全數字控制的中頻穿透淬火機床的制作方法
【專利摘要】本實用新型是一種全數字控制的中頻穿透淬火機床，其包括機床本體、電氣控制和淬火水噴灑及水溫控制部分；所述機床主體部分采用單立柱導軌結構，主要由帶動滑座（3）沿立柱（10）的導軌上、下移動的滑座升降機構（9），安裝在滑座（3）上的上頂桿升降機構（1）、上頂桿（4）和下頂尖旋轉機座（11）組成；所述電氣控制部分中的交流伺服控制器通過電纜與滑座升降機構（9）和下頂尖旋轉機座（11）中的交流伺服電機相連。本實用新型較原來的框架結構導向精度高，同時使滑座升降機構的驅動電機處于最佳功效狀態，減少了驅動電機功率，使軋輥上下運行更平穩，有助于提高軋輥淬火質量。
【專利說明】全數字控制的中頻穿透淬火機床
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及機床，特別是一種全數字控制的中頻穿透淬火機床。
【背景技術】
[0002]某硅鋼廠為了保護自己的硅鋼生產工藝不外傳，一直自行生產和使用硅鋼森氏軋機的工作輥，硅鋼軋輥是一種重量輕的細長工件，最主要的熱處理設備是我公司研制生產的ZT-1I型全數字控制的中頻淬火機床，以前，這種設備采用的是一種框架結構，比較簡陋，存在的問題有:(I)控制工件升降的方式采用的是液壓站+液壓閥+液壓管道+液壓馬達的傳動方式，通過控制液壓閥的開度來調節液壓馬達的轉速，進而控制工件的升降和旋轉速度，液壓閥采用有級開環控制，速度控制精度不高；(2)工件淬火時溫度的恒定控制采用的是老式儀表控制方式，CPU運算速度慢，精度難于進一步提高。

【發明內容】

[0003]本實用新型所要解決的技術問題是:提供一種全數字控制的中頻穿透淬火機床，以克服上述現有技術存在的問題。
[0004]本實用新型解決其技術問題采用的技術方案是:包括機床本體、電氣控制和淬火水噴灑及水溫控制部分，所述機床主體部分采用單立柱導軌結構，主要由帶動滑座沿立柱的導軌上、下移動的滑座升降機構，安裝在滑座上的上頂桿升降機構、上頂桿和下頂尖旋轉機座組成，在立柱上通過固定支架裝有預熱爐；所述電氣控制部分中的交流伺服控制器通過電纜與滑座升降機構及下頂尖旋轉機座中的交流伺服電機相連。
[0005]所述上頂桿升降機構可以通過電纜拖鏈連接立柱，電纜拖鏈可以裝有上頂桿升降電機及限位開關的電纜線。
[0006]所述上頂桿可以通過上頂桿升降機構固定在滑座上。該上頂桿下端部配有能上下活動及旋轉的上頂尖座，該上頂尖座上安裝有上頂尖，能方便更換。
[0007]所述的下頂尖旋轉機座可以設有交流伺服電機、同步皮帶輪和安裝下頂尖的下頂尖座，下頂尖座安裝有下頂尖，能方便更換；交流伺服電機通過同步皮帶輪帶動下頂尖旋轉，通過摩擦力帶動壓裝在下頂尖上的軋輥旋轉。
[0008]所述的滑座升降機構可以包含升降伺服電機和皮帶輪及升降絲桿副，升降伺服電機帶動皮帶輪同步運動，進而帶動絲桿旋轉，使得滑座可以上下移動。
[0009]所述淬火水噴灑及水溫控制部分，可以主要由水池、淬火水栗、噴水圈和冷水機組成，淬火水栗的一端通過水管與水池相連，淬火水栗的另一端通過水管與噴水圈相連，冷水機裝在水池旁。
[0010]所述電氣控制部分，可以主要由以電纜相連的工控機、PLC控制器、中頻電源、智能溫控儀表、晶閘管電源及交流伺服控制器組成。
[0011]本實用新型新機床與現有技術比較，主要有以下優點:
[0012]1.新機床采用模塊化結構，不僅整體更緊湊和美觀，而且模塊化的備件好更換，如預熱爐采用三節相同的爐體，當某節損壞可以整體更換后，可對損壞元件進行離線修復，提高了設備正常運行效率。
