全數字固態高頻一體化淬火機床由數控淬火機床，由全數字固態高頻感應加熱電源，能量監控器，電源水冷系統，淬火介質冷卻系統組成。該設備為機電一體化機床，具有集成化高、自動化程度高、節能、占地面積比分體式減小三分之二等優點。系統集成組裝在一起，可完成軸類、盤類、齒輪、異性工件等零件的淬火，回火等工藝。廣泛應用于汽車、摩托車、通用機械等零部件精密淬火。該設備可加工零件最大直徑300mm,最大長度500mm，工件重量30Kg以下，感應加熱電源功率100-200KW，頻率250-350KHZ。設備機箱采用工業鋁合金型材，光潔度高，耐腐蝕免噴涂，外形美觀牢固可靠。

背景技術：

全數字固態高頻一體化淬火機床，也稱全數字晶體管高頻電源淬火機床，是在數字電路高速發展的今天，運用DSP數字控制技術研發生產，較傳統的電子管高頻電源節電30%，節水50%，固態高頻電源輸出電壓穩定，加熱效率高等特點。在節能減排政策的推動下，現在越來越多的電子管高頻淬火電源改為全數字固態高頻電源，電子管高頻淬火電源被淘汰；目前國內生產的固態高頻電源淬火有二種。一種是電流型并聯諧振，低電壓，大電流高頻電源，由于適應負載頻率范圍窄，不適合應用于淬火項目；另一種為電壓型串聯諧振高頻電源，由于串聯諧振電壓是電源電壓的Q倍，大約是電源電壓的4~6倍，大大提高加熱效率，因此，電壓型高頻淬火電源較電流型高頻淬火電源優越。全數字固態高頻電源采用電壓型串聯諧振，經現場運行測試，此產品已達到國外進口同類產品質量。

技術實現要素：

全數字固態高頻一體化淬火機床：含數控淬火機床、全數字固態高頻電源、能量監控器、介質冷卻系統、軟水冷卻系統等（說明書附圖1全數字固態高頻一體化淬火機床布局圖、圖2全數字固態高頻一體化淬火機床實物圖、圖3全數字固態高頻一體化淬火機床操作面、圖4全數字固態高頻一體化淬火機床電氣控制面板）。其結構及特點如下：

全數字固態高頻一體化淬火機床機械部分簡介

（1）機械部分主要結構及特點

全數字固態高頻一體化淬火機床機械部分，主要由機床床身、立柱、滑臺、旋轉主軸、淬火變壓器調節機構、噴淋、自潤滑系統、自控系統等組成。

①機床采用工件或變壓器移動的模式，工作臺升降滑板由西門子系統控制交流伺服電機帶動滾珠絲杠沿導軌升降運動，運動速度可實現無級調速、傳動平穩、速度均勻。工作臺滑板升降設有停機抱閘裝置，確保定位準確、安全可靠。

②工作臺主軸驅動配有旋轉交流電機，驅動主軸旋轉，旋轉速度由西門子變頻器控制，可實現無級調速。具有速度均勻，調速范圍寬等特點。

③上頂尖可在500mm行程內調整，為防止零件在加熱過程中變形，上頂尖套內設有壓力彈簧，可減小零件在加熱過程中的伸長變形。機床下頂尖采用莫氏3#錐柄安裝，便于用戶更換。

④介質淬火水槽上設有一路閉環感應器冷卻水路，六路開環淬火介質水路，管徑6分。由PLC控制電磁水閥開啟冷卻淬火時間。進水管路與感應器及噴水圈接口處，全部采用有色金屬防磁防腐快插式接頭，方便用戶裝卸。機床淬火液管口直徑布置合理，進口管路設有淬火液溫度檢測點，流量監控檢測點。流量計和電磁閥的安裝位置合理，維修方便。淬火液管設置過濾器，便于維護和檢修。

⑤感應器二維調整機構，淬火變壓器與感應器同裝于可縱橫升降的平臺上，淬火變壓器平臺可通過電動調整機構實現X、Y兩個方向的微調，以保證感應器與工件之間間隙一致，調整X向(左右)調整量50mm，Y向(前后)調整量50mm。調整方式為電動調整，微調按鈕安裝于機床操作室內前方，密封防水且操作方便；

⑥淬火機床設計為封閉型，機床護罩為鋁型材框架結構，推拉門開啟寬度大并且安裝玻璃觀察窗。機床回水處設有過濾裝置，便于清洗。機床設有自動潤滑裝置，保證機床各運動點及時潤滑。

（2）全數字固態高頻加熱電源簡介

全數字固態高頻感應加熱電源采用功能強大的數字信號處理器（DSP）作為核心控制提高主控響應速度，利用高隔離、全功能高速驅動，以達到整個系統的高穩定性和高可靠性（說明書附圖5全數字固態高頻淬火電源核心DSP控制板）。電源逆變器件采用進口MOSFET器件。系統具備頻率自動跟蹤功能，保證在任何工況下MOSFET始終工作在零電流開關狀態（ZCS）下，自身損耗功率最小整機效率最高。系統具備完善保護措施以保證電源正常工作，包括系統過流保護，IGBT器件過溫保護，感應線圈自動識別，當負載短路，斷路時停機報警。使用液晶屏進行顯示，顯示各種工作狀態。整機全數字控制沒有任何電位器類調整器件，所有頻率跟蹤，相角鎖定均為計算機控制完成，大大降低調試維護難度。

在全數字固態高頻電源中，整流器的負載是逆變器，整流器的作用是把交流電能轉換成直流電能。利用二極管三相整流器和斬波電路配合組成PWM脈寬調制的直流電源，來滿足感應加熱裝置的要求。斬波電路采用IGBT為斬波元件，其具有自關斷能力，發生故障時，可在極短時間內切斷電源，避免逆變器件損壞，起到更好的保護作用。

