ZCJ-1400特大型軸承淬火壓床是某公司研制開發的一種針對特大型軸承的淬火設備，通過更換模具可對直徑為700~1 400 mm、最大高度為500mm、最大壁厚為100 mm的軸承套圈進行淬火。該設備包括壓床主機、進出件機械手、冷卻系統、液壓、氣動系統及電氣控制系統。按工藝要求，可設定淬火的自動控制程序，完成上料一淬火一出料的全自動循環過程。其工作循環如圖1所示。在滾底加熱爐內加熱到規定溫度的工件，通過過渡平臺轉移到淬火壓床上進行淬火。淬火完成后，工件脫模，由機械手抓取出料，送入出料輥棒線進入下一個工序，完成一個循環的全自動淬火過程，并自動進入下個淬火過程。

1 主機結構及工作循環

　　該機床采用內撐式模具強行阻止工件變形，可以針對軸承內圈、單錐外圈和雙錐外圈分別淬火。下面主要以雙錐外圈工件的淬火來詳細闡述其工作過程。

　　工作時，機床的可移出式工作臺11移出，停留在待料位置，工作臺上安裝有調整好的下模具15；動橫梁3處于上位，動橫梁上安裝有上模具13，模具隨動橫梁處于上位；油罩5隨動橫梁提起到最高位置；加熱出爐的工件由機械手抓取，移動到機床的工作臺上方，放入下模具；可移出式工作臺移入到位，上油缸2油流接通，動橫梁下行，油罩下降，鎖緊拉桿6插入鎖扣8中，模具鎖緊機構動作，上下模具鎖緊為一體，下模具缸16拉動模具，對工件施壓，冷卻油液開始循環，工件在模具保持下急冷淬火；淬火過程結束后，鎖緊油缸換向解鎖，上油缸換向上行，下模具缸提升模具松開，上油缸提起油罩，工作臺油缸換向移出到原始位置，已淬火工件隨同模具到初始位置，啟動機械手抓走已淬火的工件，一個工作循環完成。原位等待下一個循環的開始。

2 電、氣、液控制

　　該壓床主機主要采用液壓作為其動力源，采用行程開關對其進行位置控制。

　　而機械手的上升、下降、抓取和釋放則是通過氣壓驅動的，從空氣站來的壓縮空氣首先經過氣源處理三聯件，經除水、穩壓后進入各氣缸，氣缸體上有磁性限位開關，移動磁性開關位置可以調整活塞的行程。機械手的前進、后退采用電機通過齒輪齒條嚙合的方式拖動，改變電機轉速可對其進行速度控制。

　　該壓床電氣控制部分以兩臺PLC為核心，利用觸摸屏進行通訊，實現各個功能。PLC通過接收程控柜、觸摸屏上的開關信號，以及各行程開關的信號，經處理后給出相應輸出，控制中間繼電器的通斷，進而利用繼電器的觸點控制后續顯示、報警、電機及電磁閥控制電路，實現機床的各個功能。總體控制系統分別利用兩個變頻器對淬火油泵電機和機械手迸退電機進行轉速控制；通過控制電磁閥的通斷，來改變主機的液壓油路和機械手的氣路，從而完成壓床的各個動作，如工作臺的移出、回位，油罩的上升、下降，機械手的前進、后退、抓取、釋放等；通過控制接觸器的通斷，進而控制輥棒電機、液壓油泵電機、冷卻油泵電機的啟停；淬火油溫信號經傳感器、變送器送人PLC模擬模塊，經處理后，通過接通固態繼電器使電熱絲上電，對油進行加熱，或接通接觸器，使冷卻油泵電機上電，對淬火油進行冷卻。

　　該壓床的電氣控制系統主要由兩部分組成，主機和機械手采取分別控制的方式。

　　主機采用的是西門子公司的S7-300系列PLC，擴展了3個32點輸入模塊和2個32點輸出模塊，并采用開關電源模塊將220V交流電轉換為24 V直流電，分別給PLC的輸入模塊、中間繼電器和傳感器進行供電。

淬火油泵轉速可調，該壓床選用臺達B系列變頻器對淬火油泵電機進行轉速調節。在模具夾緊淬火過程中根據淬火工藝要求可采取多段油速控制，最多可設置256種速度。其他時段，淬火電機低速運行，一方面避免了電機的頻繁啟停。另一方面起到油池油溫循環攪拌的作用。

　　機械手電氣控制部分采用的是臺達DVP-40ES2型PLC，采取單獨的PLC進行控制大大方便了機械手的布線，整個機械手部分與外界的連接只有與空氣站相連的一根氣管、與觸摸屏相連的一根通訊線和一根電源線。控制機械手進退的電機采用臺達B系列帶制動電阻的變頻器進行轉速及正、反轉調節，可有效避免機械手限位停止時對壓床的沖擊。

　　為方便使用，該壓床采用臺達DOP．B10S615型觸摸屏作為人機交互的工具。觸摸屏通過RS232接口與兩臺PLC連接進行實時通訊，可以將設定參數寫入PLC的寄存器，同時也可將PLC寄存器中的數據讀出，從而實現對整個系統的參數設定、實時監控以及錯誤報警。在淬火壓床的控制系統中，減少了控制柜上的開關數量，省去了復雜的電氣接線，具有界面友好、功能強大、靈活性高等優點。觸摸屏設置的報警功能能夠使作者及時準確地發現和排查系統故障，當系統出現故障時，能夠大大減少排查故障需用的時間。

3 淬火油溫控制

　　淬火油溫是影響淬火質量的一個關鍵因素。這里利用西門子模擬模塊接收變送器送來的油溫信號，并據此發出相應的加熱、冷卻、報警、急停等控制信號。

　　初始工作時，PLC控制固態繼電器吸合，4組電加熱管接通，對淬火油進行加熱，加熱電路如圖7所示(圖中只畫出其中一組電加熱管)，3只電流表可對電路進行監視。此時淬火油電機低速運行，起到淬火油循環攪拌的作用。當油溫上升到設定值(約50℃)時，發出聲音信號，停止加熱，此時按下啟動按鈕，淬火循環開始。在淬火過程中，對油溫采取0n／0ff調節，即：當油溫超過規定溫度時，啟動冷卻器，對油溫進行冷卻；當油溫冷卻到冷卻下限溫度時，自動關閉冷卻器。若啟動冷卻器后油溫仍繼續上升，達到高溫報警油溫(約80℃)時，啟動聲光報警，此時，淬火壓床仍可繼續工作。若溫度上升到超高溫急停油溫時，系統自動切斷工作電路，壓床停止冷卻系統由貯油箱、離心泵和冷卻器等組成，當貯油箱內的油溫度過高時，離心泵將淬火油打入冷卻器冷卻，再返回貯油箱，經管道向冷卻油罩內噴油、對工件進行冷卻淬火。循環溢出的冷卻油經壓床通道和底座回流到油池。

　　該設備附設地下油池，并加裝強制冷卻設施，保證在連續生產時，油溫保持在規定范圍內。

4 結束語

　　該壓床是國內首臺自主研發的特大型淬火壓床，集機、電、氣、液為一體，采用兩臺PLC分別對主機和機械手進行控制，既方便了機械手的布線，又為日后的檢修工作提供了便利。采用觸摸屏作為人機交互的工具，具有界面友好、功能強大、靈活性高、便于排查故障等優點。針對大型油池油溫采取On／Oil調節，控制方式簡單，易于實現，使油溫保持在工藝要求范圍內。整機具有自動化程度高、可靠性好、淬火工件質量穩定、占地面積小等顯著特點，具有良好的經濟效益。