[0013]2.新機床采用交流伺服電機取代原來的液壓馬達，原來軋輥升降和旋轉采用的是液壓站+液壓閥+液壓管道+液壓馬達的傳動方式，通過控制液壓閥的開度來調節液壓馬達的轉速，進而控制工件的升降和旋轉速度，液壓閥采用開環有級控制，速度控制精度不高；交流伺服直接用電能控制電機，體積小，控制方便，且速度采用閉環無極調速控制，響應快，控制精度高。
[0014]3.新機床的滑座移動采用立式機床導向結構，較原來的框架結構導向精度更高，同時在立柱的箱體內裝有滑座配重塊，使滑座升降機構的驅動電機處于最佳功效狀態。減少了驅動電機功率，使軋輥上下運行更平穩，有助于提高軋輥淬火質量。
[0015]4.借助上位機和PLC的完美結合，引入了兩路溫度反饋進行淬火溫度控制，與原來單路儀表進行淬火恒溫控制方法相比，溫度控制更靈活，更能滿足不同型號的軋輥淬火工藝需要。同時，硬件上保留了原來的單路智能溫控儀表進行淬火恒溫控制的功能，即當出現上位工控機死機或者發生工控機與溫控儀表及PLC之間的通訊故障時，工人能夠通過轉換開關切換到單路儀表控制模式，用溫控儀表控制淬火感應加熱溫度，繼續進行軋輥淬火工作，最大限度地保證了機床的連續運行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的結構示意圖，此時軋輥18在預熱爐中預熱。
[0017]圖2是圖1的左視圖，此時軋輥18已經淬火完成，放下來了。
[0018]圖3是控制系統的控制框圖。
[0019]圖4是設備工作邏輯框圖。
[0020]圖5是淬火開始軋輥位置示意圖。
[0021 ] 圖6是淬火完成軋輥位置示意圖。
[0022]圖中:1.上頂桿升降機構；2.上頂桿座；3.滑座；4.上頂桿;5.電阻預熱爐；6.熱電耦；7.噴水圈；8.電纜拖鏈；9.滑座升降機構；9-1.升降伺服電機；10.立柱；10-1.預熱爐支架；10-2.輔助檢修平臺；11.下頂尖旋轉機座；11-1.伺服電機；12.配重鐵；13.淬火感應器；14-1.紅外測溫頭(左上)；14-2.紅外測溫頭(右下)；15.上頂尖；16.下頂尖；17.中頻變壓器；18.軋輥；19.冷水機；20.工控機；21.顯示器；22.PLC控制器；23.操作臺；24.機床限位開關；25-1.紅外溫控儀(左上)；25-2.紅外溫控儀(右下)；25_3.智能溫控儀表；26.預熱爐溫控儀表；27.中頻電源；28.控制選擇開關；29.晶閘管電源；30.報警器；31.軋輥升降伺服控制器；32.軋輥旋轉伺服控制器；33.淬火水栗；34.冷水機控制器。
【具體實施方式】
[0023]本實用新型是一種對目前使用的ZT-1I型全數字控制的中頻淬火機床進行改進的全數字控制的中頻穿透淬火機床，主要區別是:采用立柱式結構，將原來液壓傳動系統控制的工件升降和旋轉，改為通過伺服電機加絲桿和同步帶輪的傳動方式控制軋輥的升降和旋轉。并且通過總線通訊方式采集兩路淬火溫度值，再將其下載到PLC中，提高了在工件運動時的不同位置對淬火溫度實施閉環控制的精確度。[0024]下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步說明，但不限定本實用新型。
[0025]本實用新型提供的全數字控制的中頻穿透淬火機床由以下部分組成，一是機床本體部分，用來升降軋輥和旋轉軋輥，并用來固定加熱爐和中頻感應加熱器，二是電氣控制部分，用來控制機床的各種動作和加熱器的溫度控制，三是淬火水噴灑及水溫控制部分。
