钢管旋压温度自动控制设备及控制方法与流程

本发明涉及钢制类产品的热旋压加热领域，具体地，涉及一种钢管旋压温度自动控制设备及控制方法。

背景技术：

航天某型号产品钢管旋压加工过程中，需要3名工人(2名焊工、1名车工)协同完成；旋压过程关键点在于加热温度的把控，现有工艺的评判标准为焊工通过肉眼观察钢管表面温度颜色变化，工艺参数不具备量化功能。

专利文献cn204396582u公开了一种钢管旋压机及利用该旋压机的钢管加工工艺。包括回转体1，回转体1内设有供钢管5、芯棒4穿过的旋压空腔；所述回转体1一侧设有若干旋压轮2；所述旋压轮2可相对回转体1自转动；所述钢管5、芯棒4由驱动机构1驱动穿过旋压空腔直线运动。但该装置不能解决钢管旋压温度的自动控制。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种钢管旋压温度自动控制设备及控制方法。

根据本发明提供的一种钢管旋压温度自动控制设备，包括旋压车床100、加热装置200、加热柜固定装置300、温度传感器组件400、气路槽组件500以及温度控制系统600；

加热装置200设置在加热柜固定装置300上；

气路槽组件500、加热柜固定装置300、温度传感器组件400依次安装在旋压车床100上；

钢管700设置在旋压车床100上并与加热装置200间隙连接；

温度控制系统600分别与加热装置200、温度传感器组件400电连接；

温度传感器组件400检测钢管700的温度并将检测结果传输至温度控制系统600；

温度控制系统600接收到钢管700的温度信号并发出指导信号指导加热装置200。

优选地，所述的旋压车床100，包括底座110、滑台120、主轴130以及主轴机箱140；

滑台120安装在底座110上，并能够在底座110上移动；

滑台120上设置有旋压轮121；

主轴机箱140与底座110一体连接；

主轴130设置在主轴机箱140的内部，主轴130上设置有卡盘131，钢管700通过卡盘131夹紧安装在旋压车床100上；

主轴机箱140上设置有钢管安装孔141；

钢管700穿过钢管安装孔141，钢管700的一端延伸至主轴机箱140的外侧，另一端与旋压轮121间隙或接触连接。

优选地，主轴130能够带动钢管700转动；

滑台120进给运动带动旋压轮121接触旋转的钢管700进行收口作业。

优选地，所述加热柜固定装置300包括支撑组件310和转动组件320；

支撑组件310安装在转动组件320上；

转动组件320上设置有转动杆321；

转动杆321上安装有直排火焰加热炬夹具211、单孔火焰加热炬夹具221以及点火炬夹具231；

所述加热装置200包括直排火焰加热炬210、单孔火焰加热炬220以及点火炬230；

直排火焰加热炬210通过直排火焰加热炬夹具211安装在转动杆321上；

单孔火焰加热炬220通过单孔火焰加热炬夹具221安装在转动杆321上；

点火炬230通过点火炬夹具231安装在转动杆321上。

优选地，通过转动组件320转动能够实现加热装置200的作业工位与非作业工位的切换。

优选地，直排火焰加热炬、单孔火焰加热炬220能够实现自动点火；

直排火焰加热炬210、单孔火焰加热炬220能够给钢管700加热。

优选地，气路槽组件500包括气路槽立柱510和气路槽520；

气路槽520设置在气路槽立柱510上；

加热装置200所需供气管路及水冷管路安装在气路槽520上；

气路槽520的数量为一个或多个。

优选地，温度传感器组件400包括温度传感器410和固定组件420；

温度传感器410设置在固定组件420上；

温度传感器410检测钢管700的温度并将检测结果反馈给温度控制系统600。

优选地，温度控制系统600包括plc控制系统、hmi触摸屏、温度和压力传感器采集系统以及火焰加热控制系统；

温度和压力传感器采集系统包括非接触红外温度传感器以及气体压力传感器，实现温度和压力参数的采集；

plc控制系统将采集到的温度和压力参数计算并指导火焰加热控制系统；

hmi触摸屏提供了人机交互界面，用以设定温度和压力传感器的测量值、火焰加热炬加热时间以及加热温度阈值；

所述的温度控制系统600通过hmi触摸屏实现阈值的设定，通过温度和压力传感器实现数据采集，通过plc控制系统进行plc逻辑算法，通过火焰加热控制系统实现温度反馈调节，从而实现被加热钢管温度的恒定。

根据本发明提供的一种钢管旋压温度自动控制方法，通过采用钢管旋压温度自动控制设备实现，包含如下步骤：

步骤1，待加工钢管700通过卡盘131夹紧安装在旋压车床100上；

步骤2，操作旋压车床100，主轴130带动钢管700快速旋转；

步骤3，通过温度控制系统600人机交互界面，开启气路，点火炬打火，直排火焰加热炬210与单孔火焰加热炬220燃烧可燃气体点火加热，同时温度传感器410开始测量钢管700温度；

