五轴龙门式淬火机床是一种用于汽车大型覆盖件模具表面热处理的数控机床。目前,国内外这类机床多采用高成本的封闭性数控系统,无法适应现代化加工中开放性和低成本化的要求。随着汽车工业的快速发展,为了满足汽车工业的需求,需要研究用于汽车大型覆盖件模具热处理的开放式数控系统,并开发出具有高效率、高精度、低成本等特点的数控淬火机床。本文针对汽车大型覆盖件模具特点和淬火工艺要求,研制了五轴龙门式淬火机床。基于PMAC运动控制卡,开发了适用于汽车大型覆盖件模具表面热处理且具有高适应性和开放性的数控系统。主要研究内容如下:根据对汽车大型覆盖件模具特点的研究和对淬火机床淬火功能的分析,提出了淬火机床采用五轴龙门式结构的设计方案,并研制了五轴龙门式淬火机床,主要包括五轴龙门式淬火机床的结构设计、运动学建模和部件选型。为了减少齿轮齿条传动对机床运动精度的影响,设计了齿轮齿条副无间隙传动机构以消除齿间间隙,提高机床的运动精度。分析了各种开放式数控系统结构的特点,在此基础上开发了 PC+PMAC的数控硬件系统。根据机床的控制要求,对数控系统的组件进行选型。根据电路设计原则和电气控制柜安装要求,设计了机床的控制电路,并搭建了机床的硬件平台。为保证机床运动功能,对驱动电机参数进行了设置。为保证机床运动的稳定性和精度,研究了 PID控制算法,对PMAC运动控制卡的PID参数进行了调节。采用PLC编程技术编写程序对PMAC运动控制卡的I/O信号进行处理,开发了数控面板和手摇脉冲发生器的操作控制功能。根据五轴龙门式淬火机床结构特点和对汽车大型覆盖件模具淬火要求的研究,采用模块化的编程思想,基于VC++6.0开发了五轴龙门式淬火机床专用数控软件。对上位机进行编程调用PMAC动态链接库函数,实现了上位机与PMAC运动控制卡的通讯。基于多线程技术、消息处理机制开发了人机界面中的实时管理模块。基于实时数据采集技术开发了数据采集界面,基于VC与MATLAB混合编程开发了轨迹预览界面。为解决工件坐标系到机床坐标系的变换问题,提出了对工件坐标系进行标定的方法。研究了空间圆弧轨迹,提出了基于PMAC的五轴龙门式淬火机床进行空间圆弧插补的方法。通过五轴龙门式淬火机床的运动试验,验证了五轴龙门式淬火机床结构设计方案的合理性和数控系统功能的完善性,保证了五轴龙门式淬火机床能满足工作要求。