本發(fā)明涉及齒輪熱加工，具體涉及一種智能化控制的齒輪滲碳淬火設備及其控制方法。

背景技術：

1、在齒輪的熱加工作業(yè)中，經(jīng)常需要對齒輪進行滲碳淬火加工。滲碳淬火是金屬材料常見的一種熱處理工藝，它可以使?jié)B過碳的工件表面獲得很高的硬度，提高其耐磨程度。傳統(tǒng)工藝主要有：低溫回火、預冷直接淬火、一次加熱淬火、滲碳高溫回火、二次淬火冷處理、滲碳后感應加熱等工序。淬火工藝在現(xiàn)代機械制造工業(yè)得到廣泛的應用。但是在現(xiàn)有技術的齒輪滲碳淬火設備使用效果不佳。結合本公司的實際齒輪滲碳淬火加工和同行業(yè)的齒輪滲碳淬火加工設備的溝通和分析，現(xiàn)有技術的齒輪滲碳淬火加工設備仍然存在以下缺點：第一，結構設計不合理，現(xiàn)有技術的齒輪滲碳淬火加工設備只能進行單一型號齒輪的加熱作業(yè)，具體來講，不同型號的齒輪高度和直徑有所不同，傳統(tǒng)的齒輪淬火加熱工序中，對于齒輪的放置結方式都是直接放置在基板上，要么進行單一開模提供單一系列齒輪的穩(wěn)定支撐，但是這兩種方式都有各自的缺點，無法實現(xiàn)在對淬火待加工齒輪穩(wěn)定支撐的基礎上，還可以避免重復開模，低成本實現(xiàn)不同規(guī)格型號齒輪的自動化頂緊作業(yè)，保證待加工齒輪與電感應加熱銅管始終處于同心。

2、第二，現(xiàn)有技術的齒輪滲碳淬火加工設備通常采用單一尺寸的電感應加熱銅管進行淬火加熱作業(yè)。具體來講，即是常規(guī)的淬火加熱為了適應多種尺寸規(guī)格齒輪的加工作業(yè)，一般都是設置最大尺寸的電感應加熱銅管。但是在實際的齒輪淬火作業(yè)中發(fā)現(xiàn)，較大尺寸的電感應加熱銅管對于較小尺寸齒輪淬火加工時，由于空間差分布的存在，造成熱量損失較大，經(jīng)常出現(xiàn)待加工齒輪淬火溫度不達標的情況，進而也會造成齒輪加工出現(xiàn)一定量的殘次率，嚴重影響了齒輪淬火加工的質量和效率。第三，現(xiàn)有技術的電感應加熱銅管都是直接連接電源，這就造成外界連接電壓的波動也會對電感應加熱銅管的加熱溫度存在不利影響。同時下方冷卻液也會對電感應加熱銅管的加熱溫度產(chǎn)生一定影響，電感應加熱銅管的加熱溫度波動會直接影響待加工齒輪的精度和質量，為此，我們需要一種智能化控制的齒輪滲碳淬火設備及其控制方法。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決上述存在的現(xiàn)有技術齒輪滲碳淬火設備使用的缺點和不足之處，本發(fā)明提供一種結構設計合理、實現(xiàn)在對淬火待加工齒輪穩(wěn)定支撐的基礎上還實現(xiàn)不同規(guī)格型號齒輪自動化頂緊作業(yè)、可便捷更換安裝不同規(guī)格型號電感應加熱銅管避免熱量損失提高熱資源利用效率、通過溫度補償調整量完成對輸出溫度的最終補償修正處理作業(yè)，以確保齒輪淬火溫度在穩(wěn)定的預設范圍內的智能化控制的齒輪滲碳淬火設備及其控制方法。

