一种用于金属加工的智能中频加热炉的制作方法

1.本发明涉及电加热设备技术领域，特别是一种用于金属加工的智能中频加热炉。


背景技术：

2.中频加热炉是利用电磁感应加热金属物的设备，其主要结构是由变频装置与感应线圈等组成，工作时变频装置将工频50hz交流电转变为中频100hz
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10000hz的交流电，然后再把工频交流电整流后变成直流电，最后把直流电变为中频电流供给感应线圈，在感应线圈内流过的中频交变电流，在感应圈中产生高密度的磁力线，并切割感应圈里放入的金属材料，在金属材料中产生很大的涡流，进而金属材料产生热量被加热。然后工作人员将加热后金属材料从感应线圈内取出用其他设备进行加工(比如用空气锤等对加热后金属材料锤击塑性等等)。
3.虽然现有的中频加热炉具有应用方便、节省能源的优点，但是受到结构所限还是存在一些具体的问题，具体体现如下，其一：工作人员对若干金属棒材进行加工时，是人为方式将金属棒材放入线圈内，加热后再把线圈取出，全人工操作模式会给工作人员带来不便，且不利于提高工作效率。其二：加工不同外径的不同金属棒材时，需要工作人员手动调节变频装置的输出功率，防止输出功率过大造成外径小的金属棒材过加热、导致电能浪费以及过热形状变形，并防止功率过小单位时间内不能有效加热外径大的金属棒材，对后续的工作进度造成不利影响，同样由于需要人为操作，会给工作人员带来不便并影响工作效率。综上，提供一种不需要人为取放加工原材料，且能自动根据棒材的外径调节输出功率的中频加热炉显得尤为必要。


技术实现要素：

4.为了克服现有中频加热炉因结构所限存在如背景所述弊端，本发明提供了特别适用于金属棒材的加热使用，应用中在相关机构及电路共同作用下，能通过机械手臂将待加工的金属棒材放入线圈内并将加热后棒材从线圈内取出，且能实时监测待加工的金属棒材的外径数据，能根据外径大小自动调节输出到线圈的电压大小，保证有效加热前提下，还能实现节电效果，由此给工作人员带来了便利，且提高了工作效率的一种用于金属加工的智能中频加热炉。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.一种用于金属加工的智能中频加热炉，包括电动直线滑台、框架、底板、电动伸缩杆、电动直线滑台、中频加热炉本体、光电开关、电缸夹爪、稳压电源、plc；其特征在于还具有原料仓、探测电路、调压电路、控制机构；所述原料仓包括壳体、电动伸缩杆a、激光测距仪，壳体安装在底板的上端，电动伸缩杆a一端安装在壳体一侧端外且其活动杆位于壳体内，电动伸缩杆a的另一端安装有推板，激光测距仪安装在壳体另一侧；所述感应线圈安装在底板一侧端上，框架下端横向安装在底板两侧，电动直线滑台横向安装在框架上端下，电动伸缩杆的上端安装在电动直线滑台的滑动块下端，电缸夹爪的上端安装在电动伸缩杆的
下端；所述光电开关安装在感应线圈侧端；所述控制机构包括支撑座、电磁铁、衔铁块、直线滑动电阻、弹簧，电磁铁安装在支撑座上端，支撑座下端安装有导向杆，衔铁块、弹簧活动套在导向杆外侧，弹簧上端及下端分别和衔铁块下端及支撑座下端固定在一起，滑动电阻调节杆和衔铁块的侧端安装在一起；所述稳压电源、变频装置、探测电路、调压电路、plc、控制机构安装在电控箱内；所述调压电路的电源输出端和变频装置的电源输入端电性连接，激光测距仪的信号输出端和探测电路的信号输入端电性连接，探测电路的电源输出端和电磁铁的电源输入端电性连接，光电开关的信号输出端和plc的信号输入端电性连接；所述plc的多路电源输出端和电动伸缩杆、电动伸缩杆a、电动直线滑台、电缸夹爪的电源输入端分别电性连接。
7.进一步地，所述原料仓的壳体高度低于待加工棒材的高度，且内部前后的宽度大于棒材的直径，原料仓的壳体内下端安装有前高后低的斜板。
8.进一步地，所述激光测距仪的探测头对准壳体一端棒材的后部，推板小于壳体内高度及前后宽度。
