1 引言
cnc(computerized numerical control)是計算機數值控制系統的英文縮寫，也稱數控系統。在現代工業生產中得到了廣泛的應用。
今天，隨著計算機信息技術和生產技術的迅猛發展，制造業對產品生產制造也提出了更高的目標和要求：產品制造周期要求越來越短，零部件的生產效率和柔性化生產的程度越來越高，產品的加工質量和性能也要求更高、更穩定。cnc系統也從一般的產品的零部件加工控制(如車削、銑削、高速切削、等標準cnc數控機床)被逐步發展應用到產品的組裝、包裝乃至產品的運輸(如焊接、點膠、封裝，工業機器人、等cnc產業機械)等整個生產制造過程中去。
本文以一臺齒輪淬火機床cnc系統應用開發為例，詳述了如何利用中達電通putnc-h4通用系列cnc、臺達 delta交流伺服系統，并結合客戶產品加工的工藝特點，為產業機械打造出客制化的cnc控制方案。
2 齒輪淬火機床對控制系統的要求
2.1 機械設計
機械設計為3軸伺服控制和1軸變頻器控制：
(1) y軸為旋轉軸，傳動機構會根據加工零件類型時的轉速要求而有所不同，分為伺服和變頻器拖動異步電動機兩種傳動方式，當加工齒輪類零件時，伺服電機經過減速機和齒輪盤兩級減速機構，帶動被加工齒輪做分度運動。當加工零件為光軸類零件時，y軸伺服電機停止工作，傳動結構改變為變頻器拖動異步電動機經過同步帶，帶動光軸零件高速旋轉。設計解決了伺服電機經過兩級減速后，y軸轉盤速度無法滿足光軸類零件的淬火工藝要求的問題。兩種傳動方式通過電氣互鎖，確保安全。
(2) z軸為垂直軸，通過伺服電機直接驅動滾珠絲桿，帶動淬火加熱感應器上下運動，
(3) x軸為水平軸，同樣通過伺服電機直接驅動滾珠絲桿，帶動淬火感應器前后進給。其中y軸伺服和z軸伺服要求具有兩軸插補功能，這樣可以實現斜齒輪類和人字形齒輪類零件的淬火加工，而x軸伺服單動即可。
機械結構簡圖如圖1所示。
圖1 淬火機床機械結構
2.2 零件加工的工藝要求
(1) 機床要求能夠加工直齒輪、斜齒輪、人字形齒輪、階梯齒輪的淬火加工。齒輪的加工最大直徑2米，齒頂高0.8米。最大齒數100齒。
(2) 機床在更換淬火感應器靠模后，還可以實現光軸類零件的淬火要求。
(3) 配合不同的淬火感應器靠模設計，能夠實現的淬火方式：連續淬火、同時淬火、分段連續淬火(分段淬火通過程序設定，不需行程開關)、分段同時淬火。
(4) 齒輪淬火加工順序要求間隔加工，以便留有足夠冷卻時間，保證齒輪最小的加工熱變形，以齒數10為例，即按照1、3、5、7、9、2、4、6、8、10淬火順序加工。
(5) 要求各伺服軸，空行程速度f0和淬火加工速度f1分段可調，齒輪分度旋轉時速度穩定。
(6) 連續零件自動加工時，應保證足夠的絕對精度，不會產生累計誤差。
2.3 控制系統要求
機床操作上要求有手動模式和自動模式，以及程式編輯模式三種基本工作狀態。
(1) 在手動調試模式下：cnc系統可以通過操作面板控制伺服軸，快速jog移動和mpg手輪移動，方便操作工人調節感應器靠模和齒輪工件的位置；手動情況下可以通過外部的按鈕來實現y軸變頻電機旋轉on/off、淬火感應器加熱on/off、噴液電磁閥on/off、輔助噴液電磁閥on/off控制，方便操作者調機測試使用。(i/o規劃參見方案的制定和實施)
(2) 在自動運行模式下：cnc系統可以按照預先選用的程序控制伺服電機運動，完成齒輪零件的全部淬火加工過程；可以使用自定義m代碼來實現y軸變頻電機旋轉on/off、淬火感應器加熱on/off、噴液電磁閥on/off、輔助噴液電磁閥on/off，i/o控制(m代碼規劃參見方案的制定和實施)；自動加工過程中可以實現任意暫停，單節測試等操作功能。
(3) 在程序編輯模式下：要求系統能夠存儲至少500組不同零件加工程式，并可以對程式內容進行編輯；在加工標準的直齒和斜齒齒輪時，控制系統可以根據齒輪工藝參數自動生成加工程式；加工光軸類零件時，可以通過標準的g代碼實現零件程序設計；加工階梯軸類零件時，不需要增加外部的行程開關，可以通過多個程序組合來完成一個零件的分段淬火加工；在該模式下還可以對淬火的輔助工藝參數進行設定，如感應器加熱延時時間，噴液延時時間，齒輪加工空行程時的速度以及淬火加工時的速度設定。
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