第一个料到达光电检测传感器位置时，停止上料及传送带1，气动机械手将料抓起按设定路径送入淬火机床主轴夹具中，主轴上下由液压装置驱动，先下降到达加热工位，主轴旋转并启动高频电源按设定工艺参数加热，红外测温仪对目标区测温并把数据传送给PLC，到温后停止加热，主轴下降，到淬火工位按工艺要求再旋转、喷淋淬火液或浸入油中淬火，设定时间到主轴停转并上升至原位，机械手将料抓起按设定路径送往传送带2，传送带2将料送入下一道工序，机械手回原位进入下一个周期的循环。

控制系统通过触摸屏能统计当班次及累计产量，可方便调整加工工艺参数，显示当前温度值，同时也具有实时监控功能。

本发明中小模数齿轮高频淬火生产线自动控制系统的控制方法包括手动和自动运行两种模式，配置触摸屏监控画面可以实现工艺参数设置与监控功能，其中PLC主控制部分流程如图2所示，步骤如下：

a PLC开机系统初始化。

b参数设置、A/D、D/A设定及采样。

c询问系统正常与否。

d运行模式状态初始化。

e系统故障报警。

f工作方式选择控制，包括：

f1单个操作；

f2原点复位；

f3自动运行，其中自动运行方式包括：

f31步进；

f32单周期运行；

f33连续运行。

g手动程序，包括两个子程序：