9.进一步地，所述控制机构的可调电阻两端分别电性串联在调压电路的两个信号输入端之间。
10.进一步地，所述探测电路包括电性连接的电阻、可调电阻、npn三极管，npn三极管基极和可调电阻一端、电阻一端连接。
11.进一步地，所述调压电路包括电性连接的电阻、双向触发二极管、无极性电容、双向可控硅，第一只电阻一端和双向可控硅的第二主电极连接，第一只电阻另一端和无极性电容一端、第二只电阻一端连接，第二只电阻另一端和双向触发二极管一端连接，双向触发二极管另一端和双向可控硅控制极连接，无极性电容另一端和双向可控硅的第一只主电极连接。
12.本发明有益效果是：本发明特别适用于金属棒材的加热使用，应用中plc能控制电动直线滑台、电动伸缩杆、电缸夹爪协同工作，将待加工的金属棒材放入线圈内并将加热后棒材从线圈内取出，激光测距仪能实时监测最右端待加工的金属棒材的外径数据，进而经探测电路、调压电路等控制输入到变频装置的电源输入端的电压大小，由此实现了根据金属棒外径大小自动调节输出到线圈的电压大小，保证有效加热前提下，还能实现节电效果，给工作人员带来了便利，且提高了工作效率。基于上述，本发明具有好的应用前景。
附图说明
13.以下结合附图和实施例将本发明做进一步说明。
14.图1是本发明整体结构示意图。
15.图2是本发明控制机构的结构示意图。
16.图3是本发明电路图。
具体实施方式
17.图1、2、3中所示，一种用于金属加工的智能中频加热炉，包括电动直线滑台m、框架1、底板2、电动伸缩杆m1、具有变频装置u2与感应线圈m5的中频加热炉本体、光电开关u4、电缸夹爪m3、稳压电源u1、plcu5、电源开关s；还具有原料仓、探测电路5、调压电路6、控制机
构；所述原料仓包括中空矩形上端为开放式结构的壳体41、电动伸缩杆am4、激光测距仪u3，壳体41下端横向经螺杆螺母安装在底板2的上端中部，壳体41左端中部有个内径大于电动伸缩杆am4的活动杆外径的开孔，电动伸缩杆am4的筒体横向经螺杆螺母安装在壳体41左端中部外且其活动杆经由开孔位于壳体41左端内，电动伸缩杆am4的活动杆右端垂直焊接有一只推板42，多只金属棒材8(可大小不一)垂直分布插在壳体内，激光测距仪u3横向经螺杆螺母安装在壳体41上端后右侧；所述感应线圈m5垂直分布安装在底板2右端上(底板2是耐热非金属材料制作，比如混凝土基座)；所述“п”型框架1横向安装在电动伸缩杆am4的筒体右上端及底板2的右侧端中部上，电动直线滑台m横向分布经螺杆螺母安装在框架1上端下且其滑动块位于下部，电动伸缩杆m1的筒体上端经螺杆螺母垂直安装在电动直线滑台m的滑动块下端，电缸夹爪m3的外壳上端纵向分布安装在电动伸缩杆m1的活动杆下端；所述感应线圈m5的右侧端垂直焊接有一只支撑架9，光电开关u4横向安装在支撑架9上且其探测头朝向感应线圈m5(上端内径刚好大于待加工最大棒材8的外径)的中部右侧(感应线圈上内套有一只中部具有开孔的陶瓷限位座)；所述控制机构包括“]”型支撑座71、电磁铁dc、衔铁块72、直线滑动电阻rp3、弹簧74，电磁铁dc经螺杆螺母安装在支撑座71内上端，支撑座71内下端垂直焊接有一只导向杆73，衔铁块72的中部有个开孔，弹簧74活动套在导向杆73外侧其下端和支撑座71内下端焊接在一起，弹簧74上端焊接在衔铁块72下端且衔铁块72经中部开孔活动套在导向杆73上部，衔铁块72位于电磁铁dc的下端，滑动电阻rp3垂直安装在支撑座71下右侧端、且衔铁块72的右端和滑动电阻rp3左端的手柄用胶粘接在一起；所述稳压电源u1、变频装置u2、探测电路5、调压电路6、plcu5、电源开关s安装在电控箱10内电路板上，电控箱10安装在底板2左后端上