全數字固態高頻電源逆變器串聯諧振負載結構，逆變器主要功能為實現負載頻率自動跟蹤、逆變器啟動、為逆變器功率器件提供可靠的驅動脈沖以及與整流側控制配合（說明書附圖6全數字固態高頻淬火電源逆變器內部結構圖）。

全數字固態高頻電源槽路采用電壓型諧振電路，該電路的主要特點是效率高、節電性強，為保證頻率穩定輸出奠定基礎。槽路電容采用新型無感水冷電容器，具有無功功率大、體積小便于安裝等特點。槽路結構設計緊湊、引線電感小，有效抑制雜波產生，減少功率器件的損壞，并充分考慮節能散熱等要求（說明書附圖7全數字固態高頻淬火電源槽路結構圖）。

全數字固態高頻電源特點：

①以微處理器為核心，構成全數字控制電路，PWM控制、數字鎖相環路、脈沖形成、狀態監控與故障保護均統一實現。

②恒流、恒功率二種調功方式任選，可適應任何形式負載。數字PID調節器，響應快、過沖小、精度高，穩定性好，工件淬火最合適用恒功方式，保證工件加熱的一致性。

③直流調壓采用脈寬調制技術（PWM），使用IGBT作為斬波器件。斬波器設計成獨立單元，性能優異，結構合理。

④逆變控制電路為全數字鎖相環路，鎖相范圍更寬，角度時刻修正至最佳，損耗更小。采用ZCS軟開關技術，逆變發生器可靠性高。

⑤增加串聯電感，槽路體積小、負載適應性很強。

⑥功率因數高，全范圍大于0.92，無需配備無功補償，配電容量只需額定輸出功率的1.25倍，與使用斬波技術前的固態電源相比效率又提高10%。

控制精度高，淬火質量有保證，批量工作時產品一致性好。

與能量監視器配合使用時可實現零件產品的過程質量控制與產品加工參數的存儲與追溯。

⑨模塊化結構，簡潔，美觀，干擾小。

全數字固態高頻一體化淬火機床電源技術參數

流額定功率：P=100KW

②額定頻率：f=200～250KHz

③直流額定電壓：U_d=450V

④直流額定電流：I_d=230A

⑤最大直流電壓：Um=500V

⑥最大直流電流：Im=250V

功率因數：COSφ≥93%

合理匹配下整機電效率：η≥85%

供電電源：交流三相380V/50Hz

配電容量：≥125KVA

（3）能量監控器簡介

能量監控器通過信號采集系統、信號處理系統、信號反饋系統對全數字高頻感應加熱電源輸出的能量（即千瓦/秒）、電壓、電流、頻率、功率，淬火介質的溫度、流量以及加熱時間、冷卻時間等可能影響熱處理工藝的各項參數進行實時監控。根據設定的標準數據實時判斷正在加工的零件是否合格，工件不合格時及時報警，從而保證設備在不同的工作狀況下都可以得到質量合格的淬火零件（說明書附圖8全數字固態高頻一體化機床能量監控器報警畫面）。

能量監控器可以預先設定待加工工件的最小和最大能量限值，監視在加熱過程中實際傳輸給工件的能量值(只用于熱處理過程的控制)，并在屏幕上實時顯示能量、電壓、電流等狀態信息（說明書附圖9全數字固態高頻一體化機床能量監控器能量監控畫面）。

該系統采用觸摸屏操作，可分別設定時間、電流、電壓和能量、同時顯示各種相關數據。系統可以儲存各種零件淬火工藝參數、記錄各種生產數據等以備查或聯機打印，用于零件熱處理質量追蹤。

狀態顯示頁面主要有四部分內容構成。

①基本參數：顯示當前工件型號、加工工藝及工件序號。

②報警狀態：顯示熱處理加工過程中的報警信息。

③實時數據顯示：顯示熱處理加工過程中的主要工藝參數，同時輔以相應的百分比柱狀圖顯示。

④功率實時曲線：在感應加熱過程中實時顯示電源直流功率曲線。

（4）冷卻系統簡介

全數字固態高頻一體化淬火機床冷卻系統由電源冷卻系統和淬火介質冷卻系統兩部分構成。每部分都是獨立運行的；各由變頻器、不銹鋼多級水泵、蜂窩狀板式換熱器、過濾系統、溫度、流量、壓力監測系統、不銹鋼水箱等組成。具有自動恒水壓供水，溫度超溫報警等功能。

電源冷卻系統主要技術參數如下：

①工作水壓：0.32MPa

②工作水流量：6-10 m³/h

③換熱面積: 4m²

④參考冷卻能力: 8600 Kcal/h。

淬火介質冷卻系統主要技術參數如下：

①工作水壓：0.32MPa

②工作水流量：5.5-8.5m³/h

③換熱面積: 5m²

④參考冷卻能力:10500 Kcal/h。

（5）全數字固態高頻一體化淬火機床優勢

DSP全數字控制、10吋液晶顯示屏、嵌入式組態軟件、方便實現對電源的可視觸摸控制。

采用斬波直流調壓技術，功率因數高、全范圍≥93%，無需配備功率補償設備。

當負載短路時，減少對電網的沖擊，有利于系統保護。

控制精度高、淬火質量有保證、批量工作時產品一致性好。

模塊化結構、美觀、簡潔、干擾小。

與能量監控器配合使用時可實現零件產品的過程質量控制與產品加工參數的存儲與追溯。

保護齊全、可靠性高、維護方便、成本低。

節水節電、節省空間、占地面積減少2/3、水只需70升、整機效率≥85%。

環保措施嚴格，本設備淬火加工倉采用密封設計，配備油霧收集器，排放標準達到環保要求。