步骤4，加热装置200加热钢管700，温度控制系统600通过控制气路开断与点火炬打火，实现钢管温度的闭环控制；

步骤5，待被加工的钢管700已达到指定温度后，旋压车床100的滑台120进给运动，旋压轮121与钢管700接触完成收口作业；

步骤6，钢管700收口加工完毕，旋压车床100停车，控制气路关闭，完成一次加工过程。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、自动化加工，降低人员参与度，提高了工作效率。

2、提高了加工质量。

3、实现了钢管旋压温度的自动控制和被加热钢管温度的恒定。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构示意图；

图2为加热柜固定装置300和加热装置200的结构示意图；

图3为温度控制系统600架构示意图；

图4为本发明的控制系统流程图；

图5为钢管旋压温度自动控制设备的框图。

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的一种钢管旋压温度自动控制设备，如图1、图5所示，包括旋压车床100、加热装置200、加热柜固定装置300、温度传感器组件400、气路槽组件500以及温度控制系统600。

气路槽组件500、加热柜固定装置300、温度传感器组件400依次安装在旋压车床100上。如图1所示，钢管700设置在旋压车床100上并与加热装置200间隙连接，旋压车床100，包括底座110、滑台120、主轴130以及主轴机箱140，气路槽组件500、加热柜固定装置300安装在主轴机箱140上，温度传感器组件400安装在底座110上，主轴机箱140与底座110一体连接，主轴130设置在主轴机箱140的内部，主轴130上设置有卡盘131，钢管700通过卡盘131夹紧安装在旋压车床100上，主轴机箱140上设置有钢管安装孔141，钢管700穿过钢管安装孔141，钢管700的一端延伸至主轴机箱140的外侧，另一端与旋压轮121间隙或接触连接，滑台120安装在底座110上，并能够在底座110上移动，滑台120上设置有旋压轮121，主轴130能够带动钢管700转动，当钢管700未进行收口作业时，旋压轮121与钢管700间隙连接；当钢管700进行收口作业时，滑台120进给运动带动旋压轮121接触旋转的钢管700进行收口作业，当旋转的钢管700被加热到设定温度后，滑台120进给运动带动旋压轮121靠近钢管700移动，当旋压轮121接触并挤压钢管700时，钢管700受力变形从而完成收口作业。

加热装置200设置在加热柜固定装置300上，如图1、图2所示，加热柜固定装置300包括支撑组件310和转动组件320，支撑组件310安装在转动组件320上，转动组件320上设置有转动杆321，转动杆321上安装有直排火焰加热炬夹具211、单孔火焰加热炬夹具221以及点火炬夹具231，加热装置200包括直排火焰加热炬210、单孔火焰加热炬220以及点火炬230，直排火焰加热炬210通过直排火焰加热炬夹具211安装在转动杆321上，单孔火焰加热炬220通过单孔火焰加热炬夹具221安装在转动杆321上，点火炬230通过点火炬夹具231安装在转动杆321上，通过转动组件320转动能够实现加热装置200的作业工位与非作业工位的切换，使直排火焰加热炬210、单孔火焰加热炬220以及点火炬230移动到作业区域或离开作业区域。直排火焰加热炬、单孔火焰加热炬220能够实现自动点火，直排火焰加热炬210、单孔火焰加热炬220能够给钢管700加热；直排火焰加热炬210、单孔火焰加热炬220、点火炬230能够分别通过各自连接的夹具实现位置的调整，以满足直排火焰加热炬210和单孔火焰加热炬220给钢管700有效加热，同时也满足点火炬230自动点火的位置要求。

温度控制系统600分别与加热装置200、温度传感器组件400电连接，温度传感器组件400检测钢管700的温度并将检测结果传输至温度控制系统600，温度控制系统600接收到钢管700的温度信号并发出指导信号指导加热装置200。温度传感器组件400包括温度传感器410和固定组件420，如图1所示，温度传感器410设置在固定组件420上，温度传感器410检测钢管700的温度并将检测结果反馈给温度控制系统600。

气路槽组件500包括气路槽立柱510和气路槽520，如图1所示，气路槽520设置在气路槽立柱510上，加热装置200所需供气管路及水冷管路安装在气路槽520上，供气管路为燃烧剂和助燃剂管路，用于加热装置200的燃料，水冷管路用于加热装置200的降温使用，在一个优选例中，供气管路的燃烧剂为丙烷，助燃剂为氧气；在一个变化例中，供气管路的燃烧剂为甲烷，助燃剂为氧气。在一个气路槽520的数量为一个或多个，在一个优选例中，气路槽520的数量为3个，在一个变化例中，气路槽520的数量为2个。

