盘类零件用电液复合驱动高精密智能淬火机床及控制方法与流程

本发明涉及一种盘类零件用电液复合驱动高精密智能淬火机床及控制方法，属于机械制造加工技术领域。

背景技术：

淬火是重要的热处理工艺，而盘类零件(如齿轮)由于结构的特殊性和应用的广泛性，对淬火设备的要求较高且需求量较大。

传统的淬火机床的床身机架多采用固定式，无法进行小范围内调整，从而限制了零件与淬火感应器之间相对位置的调整空间；通常采用布置在机架上的托辊对零件进行支撑，托辊之间的位置关系事先设定，这种托辊支撑方式在零件尤其是大型重载零件的旋转淬火过程中容易造成滑脱，存在一定的安全隐患，且主要对固定尺寸的零部件较为适用，而对于不同尺寸零部件的批量淬火加工，难以自动调整夹持尺寸的功能，且对零部件施加的夹持力难以有效控制，夹持力过小容易造成滑脱，夹持力过大则易造成零部件表面和内在的损伤。

传统的淬火机床限制了大批量不同结构参数零部件的淬火热处理。另外，淬火机床的结构形式，淬火的工艺参数对零件的淬火效果具有重要影响，而传统的淬火机床无法根据材料属性和淬火工艺要求，确定最佳的机架支架的倾斜角度、淬火速度和淬火频率等关键参数；同时对于淬火过程中的工艺参数的变化无法做到有效监控和及时调整，难以保证淬火质量，从而降低了淬火的效率、可靠性和质量，难以实现淬火工艺的智能化。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种盘类零件用电液复合驱动高精密智能淬火机床及控制方法，其能够自动调整夹持尺寸，具有零部件定位检测、夹紧力感测等功能，对零部件的夹持力实现有效控制，同时对淬火过程中的工艺参数进行监控和反馈控制。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种盘类零件用电液复合驱动高精密智能淬火机床，

它包括由机架底座、倾斜支承架组成的可调机架，由回转台及设置在回转台上的智能卡爪构成的淬火工作台，工艺参数库和控制系统；

所述的机架底座与倾斜支承架之间采用能够实现相对自由转动的约束进行连接，机架底座的竖直立柱的上表面安装有液压缸，液压缸的两端分别与竖直立柱的上表面和倾斜支承架连接；在所述的机架底座的底部设置有淬火液渗漏网，所述的倾斜支撑架内设置淬火工作台；

所述的控制系统包括定位检查系统、夹紧力控制系统及运行监控系统；

所述的回转台包括回转底盘、卡盘体，所述回转底盘的外壳包含有蜗杆套，蜗杆套的内部安装有蜗杆，蜗杆的一端通过连轴器与回转驱动电机连接，蜗杆的一侧与涡轮回转支承啮合，涡轮回转支承与卡盘体连接；

所述的卡盘体包括卡盘底座、卡盘外壳，卡盘底座上设置有安装架i和安装架ii，安装架i上安装有定位驱动电机，安装架ii上安装有小锥齿轮，定位驱动电机通过连轴器与小锥齿轮连接，小锥齿轮与大锥齿轮啮合，大锥齿轮与平面螺旋纹转盘的转轴连接；

所述的卡盘外壳的上表面设置有多个滑道，每个滑道内放置智能卡爪；智能卡爪的内部设置有缓冲机构和感测压力的传感器，智能卡爪的前端面和后端面均安装有感测距离的距离传感器，底端面与平面螺旋纹转盘的上表面啮合传动。

所述的机架底座与倾斜支承架之间通过转动关节连接，所述的转动关节对称分布在机架底座和倾斜支承架的两端。

所述的卡盘外壳上表面的滑道为3个，滑道和智能卡爪均中心对称分布在卡盘外壳的上表面。

所述的液压缸共有两个，在竖直立柱的上表面对称布置安装，且与水平面成一定夹角，液压缸与倾斜支承架的连接位置处于倾斜支承架的上部位置。

所述的智能卡爪的前端面为内凹螺纹弧面，后端面为外凸螺纹弧面，底端面为螺纹平面；

前端面和后端面上安装的感测距离的传感器为激光位移传感器；智能卡爪的内部设置的缓冲机构为弹簧、设置的感测压力的传感器为压力传感器；智能卡爪采用钛合金耐高温材料加工制造。

