具有優質、高效、節能和環保等諸多優點的感應熱處理技術，符合現代機械行業的生產需要，在汽車、工程機械、農業機械和機床等行業得到了廣泛的應用。諸如半軸、傳動軸和凸輪軸等各種軸類零件，以及齒輪類、環類、平面類零件與汽車CVJ等關鍵零部件都需要進行表面感應淬火。以往這些零件感應淬火大多採用傳統的控制方式進行生產，而現在運用通用數控淬火機床取代傳統的控制方式，自動化程度得到大大提高，工藝適應性更強，為感應熱處理生產帶來了極大的便利。
自動化控制系統是實現數控淬火機床各種功能的關鍵，因此我們開發的通用數控淬火機床的控制系統主要基於數控系統(CNC)，包括變頻調速、可編程序控制(PLC)、中間繼電器邏輯及檢測感測等技術，結合顯示器及全功能鍵盤為人機界面，並進行有機整合，使得系統介面協調、抗干擾能力強，尤其是對中高頻電源的強磁場具有較強的抗干擾能力，可以在工業環境下穩定工作，保證了產品加工的自動化、優質化和高效率。
1.通用數控淬火機床的功能要求 通用數控淬火機床一般採用立式結構，主機由床身、滑板、上頂尖座調整滑動機構、上下頂尖總成、滑板移動及傳動系統、主軸帶動工件旋轉及傳動系統等部分組成。通過雙軸伺服數控系統可實現零件的升降移動和變壓器的進退移動，以滿足各類機械產品零件在通用數控淬火機床上的應用，並保證淬火機床加工的主要運動功能和移動位置精度，從而保證加工質量要求。
在加工過程中，工件可雙向旋轉，通過變頻器調節可實現零件轉速的平滑調整。採用雙組頂尖結構，使零件加工生產率明顯提高。
為適應不同長度工件的加工，上頂尖高度位置採取電動調整。
通過控制系統提供的對電源不同輸出通道的自動控制，可實現加工過程中的變功率控制功能。通過鍵盤編程，用戶可隨時調用相應的淬火程序，從而實現連續淬火、分段連續淬火、分段同時淬火及同時淬火等工藝程序的自動控制。
配有與機床一體化的淬火液循環冷卻系統及輔助噴液系統。
由於感應加熱採用的是中高頻電源，加工環境具有高電壓、大電流和強磁場等特點，加之整個淬火過程的水汽、霧氣及冷加工所產生的毛刺，因此感應淬火過程現場環境十分複雜，給自動控制帶來更加複雜的要求。
控制系統的重點是滿足上述各種綜合功能，使控制系統更為先進可靠，機床操作更為方便。
2.數控系統 基於立式通用數控淬火機床的結構特點及控制要求，經過大量的調研分析比較，我們確定採用性價比較為理想的西門子SINUMERIK 802C雙軸數控系統為控制核心。
SINUMERIK 802C是專門為中國數控機床市場開發的經濟型CNC控制系統。SINUMERIK 802C base line系統的主控單元由數字控制CNC和可編程邏輯控制PLC組成，集成了所有的CNC、PLC、HMI和I/O於一身。
數字控制CNC可以同時控制2～3個交流伺服電機進給軸和一個交流伺服主軸。交流伺服電機帶有位置反饋和速度反饋，構成半閉環控制系統。交流伺服電機輸出端後面的機械執行機構所產生的機械誤差是固定的，通過數控系統的參數設定，例如各軸的間隙補償量進行補償，可確保控制精度的可靠實現。速度反饋使低速特性得到提高，速度波動和轉矩波動降到最低，使加工質量穩定可靠。操作面板和機床面板通過專用電纜與數控系統相連，可完成各參數的設定及各工作方式下的各種操作。數控系統還可通過隔離介面與其他控制系統的計算機通信，完成聯網控制，達到生產線乃至生產車間的全自動控制。
可編程邏輯控制PLC通過輸入輸出介面，與機床上的機床控制面板、驅動繼電器、電磁閥、行程開關、保護開關相連，可靠地完成機床的各種加工動作。數字控制CNC和可編程邏輯控制PLC之間有專門的地址用於相互傳遞信息。