[0026]所述機床本體部分，采用單立柱導軌結構，其結構如圖1和圖2所示，主要由上頂桿升降機構1、滑座3、上頂桿4、電阻預熱爐5、滑座升降機構9、立柱10、軋輥旋轉機構11、配重鐵12、上頂尖15和下頂尖16組成，其中:滑座3沿立柱10的導軌上、下移動。上頂桿升降機構1、上頂桿座2、下頂尖旋轉機座11和下頂尖座固定在滑座3上，并隨滑座3沿立柱10的滑座導軌移動。在立柱10的箱體內裝有滑座配重塊12，使滑座升降機構9的升降伺服電機9-1 (交流伺服電機)處于最佳功效狀態。該機床單立柱導軌結構導向性和運行穩定性優于原框架機構，滑座升降機構9由交流伺服電機驅動，提高了軋輥上、下移動的位置精度。下頂尖旋轉機座11的下頂尖旋轉驅動方式由液壓馬達驅動改為交流伺服電機、同步帶傳動方式，提高了軋輥的旋轉精度。軋輥位置精度和旋轉精度的提高從而可實現控制系統對淬火過程的全閉環自動控制，計算機控制系統對整個淬火過程進行數據采集、數據整理并實時在線監測，提高軋輥淬火的質量，降低操作人員的勞動強度。
[0027]所述上頂桿升降機構I裝在滑座3上，帶動上頂桿座2上下移動；該上頂桿升降機構通過電纜拖鏈8連接立柱10，電纜拖鏈8裝有上頂桿升降電機及限位開關的電纜線，立柱10通過地腳螺絲固定在基坑中。
[0028]所述上頂桿4通過上頂桿座2固定在滑座3上，該滑座安裝在立柱10的導軌上，能在滑座升降機構9的拖動下上下移動。
[0029]所述電阻預熱爐5由三個結構一樣的電阻電阻爐5-1、5-2、5_3組成(圖1)，固定在預熱爐支架10-1上，該預熱爐支架與立柱10之間采用螺絲聯接。感應加熱前，由滑座3將軋輥18送到電阻預熱爐中預熱；感應加熱時，由滑座3向下慢速移動，使軋輥18通過淬火感應器13加熱到淬火溫度，再經過噴水圈7進行淬火冷卻；電阻預熱爐有3支熱電耦6，分別安裝在三個預熱電阻爐5-1、5-2、5-3上。
[0030]所述中頻變壓器17上安裝有電熱電容器、匯流排和淬火感應器13，它們固定在機床側邊的輔助檢修平臺10-2的導軌支架上，能前后、上下移動，便于調節淬火感應器13與軋輥8的相對位置。輔助檢修平臺10-2與立柱10緊密相連。
[0031]所述滑座升降機構9裝在立柱10上，該滑座升降機構包含升降伺服電機和皮帶輪，升降伺服電機9-1旋轉帶動皮帶輪同步運動，進而帶動絲桿旋轉，使得滑座3上下移動。
[0032]所述下頂尖旋轉機座11裝在滑座3上，該該機構用于軋輥旋轉，包含伺服電機11-1、皮帶輪和安裝下頂尖16的頂尖座，伺服電機ll-ι的旋轉運動是通過同步皮帶輪帶動下頂尖16旋轉，使放在下頂尖16上的軋輥18跟隨旋轉。
[0033]所述配重鐵12位于立柱10內，用于平衡滑座升降機構9兩端的負荷，以及減小滑座3上下移動阻力和升降伺服電機的拖動功率。
[0034]所述紅外測溫頭14包括紅外測溫頭14-1 (左上)和紅外測溫頭(右下)14-2，它們各由可調支架固定在淬火感應器13左右邊的輔助檢修平臺10-2上，測溫點如圖5(或圖6)所示。
[0035]所述上頂尖15、下頂尖16分別安裝在上頂尖座、下頂尖座上，上頂尖座安裝在上頂桿4中，要求能上下滑動和轉動，利用軋輥上下的中心孔和上頂尖及頂尖座的自重將軋輥18固定在滑座3上，如圖2所示。對于不同長度的軋輥，可以通過上頂桿升降機構I調整上頂尖15的位置。
[0036]所述淬火水噴灑及水溫控制部分，參見圖2，主要由水池、淬火水栗33、噴水圈7和冷水機19組成。淬火過程中，淬火水栗33將水池中的水輸送給噴水圈7，由噴水圈7將水噴淋到加熱后的軋輥18上進行淬火冷卻，淬火后的回水通過管路重新流回水池，實現淬火水循環利用。夏天水溫過高，可以開啟冷水機19，將水池水進行循環冷卻；冬天水溫過冷，可以開啟熱蒸汽管，對水池中水進行加熱，池中水溫由溫度儀表顯示。