所述的涡轮回转支承通过法兰盘与卡盘体的卡盘底座连接。

所述的卡盘底座为端面套筒形，安装架i和安装架ii设置在卡盘底座的一侧。

所述的平面螺旋纹转盘的转轴与卡盘底座的中心转轴之间安装有圆柱滚子轴承，平面螺旋纹转盘的转轴的底部布置有推力轴承，推力轴承通过端盖固定在卡盘底座的底部端面。

所述的工艺参数库包括参数输入模块和参数输出模块，参数输入模块用于输入淬火工件的材料属性和淬火工艺要求，参数输出模块用于输出淬火效果最佳的机架底座与倾斜支承架之间的倾斜角度、淬火速度、淬火频率。

一种盘类零件用电液复合驱动高精度智能淬火机床的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：根据淬火工件的类型，在工艺参数库的参数输入模块输入淬火工件的材料属性和淬火工艺要求，通过参数输出模块获取最佳的机架底座与倾斜支承架之间的倾斜角度、淬火速度、淬火频率；

步骤二：根据步骤一确定的机架底座与倾斜支承架之间的倾斜角度，通过液压缸调整倾斜支承架与机架底座之间的角度，将智能卡爪复位；

步骤三：将淬火工件放置在回转台上，通过智能卡爪上的距离传感器检测智能卡爪当前位置与淬火工件之间的距离，将检测到的距离信号反馈至定位检测系统，调整淬火工件的位置，使淬火工件放置在回转台的中心位置，完成淬火工件的放置；

通过定位驱动电机控制调整智能卡爪向中心移动，在移动过程中，智能卡爪上的距离传感器实时将智能卡爪与淬火工件间的距离反馈给定位检测系统，当智能卡爪与淬火工件接触时，智能卡爪上感测压力的传感器实时检测智能卡爪对淬火工件施加的夹持力，检测到的夹紧力大小反馈给夹紧力控制系统，当夹持力满足要求时，完成淬火工件的定位夹持；

步骤四：通过回转驱动电机控制，驱动回转台旋转，根据步骤一确定的淬火速度和淬火频率，对淬火工件进行淬火工加工；

淬火过程中运行监控系统对回转台的旋转速度、智能卡爪的夹紧力大小进行监控，当回转台的旋转速度出现波动时，运行监控系统发出控制信号给回转驱动电机，通过反馈控制予以消除；

当智能卡爪的夹紧力大小降低时，运行监控系统发出控制信号给定位驱动电机，通过反馈控制保证夹紧力的恒定；当夹紧力超出可控范围时，运行监控系统发出报警信号，回转驱动电机停止旋转，回转台自锁。

与传统的淬火机床相比，本发明的机架底座与倾斜支承架之间能够实现相对转动，采用液压缸驱动能够实现机架底座与倾斜支承架之间角度可调，可调式机架能够实现零件在小范围的姿态调整，增加了零件与淬火感应器之间相对位置的调整空间；淬火工作台通过定位驱动电机和回转驱动电机能够实现针对不同零件的智能卡爪夹持尺寸的调整和整体结构的旋转；

同时，智能卡爪的前端面和后端面均安装有感测距离的传感器，能够有效检测零部件的放置位置，使零部件放置在转动台上的中心位置，这样可有效控制零部件与淬火感应器之间的相对位置不变，降低相对位置波动和控制的难度；同时可实时控制智能卡爪夹持尺寸的调整，实现夹持到位的自动检测，避免与零件表面的碰撞，智能卡爪的内部设置有缓冲机构和感测压力的传感器，能够对零件的夹持力进行有效控制，避免零件表面和内在的损伤；

另外，本发明能够根据淬火工件的类型，材料属性和淬火工艺要求，确定最佳的机架支架的倾斜角度、淬火速度和淬火频率等关键参数，提高淬火参数确定的合理性；同时，运行监控系统可对淬火过程中的工艺参数进行有效监控，保证淬火参数的恒定和可靠性；