SINUMERIK 802C base line控制軟體已經存儲在數控部分的Flash-EPROM(快閃記憶體)上，Toolbox軟體工具(調整所用的軟體工具)包含在標準的供貨範圍內；系統不再需要電池，免維護設計；採用電容防止掉電引起的數據丟失、程序的變化和新程序軟體存儲。
3.數控系統的開發應用
根據立式通用數控淬火機床的結構特點，以及西門子的SINUMERIK 802C系統的性能，設計立式通用數控淬火機床的控制系統。其控制結構簡圖如圖1所示。
此機床的零件升降運動、變壓器的進退運動分別採用伺服電機驅動，通過滾珠絲杠傳動，實現滑板帶動工件的升降運動和變壓器/感應器的進退運動。升降速度可按工藝要求設定，從而完成輕快傳動、高精度導向和準確定位。變壓器/感應器的進退運動可滿足內外滾道類零件的淬火功能要求。
零件旋轉採用非同步減速電動機驅動，通過傳動軸帶動主軸旋轉。採用變頻調速技術，可實現工件轉速根據工藝要求在操作面板上的直接調節，也可根據工藝要求進行程序設定。
採用非同步減速電動機驅動，通過絲杠傳動實現上頂尖座位置的電動調整，滿足不同長度工件的裝夾。
機床可向電源發出三種加熱信號，即控制電源的不同輸出通道，實現根據加熱工藝的變功率自動控制。
數控系統可存儲50種淬火工藝程序，自動實現連續淬火、分段連續淬火、分段同時淬火及同時淬火等工作。通過人機界面的數控鍵盤可對各種程序進行編程存儲，以備用戶隨時調用。
採用可編程控制器(PLC)，實現整個淬火過程的邏輯動作控制，包括加熱功率的選擇，以及與感應加熱電源、冷卻水循環系統、淬火液循環系統聯機控制。檢測並控制淬火液溫度與流量、冷卻水溫度與流量，配合能量監控，檢測工件加熱總和能量，保證工件加熱程度。設置失電保護、越位保護、感應器與工件短路保護、電源門保護和缺水保護等功能，使介面具有較高的安全可靠性。
立式通用數控淬火機床電氣控制系統主要完成五個運行方式的控制，即點動、參考點、自動、單段和編程運行方式。
點動(JOG)：手動調整方式。
參考點：回參考點運行方式。
自動(AUTO)：按加工程序自動運行。
單段(SBL)：設定單段方式程序，按單段運行的調整方式。
編程(MDA)：手動編寫程序然後自動執行。
根據控制系統設計，其系統軟體程序的結構如圖2所示。
本機床的軟體程序主要包括兩部分：實現工件移動精度控制的數控程序CNC和實現機床動作的順序邏輯程序PLC，它們之間通過專門的地址相互傳送信息。
助於系統中的典型程序，結合立式通用數控淬火機床的動作要求、工藝特點進行相應的整合設計，著重在I/O控制程序上進行針對性的設計，完成系統控制軟體的設計。
對外部輸入採樣(按鈕、接近開關、保護開關和感測器輸出等)及輸出執行(驅動繼電器、電磁閥、淬火液循環系統和冷卻水循環系統等)，主要是由PLC控制完成，由專門的地址提供與CNC的信息交換。
4.結語
利用經濟型數控系統，突出其性價比的優勢，解決了通用數控淬火機床的自動化控制。此數控系統的開發設計周期短，控制性能可靠，工作性能穩定，尤其對於感應加熱過程的複雜環境，易於實現抗干擾的措施。由於此控制系統具備完善的檢測控制點，幾乎包括了目前淬火工藝過程中所需的各種條件要求，各種異常情況的報警信號設置較為齊全，因此針對各類淬火機床選擇此控制系統，可根據需要選擇其中適合的控制點，將其餘控制點屏蔽，僅需使用該控制系統部分或全部功能就能滿足淬火機床要求。此控制系統已推廣運用於生產實踐，且經歷實踐考驗，使用效果良好。