2、本發(fā)明采用如下技術方案達到上述目的：

3、一種智能化控制的齒輪滲碳淬火設備，包括底座、加熱機構和冷卻機構；所述底座左右分布；在所述底座后側還設有立柱，所述立柱豎直分布；所述加熱機構包括安裝座、電感應加熱銅管和驅動件；所述安裝座通過所述驅動件可上下移動地設置于立柱，以完成不同規(guī)格型號尺寸齒輪淬火所需的預設高度調節(jié)作業(yè)；所述電感應加熱銅管采用環(huán)形電感應空心銅管結構，且一端設有連接座，所述電感應加熱銅管一側還設有測溫探頭；所述連接座內腔為中空結構，且設置有與電感應加熱銅管保持電性連接的電控板；所述連接座與所述安裝座之間通過連接件連接，以使得二者可便捷拆卸，同時在安裝狀態(tài)下可完成不同預設固緊力的支撐作業(yè)；所述冷卻機構包括冷卻箱、轉動柱、轉動電機、連接臂、支撐座、第一氣缸和基板以及頂緊件；所述冷卻箱為圓形結構，且一側連接有輸液管，另一側連接安裝有排液管，且輸液管和排液管上均設有電磁開關閥；所述轉動柱豎直分布地設置于所述冷卻箱的中心；所述轉動電機通過支架設置于所述底座，且輸出軸與所述轉動柱連接；所述連接臂為環(huán)形均勻分布的多個，且均設置于所述轉動柱；所述支撐座為圓形且水平設置于所述連接臂的端部；所述第一氣缸豎直分布地設置于所述支撐座，且頂端連接所述基板；所述頂緊件配置成可完成不同尺寸規(guī)格型號齒輪內圈的頂緊以保證待加工齒輪的位置固定作業(yè)；

4、所述電控板包括信號接收模塊、預處理模塊、信號處理模塊、溫度補償模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊；所述信號接收模塊用于接收測溫探頭的實時測溫信號；所述預處理模塊用于對信號接收模塊的溫度參數(shù)進行管理，通過將淬火溫度節(jié)點和淬火時間節(jié)點定義為標簽，并以標簽頁的形式在頁面上顯示，點擊不同的標簽顯示和查看不同節(jié)點下齒輪的淬火情況；所述信號處理模塊，用來對淬火溫度進行優(yōu)化核心算法公式完成輸入側中心淬火溫度控制、測溫探頭采集側溫度波動調節(jié)修正的調節(jié)，最終計算出相應齒輪淬火加工的溫度補償修正量，以使得淬火作業(yè)中的加熱溫度保持穩(wěn)定的預設量；同時具有對淬火信息進行增刪改的管理，以圖形化的形式顯示，其中包括齒輪名稱、規(guī)格型號、數(shù)量、材質信息、加熱銅管材質、銅管廠家、銅管加熱使用次數(shù)；以及對其進行編輯、權限管理和刪除的功能信息；

5、其中，核心算法公式采用比例-積分-微分控制技術來調節(jié)電控板對電感應加熱銅管的溫度控制信號，可以根據(jù)測溫探頭前后溫度信號波動的動態(tài)響應差值進行輸出淬火溫度的穩(wěn)定調節(jié)，公式如下：

6、；

7、其中，m(t)該電控板對電感應加熱銅管溫控的輸出量，也即是溫度的補償量；f(t)為系統(tǒng)誤差，即是測溫探頭前后溫度信號波動的動態(tài)響應差值， np、 ni、 nd分別是比例、積分、微分系數(shù)；

8、所述溫度補償模塊用于通過溫度補償調整量完成對輸出溫度的最終補償修正處理作業(yè)，其中包括補償正值修正和補償負值修正；當測溫探頭檢測電感應加熱銅管加熱溫度過高時；m(t)為負值，通過對溫度的補償負值修正進行調降溫度；當測溫探頭檢測電感應加熱銅管加熱溫度過低時，m(t)為正值，通過對溫度的補償正值修正進行調升溫度，以確保齒輪淬火溫度在穩(wěn)定的預設范圍內；

9、所述數(shù)據(jù)存儲模塊，用于存儲和調用淬火加工的基礎信息、注意、警告信息，支持數(shù)據(jù)的下載以備留證，清除數(shù)據(jù)的功能，其中，基礎信息還包括每一秒進行的測溫探頭實時測溫數(shù)據(jù)信息、淬火溫度補償量、加熱銅管規(guī)格型號、淬火時間、對待加工齒輪進行個數(shù)編碼進行文件記錄的信息；并以表單的形式顯示數(shù)據(jù)信息，包括日期、個數(shù)編碼、淬火溫度、淬火溫度補償修正以及齒輪加工詳情的查看功能。

10、作為優(yōu)選的技術方案：在所述底座下端還設有支撐腿。

11、進一步優(yōu)選的技術方案：所述底座下端開設有安裝孔，所述支撐腿上端設有豎直分布的調節(jié)桿，二者為一體成型結構；所述調節(jié)桿與所述安裝孔保持螺紋連接，以使得底座可調節(jié)水平。