本发明能够适应大批量不同结构参数零部件的淬火热处理，可有效监控淬火过程中的工艺参数，提高淬火的效率、可靠性和质量，实现淬火工艺的智能化。

附图说明

图1为本发明整体结构图；

图2为本发明回转台结构图；

图3为本发明回转台的a-a向剖视图；

图4为本发明卡盘底座的结构图；

图5为本发明大锥齿轮与平面螺纹转盘的结构图；

图6为本发明淬火工作台正视图；

图7为本发明智能卡爪的结构图；

图8为本发明智能卡爪整体结构剖视图；

图9为本发明淬火工件定位过程结构图；

图10为本发明实施例的淬火工件定位完成状态结构图；

图11为本发明控制方法的系统结构图。

图中：11、机架底座；12、倾斜支承架；13、竖直立柱；14、淬火液渗漏网；15、转动关节；2、回转台；21、回转底盘；211、蜗杆套；212法兰盘；22、卡盘体；221、卡盘底座；222、卡盘外壳；223、安装架i；224、安装架ii；225、圆柱滚子轴承；226、推力轴承；23、蜗杆；241、定位驱动电机；242、回转驱动电机；25、涡轮回转支承；26、小锥齿轮；27、连轴器；28、大锥齿轮；29、平面螺旋纹转盘；3、智能卡爪；31、前端面；32、后端面；33、底端面；34、激光位移传感器；35、弹簧；36、压力传感器；4、液压缸；5、淬火工件；6、工艺参数库；61、参数输入模块；62、参数输出模块；7、控制系统；71、定位检测系统、72、夹紧力控制系统；73、运行监控系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图11所示，为一种盘类零件用电液复合驱动高精密智能淬火机床，

它包括由机架底座11、倾斜支承架12组成的可调机架，由回转台2及设置在回转台2上的智能卡爪3构成的淬火工作台，工艺参数库6和控制系统7；

所述的机架底座11与倾斜支承架12之间采用能够实现相对自由转动的约束进行连接，机架底座11的竖直立柱13的上表面安装有液压缸4，液压缸4的两端分别与竖直立柱13的上表面和倾斜支承架12连接；在所述的机架底座11的底部设置有淬火液渗漏网14，所述的倾斜支撑架12内设置淬火工作台；

所述的控制系统7包括定位检查系统71、夹紧力控制系统72及运行监控系统73；

所述的回转台2包括回转底盘21、卡盘体22，所述回转底盘21的外壳包含有蜗杆套211，蜗杆套211的内部安装有蜗杆23，蜗杆23的一端通过连轴器27与回转驱动电机242连接，蜗杆23的一侧与涡轮回转支承25啮合，涡轮回转支承25与卡盘体22连接；

所述的卡盘体22包括卡盘底座221、卡盘外壳222，卡盘底座221上设置有安装架i223和安装架ii224，安装架i223上安装有定位驱动电机242，安装架ii224上安装有小锥齿轮26，定位驱动电机241通过连轴器27与小锥齿轮26连接，小锥齿轮26与大锥齿轮28啮合，大锥齿轮28与平面螺旋纹转盘29的转轴连接；

所述的卡盘外壳222的上表面设置有多个滑道，每个滑道内放置智能卡爪3；智能卡爪3的内部设置有缓冲机构和感测压力的传感器，智能卡爪3的前端面31和后端面32均安装有感测距离的距离传感器，底端面33与平面螺旋纹转盘29的上表面啮合传动。

如图1所示：所述的机架底座11与倾斜支承架12之间通过转动关节15连接，所述的转动关节15对称分布在机架底座11和倾斜支承架12的两端。

如图1所示：所述的卡盘外壳222上表面的滑道为3个，滑道和智能卡爪3均中心对称分布在卡盘外壳222的上表面。

如图1所示：所述的液压缸4共有两个，在竖直立柱13的上表面对称布置安装，且与水平面成一定夹角，液压缸4与倾斜支承架12的连接位置处于倾斜支承架12的上部位置。

如图7和图8所示：所述的智能卡爪3的前端面31为内凹螺纹弧面，后端面32为外凸螺纹弧面，底端面33为螺纹平面；

前端面31和后端面32上安装的感测距离的传感器为激光位移传感器34；智能卡爪3的内部设置的缓冲机构为弹簧35、设置的感测压力的传感器为压力传感器36；智能卡爪3采用钛合金耐高温材料加工制造。