温度控制系统600包括plc控制系统、hmi触摸屏、温度和压力传感器采集系统以及火焰加热控制系统，温度和压力传感器采集系统包括非接触红外温度传感器以及气体压力传感器，实现温度和压力参数的采集，plc控制系统将采集到的温度和压力参数计算并指导火焰加热控制系统，hmi触摸屏提供了人机交互界面，用以设定温度和压力传感器的测量值、火焰加热炬加热时间以及加热温度阈值。温度控制系统600通过hmi触摸屏实现阈值的设定，通过温度和压力传感器实现数据采集，通过plc控制系统进行plc逻辑算法，通过火焰加热控制系统实现温度反馈调节，从而实现被加热钢管温度的恒定。在一个优选例中，如图3所示，采用plc控制系统作为逻辑控制核心，通过plc的模拟量输入模块连接气体压力传感器和温度传感器，气体压力传感器分别为乙炔压力传感器和氧气压力传感器，用来采集燃烧剂和助燃剂气瓶压力；温度传感器分别采用红外非接触式温度传感器1和红外非接触式温度传感器2，用于采集旋压钢管700火焰加热实时温度。hmi触摸屏作为人机交互界面，plc控制系统通过手动按钮io开关、指示灯、三色灯、加热炬、自动点火炬、气路控制柜、接近开关、profinet总线网络与hmi触摸屏连接，用以对传感器测量值、火焰加热炬加热时间、加热温度阈值等工艺参数进行设定。

本控制方案最终实现以加热时间和旋压钢管温度为基础的双重反馈的自调整温度控制系统，用以保证旋压整个工艺流程中，钢管700的旋压温度的恒定。通过以燃烧剂和助燃剂气体压力值作反馈实现自动识别气瓶中氧气燃气的余量，避免出现气瓶余量不足造成加工的失败。

根据本发明提供的一种钢管旋压温度自动控制方法，通过采用钢管旋压温度自动控制设备实现，如图4所示，包含如下步骤：

步骤1，待加工钢管700通过卡盘131夹紧安装在旋压车床100上；

步骤2，操作旋压车床100，打开旋压机主轴130，主轴130带动钢管700快速旋转；

步骤3，通过温度控制系统600人机交互界面，开启气路，点火炬打火，直排火焰加热炬210与单孔火焰加热炬220燃烧可燃气体点火加热，同时温度传感器410开始测量钢管700温度。在火焰控制电气柜操作面板打开自动点火按钮开关，火焰加热炬1、火焰加热炬2点火开始加热，待达到设定的加热时间后，温度传感器1和温度传感器2采集断火后钢管表面温度，并实时监测，若温度低于设定的温度阈值，自动启动相应点火枪按设定的加热节拍进行加热，加热节拍时间到则再次关闭加热炬，循环该步骤确保温度恒定。

步骤4，加热装置200加热钢管700，温度控制系统600通过控制气路开断与点火炬打火，控制加热柜1与加热柜2的点火与熄火，实现钢管温度的闭环控制；

步骤5，待被加工的钢管700已达到指定温度后，旋压车床100的滑台120进给运动，旋压轮121与钢管700接触完成收口作业；

步骤6，钢管700收口加工完毕，旋压车床100停车，控制气路关闭，完成一次加工过程。

本发明的工作原理如下：

通过对传统工艺进行分析，并对加热温度工艺参数进行测量，得出加热炬的参数输入，换算得出适合的加热炬的类型及功率，两个火焰加热炬直排火焰加热炬210和单孔火焰加热炬220和一个电子点火炬230，由安装在机床主轴机箱平面上的可转动悬臂组件夹持，垂直向下对工件收口端进行加热。车床侧面安装两个非接触式温度传感器410，与工件保持平齐检测温度。可燃剂和助燃剂气瓶紧挨墙壁放置，保持安全距离，并在气瓶上安装数字压力传感器。气路控制柜及电气控制柜实现加热火焰自动控制，hmi触摸屏在旋压工人一侧，便于车工操作，车工可独立完成热旋压作业。

本发明能够对钢管旋压温度自动控制，满足航天零件加工生产的要求，实现了智能化加工，有效降低了操作人员的劳动强度，旋压工艺过程中的加热时间、加热温度、加热节拍等参数可工艺量化，1名车工可独立完成整个加工过程，降低人工成本，提高加工成功率，操作简单、省时、省力，大大提高了生产效率。且本发明能够应用于其他尺寸航天零件旋压加工，具有降低人力成本、提高加工成功率、工艺参数可量化、安全可靠、操作方便、降低劳动强度且适用范围广泛的优点。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。