18.图1、2、3所示，原料仓的壳体41的高度低于待加工棒材8的高度，前后的内部宽度大于棒材8的直径，原料仓的壳体41内下端焊接有一只前高后低的斜板(图中未画出)，保证棒材8位于原来仓内时向后滑动位于原料仓的壳体41后端内。激光测距仪u4的探测头对准壳体右端棒材8的后上部，推板42小于壳体41内高度及前后宽度。控制机构的可调电阻rp3两端分别经导线串联在调压电路的两个信号输入端电阻r2另一端及电容c一端之间。探测电路包括经电路板布线连接的电阻r1、可调电阻rp2、npn三极管q1，npn三极管q1基极和可调电阻rp2一端、电阻r1一端连接。调压电路包括经电路板布线连接的电阻r2、双向触发二极管st、无极性电容c、双向可控硅vs，第一只电阻r2一端和双向可控硅vs的第二主电极连接，第一只电阻r2另一端和无极性电容c一端、第二只电阻r3一端连接，第二只电阻r3另一端和双向触发二极管st一端连接，双向触发二极管st另一端和双向可控硅vs控制极连接，无极性电容c另一端和双向可控硅vs的第一只主电极连接。
19.图1、2、3所示，稳压电源u1的电源输入端1及2脚、调压电路的电源输入端可控硅vs的第二主电极、第一只主电极和交流220v电源两极分别经导线连接，调压电路的电源输出端电阻r2一端及220v交流电源一极和变频装置u2的电源输入端1及2脚分别经导线连接，变频装置u2的电源输出端3及4脚和感应线圈m5的电源输入两端分别经导线连接；稳压电源u1的电源输出端3及4脚和电源开关s的电源输入端1及2脚、激光测距仪u3的电源输入端1及2脚、plcu5的电源输入端1及2脚、光电开关u4的电源输入端1及2脚分别经导线连接(稳压电源u1的4脚和电阻r1另一端连接)，激光测距仪u3的信号输出端3脚和探测电路的信号输入端可调电阻rp2另一端经导线连接，探测电路的电源输出端npn三极管q1发射极及电阻r1另
一端和电磁铁dc的电源输入两端分别经导线连接，光电开关u4的信号输出端3脚和plcu5的信号输入端3脚经导线连接；plcu5的四路电源输出端4及5脚、6及7脚、8及9脚、10及11脚和电动直线滑台m、电动伸缩杆m1、电缸夹爪m3、电动伸缩杆am4的电源输入两端分别经导线连接,电源开关s的电源输出端3及4脚、5及6脚和电动伸缩杆am4的负正两极及正负两极电源输入端分别经导线连接。
20.图1、2、3所示，本发明特别适用于金属棒材的加热使用，220v交流电源进入稳压电源u1的电源输入端后(并进入变频装置的电源输入一端以及可控硅vs第一主电极)、其得电工作3及4脚输出稳定的直流12v电源进入电源开关s(手柄位于电控箱前端开孔外)、激光测距仪u3、plcu5、光电开关u4、探测电路电源输入端，于是，上端设备得电工作。中频加热炉得电工作后，变频装置u2将工频50hz交流电转变为中频100hz
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10000hz的交流电，然后再把工频交流电整流后变成直流电，最后把直流电变为中频电流，供给由电容和感应线圈m5里流过的中频交变电流，在感应圈m5中产生高密度的磁力线，并切割感应圈里放入的金属棒材8，在金属棒材8中产生很大的涡流，进而金属棒材产生热量被加热；后续工作人员将位于线圈m5左侧端的底板上加热后金属棒材，用夹具等夹住到其它工位用其他设备进行加工(比如用空气锤等对加热后金属材料锤击塑性等等)。
21.图1、2、3所示，本新型使用前，工作人员把电源开关s向左打开(s的1、2脚和3、4脚分别连通)，这样24v电源进入电动伸缩杆a的负正两极电源输入端，电动伸缩杆a得电工作其活动杆带动推板42运动到左止点时关闭电源开关s；接着工作人员把多只棒材8垂直放在壳体41内，然后把电源开关s向右打开(s的1、2脚和5、6脚分别连通)，这样24v电源进入电动伸缩杆a的正负两极电源输入端，电动伸缩杆a得电工作其活动杆带动推板42运动到右止点时关闭电源开关s(也就是将多只棒材8左右挤靠在一起，左端棒材和壳体内左端间隔1毫米左右作为活动余量)。