如图2所示：所述的涡轮回转支承25通过法兰盘212与卡盘体22的卡盘底座221连接。

如图4所示：所述的卡盘底座221为端面套筒形，安装架i223和安装架ii224设置在卡盘底座221的一侧。

如图3所示：所述的平面螺旋纹转盘29的转轴与卡盘底座221的中心转轴之间安装有圆柱滚子轴承225，平面螺旋纹转盘29的转轴的底部布置有推力轴承226，推力轴承226通过端盖固定在卡盘底座221的底部端面。

如图11所示：所述的工艺参数库6包括参数输入模块61和参数输出模块62，参数输入模块61用于输入淬火工件5的材料属性和淬火工艺要求，参数输出模块62用于输出淬火效果最佳的机架底座11与倾斜支承架12之间的倾斜角度、淬火速度、淬火频率。

如图9、图10和图11所示：盘类零件用电液复合驱动高精度智能淬火机床的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：根据淬火工件5的类型，在工艺参数库6的参数输入模块61输入淬火工件5的材料属性和淬火工艺要求，通过参数输出模块62获取最佳的机架底座11与倾斜支承架12之间的倾斜角度、淬火速度、淬火频率；

步骤二：根据步骤一确定的机架底座11与倾斜支承架12之间的倾斜角度，通过液压缸4调整倾斜支承架12与机架底座11之间的角度，将智能卡爪3复位；

步骤三：将淬火工件5放置在回转台2上，通过智能卡爪3上的距离传感器检测智能卡爪3当前位置与淬火工件5之间的距离，将检测到的距离信号反馈至定位检测系统71，调整淬火工件5的位置，使淬火工件5放置在回转台2的中心位置，完成淬火工件5的放置；

通过定位驱动电机241控制调整智能卡爪3向中心移动，在移动过程中，智能卡爪3上的距离传感器实时将智能卡爪3与淬火工件5间的距离反馈给定位检测系统71，当智能卡爪3与淬火工件5接触时，智能卡爪3上感测压力的传感器实时检测智能卡爪3对淬火工件5施加的夹持力，检测到的夹紧力大小反馈给夹紧力控制系统72，当夹持力满足要求时，完成淬火工件5的定位夹持；

步骤四：通过回转驱动电机242控制，驱动回转台2旋转，根据步骤一确定的淬火速度和淬火频率，对淬火工件5进行淬火工加工；

淬火过程中运行监控系统73对回转台2的旋转速度、智能卡爪3的夹紧力大小进行监控，当回转台2的旋转速度出现波动时，运行监控系统73发出控制信号给回转驱动电机242通过反馈控制予以消除；

当智能卡爪3的夹紧力大小降低时，运行监控系统73发出控制信号给定位驱动电机241，通过反馈控制保证夹紧力的恒定；

当夹紧力超出可控范围时，运行监控系统73发出报警信号，回转驱动电机242停止旋转，回转台2自锁。

与传统的淬火机床相比，本发明的机架底座11与倾斜支承架12之间能够实现相对转动，采用液压缸4驱动能够实现机架底座11与倾斜支承架12之间角度可调，可调式机架能够实现零件在小范围的姿态调整，增加了零件与淬火感应器之间相对位置的调整空间；淬火工作台通过定位驱动电机241和回转驱动电机242能够实现针对不同零件的智能卡爪夹持尺寸的调整和整体结构的旋转；

同时，智能卡爪3的前端面和后端面均安装有感测距离的传感器，能够有效检测零部件的放置位置，使零部件放置在回转台2上的中心位置，这样可有效控制零部件与淬火感应器之间的相对位置不变，降低相对位置波动和控制的难度；同时可实时控制智能卡爪3夹持尺寸的调整，实现夹持到位的自动检测，避免与零件表面的碰撞，智能卡爪3的内部设置有缓冲机构和感测压力的传感器，能够对零件的夹持力进行有效控制，避免零件表面和内在的损伤；

另外，本发明能够根据淬火工件的类型，材料属性和淬火工艺要求，确定最佳的机架支架的倾斜角度、淬火速度和淬火频率等关键参数，提高淬火参数确定的合理性；同时，运行监控系统73可对淬火过程中的工艺参数进行有效监控，保证淬火参数的恒定和可靠性；

本发明能够适应大批量不同结构参数零部件的淬火热处理，可有效监控淬火过程中的工艺参数，提高淬火的效率、可靠性和质量，实现淬火工艺的智能化。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。