[0037]所述電氣控制部分，參加圖3和圖4，主要由工控機20、PLC控制器22、中頻電源27、溫度控制儀表26、晶閘管電源29及交流伺服控制器組成，其中:晶閘管電源29用來控制電阻預熱爐5的爐溫，爐溫通過熱電偶6檢測，溫度信號反饋到溫度控制儀表26，與給定溫度進行比較后溫度控制儀表26輸出控制信號給晶閘管電源29，如果溫度高就降低晶閘管電源29的電壓，反之，如果溫度低就升高晶閘管電源29的電壓，使爐內溫度保持恒定。電阻預熱爐的溫度變化參數通過485的通訊線傳送到工控機20中，進行實時顯示和記錄，便于歷史查詢。中頻電源27用來實現軋輥感應加熱，感應加熱溫度由紅外測溫頭14檢測，紅外溫控儀25顯示。當淬火控制選擇開關28接通“溫控儀表控制”時(接通K2)，通過紅外測溫頭14-1檢測到的軋輥感應加熱溫度由紅外溫控儀25-1變換成O-1OmA的溫度反饋信號輸入到智能溫控儀表25-3進行比較和PID運算后輸出控制信號到中頻電源27，如果溫度高就降低中頻電源27的電壓，反之，如果溫度低就升高中頻電源27的電壓，保持軋輥溫度恒定。同時，軋輥感應加熱的溫度變化數據通過紅外溫控儀25的485通訊口傳送到工控機20中，進行實時顯示和記錄，并能下傳到PLC中；如果控制選擇開關28接通PLC淬火控制時(接通Kl)，PLC從工控機中獲得軋輥感應加熱溫度反饋值，在與給定溫度比較后輸出控制信號，對中頻電源27的輸出進行控制，實現恒溫控制。軋輥升降伺服控制器31用來控制升降伺服電機9-1的轉速，滑座3的升降速度由升降伺服電機9-1的轉速決定。軋輥旋轉伺服控制器32用來控制旋轉伺服電機11-1的轉速，乳輥旋轉速度由伺服電機11-1轉速決定。PLC控制器22接收操作臺23上的控制信號和機床限位開關24發出報警信號，控制機床正常運行。工控機20通過人機控制界面，輸入各種工藝參數并下傳給PLC控制器22執行，同時，將PLC控制器22通過報警器30發出的報警信號和預熱爐溫控儀表26采集的加工過程參數自動顯示在顯示器21的屏幕上，并存入硬盤，便于操作人員進行查詢和打印輸出溫度曲線和加工報表。
[0038]所述工控機20可以采用研華510工業計算機。
[0039]所述PLC控制器22可以采用西門子公司S7-1200系列PLC。
[0040]所述中頻電源27可以采用具有自關斷控制功能的IGBT元件制作的中頻電源，能效高，便于溫度控制。
[0041]所述伺服電機均采用交流伺服電機，升降和旋轉使用的交流伺服控制器和電機，可以米用安川伺服驅動器SGDV120A01A+伺服電機SGMGV13ADC6C，現場運行穩定可靠。
[0042]所述的智能儀表分兩部分，其中淬火溫控儀表(智能溫控儀表)25-3可以選用上海自動化儀表六廠的自整定PID控制儀XTMD-1925-T4，預熱爐智能溫控儀表26可以采用臺灣泛達生產的P906-301-010-200，兩種儀表均帶有RS-485通訊接口。[0043]本實用新型全數字控制的中頻穿透淬火機床的工作過程如下(參見圖4、圖5、圖6):