打开plc的电源开关s1后(手柄位于电控箱外)，plcu5得电工作，其在内部编程作用下3及4脚输出一定时间正负两极电源进入电动直线滑台m正负两极电源输入端，于是电动直线滑台m得电工作其滑动块带动电缸夹爪m3等运动到左端；继之，plcu5的5及6脚输出一定时间正负两极电源进入电动伸缩杆m1正负两极电源输入端，于是电动伸缩杆m1得电工作其活动杆带动电缸夹爪m3向下运动到最右端一只棒材8的上端，且两只夹爪位于该棒材的前后端上部；继之，plcu5的8及9脚输出一定时间正负两极电源进入电缸夹爪m3正负两极电源输入端，于是电缸夹爪m3得电工作其两只尖爪将最右端一只棒材8的上端夹住并夹牢；继之，plcu5的6及7脚输出一定时间负正两极电源进入电动伸缩杆m1负正两极电源输入端，于是电动伸缩杆m1得电工作其活动杆带动电缸夹爪m3向上运动，这样最右端一只棒材8的下端和壳体上端分离；继之，plcu5的3及4脚输出一定时间负正两极电源进入电动直线滑台m负正两极电源输入端，于是电动直线滑台m得电工作其滑动块带动电缸夹爪m3、棒材8等运动到右端，并位于感应线圈m5上端中部；继之，plcu5的3及4脚输出一定时间正负两极电源进入电动伸缩杆m1正负两极电源输入端，于是电动伸缩杆m1得电工作其活动杆带动电缸夹爪m3、棒材8向下运动，这样棒材8进入感应线圈3内被加热；一段时间后，plcu5的6及7脚输出一定时间负正两极电源进入电动伸缩杆m1负正两极电源输入端，于是电动伸缩杆m1得电工作其活动杆带动电缸夹爪m3及加热后棒材8向上运动，这样棒材8下端和感应线圈上端分离；继之，plcu5的3及4脚输出一定时间正负两极电源进入电动直线滑台m正负两极电源输入端，于是电动直线滑台m得电工作其滑动块带动电缸夹爪m3、加热后棒
材等运动到左端且位于壳体41和感应线圈3之间的底板上；继之，plcu5的8及9脚输出一定时间负正两极电源进入电缸夹爪m3负正两极电源输入端，于是电缸夹爪m3得电工作其两只尖爪分离，这样加热后棒材就会摆放在壳体41和感应线圈3之间的底板上，工作人员就可将加热后棒材送到下一道工序加工。和上述过程完全一致，加工完一只棒材后，相关设备又会将原来右端第二只棒材8(此刻是右端第一只)从壳体内取出到感线圈内加热，加热后在摆放到底板上，以此不断循环，就能将所有壳体内的棒材加工完毕。
22.图1、2、3所示，没有棒材位于感应线圈3内时，光电开关u4的探测头前由于无物品阻挡3脚不输出信号到plcu5的信号输入端3脚，那么电动伸缩杆am4不会得电工作。当电缸夹爪取出壳体内右侧端一只棒材放入感应线圈上端内后，该棒材会阻断光电开关u4探测头，于是光电开关u4的3脚输出高电平信号进入plcu5的3脚，plcu5在其内部编程电路作用下10及11脚会输出一定时间正负两极电源进入电动伸缩杆am4正负两极电源输入端，于是，电动伸缩杆am4正负两极得电的时间内其活动杆会推动推板向右运动一段距离停止，这样，每次壳体内右端一只棒材取出后，电动伸缩杆am4的活动杆就会经推板42推动所有棒材向壳体内右端运动一段距离停止，保证壳体内右端始终有一只棒材，为后续调压电路输出不同电压信号到变频装置u2的电源输入端做好准备。
23.图1、2、3所示，激光测距仪u3得电工作后其探测头会实时探测壳体最右端一只棒材的上端后侧(也就是棒材位于壳体上端外部位的后侧、外径最大部位的后侧)，当该棒材的外径大和激光测距仪的探测头间距相对大时，激光测距仪u3的3脚输出的信号电流进入可调电阻rp2一端信号电流相对大，当该棒材的外径小和激光测距仪的探测头间距相对小时，激光测距仪u3的3脚输出的信号电流进入可调电阻rp2一端信号电流相对小。当随棒材外径大小不同、激光测距仪u3的3脚输出不同大小变化电流信号进入npn三极管q1的基极后(可调电阻rp2及电阻r1分压作用)，npn三极管q1将信号电流放大后会输出到电磁铁dc的电源输入端，其中棒材的外径越大输出到电磁铁dc的电流越大其产生的磁性越强，棒材的外径越小输出到电磁铁dc的电流越小其产生的磁性越弱。当电磁铁dc产生不同电磁作用力时会吸合衔铁块(钢铁材质)上行棒材外径越大电磁力越大、吸合衔铁块72上行的高度越高、反之越低。当衔铁块72上行高度越大时其带动可调电阻rp3的手柄上行高度越高，那么可调电阻rp3的电阻值越小；当衔铁块72上行高度越低时其带动可调电阻rp3的手柄上行高度越低，那么可调电阻rp3的电阻值越大。
24.图1、2、3所示，调压电路中，由电阻r2、可调电阻rp3、电容c、电阻r3和双向触发二极管st组成移相触发子电路。在220v交流电源为某半周时，电流经电阻r2、可调电阻rp3(电阻值越小充电时间越快)限流降压向电容c充电，电容c两端电压上升，当电容c两端电压上升到大于双向触发二极管st的触发电压值时，电容c处的电压经电阻r3降压限流触发双向触发二极管st和双向可控硅vs相继导通，然后双向可控硅vs在交流电源电压处于零点时截止，双向可控硅vs的触发角由可调电阻rp3阻值、电阻r2阻值和电容c1电容量决定，当棒材外径越大时可调电阻rp3的阻值变小、反之电阻变大(双向可控硅vs导通的同时，220v交流电源两极进入变频装置u2的电源两极，于是其得电工作)。可调电阻rp3的阻值发生变化时相当于改变了双向可控硅vs的触发角，从而改变了变频装置u2的输入工作电压大小，也就是改变了变频装置u2的两端电压值，起到调节变频装置u2工作电压的作用；棒材外径大时，可调电阻rp3的电阻值变小，双向可控硅vs的触发角变大，输入至变频装置u2的1及2脚电压
变大，那么，变频装置u2的3及4脚输出到感应线圈m5处电压相对大，满足外径较大棒材加工需要；棒材外径小时，可调电阻rp3的电阻值变大，双向可控硅vs的触发角变小，输入至变频装置u2的电压变小，那么，变频装置u2输出到感应线圈处电压相对小，满足外径较小棒材加工需要。通过上述电路及机构共同作用，本发明特别适用于金属棒材的加热用，应用中plc能控制电动直线滑台(丝杆电动滑台)、电动伸缩杆、电缸夹爪等协同工作，将待加工的金属棒材放入线圈内并将加热后棒材从线圈内取出，激光测距仪能能实时监测最右端待加工的金属棒材的外径数据，进而经探测电路、调压电路等控制输入到变频装置的电源输入端大小，由此实现根据金属棒外径大小自动调节输出到线圈的电压大小目的，保证有效加热前提下，还能实现节电效果，给工作人员带来了便利，且提高了工作效率。电路中，电阻r1、r2、r3阻值分别是10k、1k、240ω；双向触发二极管st型号是db4；无极性电容c规格是0.1μf/160v；双向可控硅vs型号是bta41/800b；激光测距仪a1是型号sw-lds50b激光测距仪模块，其具有两个电源输入端一个信号输出端，工作时其探测头前端有障碍物时信号输出端会输出动态变化电流信号，距离越近信号电流越高、反之越低；电动推杆伸缩杆m1、电动伸缩杆am4是往复式电动推杆成品，其筒体内上下端各具有限位开关，工作时活动杆运动到上止点或下止点时会失电，只有反向输入电源才会得电工作；稳压电源u1是型号220v/24v/3kw的交流220v转直流24v开关电源模块成品；可调电阻rp2、rp3型号是100k(分别调节到17k、27k)；电磁铁dc是直流24v、功率20w的电磁铁，工作时吸力降低时弹簧会拉动衔铁块下行一段距离；npn三极管q1型号是9012；光电开关u4是型号e18-d80nk的pnp型光电开关成品，工作时探测头前端有无物品阻挡时3脚输出高电平信号、反之不输出(探测距离10厘米)。需要说明的是，本实施例的plc输出时间控制各用电设备的时间，该时间值不是固定的，技术人员根据实际需要进行设定。
25.以上显示和描述了本发明的主要特征及本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明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，能够以其他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。
26.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。