[0044]根據圖4，設備自檢完成后，首先把待加工軋輥18放入電阻預熱爐5中，在臨近軋輥材料相變溫度區間(約700°C)恒溫加熱約3小時(具體溫度和時間需根據軋輥材質、大小及工藝等要求由工藝設計人員調整設定)，保溫時間到后，啟動滑座升降電機9-1帶動軋輥18勻速下降，并啟動下頂尖旋轉電機帶動軋輥旋轉，在軋輥下端面到達圖5所示處停止下降(碰到“淬火開始限位”)，此時開始以正常加熱功率一半的感應加熱功率使感應圈中的軋輥18慢慢升溫，同時打開淬火水栗33進行噴水冷卻，做好淬火前的準備工作；當紅外測溫頭14-1檢測控制測溫達到智能儀表設定的溫度上限(約950°C)時，乳輥18再次開始以設定淬火速度勻速下降，此時PLC根據溫度反饋自動進行閉環溫控調節中頻感應電源的輸出功率(乳輥18的表面溫度約1050°C，溫度要求波動范圍在±2°C以內)，加熱后的軋輥18進入噴水圈7進行淬火冷卻，當軋輥18上端面處于圖6所示位置時(碰到“淬火完成限位”)，再次切換到中頻半功率感應加熱狀態；軋輥18繼續下降，直到軋輥18上端面離開淬火感應器13時，中頻電源關閉，感應加熱過程完成，乳輥繼續勻速下降并噴水冷卻，直到滑座3碰到“下降停止限位”后，停止下降；冷卻延時倒計時完成后，系統自動停止軋輥旋轉及噴水冷卻，操作工拆卸下淬火處理完成的軋輥，同時更換上待加工的新軋輥，再將其上升至預熱爐中進行加熱保溫。
【權利要求】
1.一種全數字控制的中頻穿透淬火機床，包括機床本體、電氣控制和淬火水噴灑及水溫控制部分，其特征是所述機床主體部分采用單立柱導軌結構，主要由帶動滑座(3)沿立柱(10)的導軌上、下移動的滑座升降機構(9)，安裝在滑座(3)上的上頂桿升降機構(I)、上頂桿(4 )和下頂尖旋轉機座(11)組成，在立柱(10 )上通過固定支架裝有預熱爐(5 );所述電氣控制部分中的交流伺服控制器通過電纜與滑座升降機構(9)和下頂尖旋轉機座(11)中的交流伺服電機相連。
2.根據權利要求1所述的全數字控制的中頻穿透淬火機床，其特征是所述上頂桿升降機構(I)通過電纜拖鏈(8 )連接立柱(10)，電纜拖鏈(8 )裝有上頂桿升降電機及限位開關的電纜線。
3.根據權利要求1所述的全數字控制的中頻穿透淬火機床，其特征是所述上頂桿(4)通過上頂桿座(2)固定在滑座(3)上。
4.根據權利要求1所述的全數字控制的中頻穿透淬火機床，其特征是設有上頂尖(15)，其通過上頂尖座安裝在上頂桿(4)中，并能在上頂桿中上下移動和旋轉。
5.根據權利要求1所述的全數字控制的中頻穿透淬火機床，其特征是所述的下頂尖旋轉機座(11)設有交流伺服電機、同步皮帶輪和下頂尖座，下頂尖座安裝下頂尖(16)，交流伺服電機通過同步皮帶輪帶動下頂尖(16)旋轉，通過摩擦力帶動壓裝在下頂尖上的軋輥旋轉。
6.根據權利要求1所述的全數字控制的中頻穿透淬火機床，其特征是所述的滑座升降機構(9)包含升降伺服電機、皮帶輪和升降絲杠副，升降伺服電機帶動皮帶輪同步運動，進而帶動絲桿旋轉，使得滑座(3)上下移動。
7.根據權利要求1所述的全數字控制的中頻穿透淬火機床，其特征是所述淬火水噴灑及水溫控制部分，主要由水池、淬火水栗(33)、噴水圈(7)和冷水機(19)組成，淬火水栗(33)的一端通過水管與水池相連，淬火水栗(33)的另一端通過水管與噴水圈(7)相連，冷水機(19)裝在水池旁。
8.根據權利要求1所述的全數字控制的中頻穿透淬火機床，其特征是所述電氣控制部分，主要由以電纜相連的工控機(20 )、PLC控制器(22 )、中頻電源(27 )、智能溫控儀表、晶閘管電源(29 )、交流伺服控制器組成。
【文檔編號】C21D11/00GK203602667SQ201320800616
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月6日 優先權日:2013年12月6日
【發明者】詹益清, 劉春平, 董偉, 曹祥承, 楊莉, 郭移根 申請人:武漢寶德機電有限責任公司