12、進一步優(yōu)選的技術方案：所述驅動件包括轉動絲杠、導向桿和驅動電機；所述立柱上端還設有頂板，所述轉動絲杠可轉動地設置于頂板與底座之間；所述導向桿為左右分布的兩個，也設置于頂板與底座之間，并與所述轉動絲杠保持平行設置；所述安裝座套設安裝于所述轉動絲杠和導向桿之間，且安裝座與轉動絲杠之間保持螺紋轉動連接，安裝座與導向桿之間保持滑動連接；所述驅動電機通過支架安裝于所述頂板，且輸出軸與所述轉動絲杠連接。

13、進一步優(yōu)選的技術方案：在所述立柱一側還設有豎直分布的刻度線，所述安裝座中部設有三角形結構的指示標記。

14、進一步優(yōu)選的技術方案：所述連接件包括連接柱、連接套、卡板和卡齒；所述連接柱設置于所述連接座，且保持前后分布，二者可通過焊接連接固定；所述連接套固定安裝于所述安裝座，且內部設有軸向分布的連接槽，所述連接柱與連接槽匹配安裝；所述連接套為外方內圓的結構，連接柱為圓柱狀結構；所述卡板設置于與所述連接座，且端部設有連接齒，卡板采用彈性板；所述卡齒設置于所述連接套外側臂，且所述卡齒為間隔分布的多個，所述連接齒與不同位置的所述卡齒匹配安裝，以完成在安裝狀態(tài)下不同預設固緊力的支撐作業(yè)。

15、進一步優(yōu)選的技術方案：所述連接件包括限位條和限位槽；所述限位槽開設于所述連接槽側壁，且為左右分布的兩個；所述限位條設置于所述連接柱，且保持限位條與所述限位槽匹配安裝；同時限位條與所述卡板保持互相垂直，所述限位條的橫截面可采用矩形、方形、三角形、圓形的任一種。

16、進一步優(yōu)選的技術方案：所述連接件還包括彈簧和擋板；所述彈簧安裝于所述連接槽，且一端與所述連接槽內壁連接、另一端連接所述擋板，擋板適配所述連接槽結構。

17、進一步優(yōu)選的技術方案：所述頂緊件包括固定柱、第二氣缸和頂緊板；所述固定柱豎直分布地設置于所述基板的中心，所述第二氣缸為環(huán)形均布的多個，且均設置于固定柱；所述頂緊板為弧形結構，且采用橡膠材質制造而成；所述頂緊板設置于所述第二氣缸的輸出端。

18、一種智能化控制的齒輪滲碳淬火設備的控制方法，采用一種智能化控制的齒輪滲碳淬火設備，還包括如下步驟：

19、步驟s1：首先工作人員將待加工齒輪放置在基板上，并通過所述頂緊件完成自動定位和固緊作業(yè)；

20、步驟s2：然后啟動轉動電機使得外界放料區(qū)的多個基板上均放置有待加工齒輪，并保持順時針依次帶動待加工齒輪到達電感應加熱銅管處的指定位置進行高溫加熱，以保證待加工齒輪與電感應加熱銅管始終處于同心；

21、步驟s3：開啟電感應加熱銅管，通過電控板的信號接收模塊，接收測溫探頭的實時測溫信號；

22、步驟s4：通過預處理模塊，對信號接收模塊的溫度參數(shù)進行管理，進而將淬火溫度節(jié)點和淬火時間節(jié)點定義為標簽，并以標簽頁的形式在頁面上顯示，點擊不同的標簽顯示和查看不同節(jié)點下齒輪的淬火情況；

23、步驟s5：通過信號處理模塊，用來對淬火溫度進行優(yōu)化核心算法公式完成輸入側中心淬火溫度控制、測溫探頭采集側溫度波動調節(jié)修正的調節(jié)，具體可采用比例-積分-微分控制技術來調節(jié)電控板對電感應加熱銅管的溫度控制信號，可以根據(jù)測溫探頭前后溫度信號波動的動態(tài)響應差值進行輸出淬火溫度的穩(wěn)定調節(jié)；最終計算出相應齒輪淬火加工的溫度補償修正量，當測溫探頭檢測電感應加熱銅管加熱溫度過高時；m(t)為負值，通過對溫度的補償負值修正進行調降溫度；當測溫探頭檢測電感應加熱銅管加熱溫度過低時，m(t)為正值，通過對溫度的補償正值修正進行調升溫度，以確保齒輪淬火溫度在穩(wěn)定的預設范圍內；以使得淬火作業(yè)中的加熱溫度保持穩(wěn)定的預設量，進而保證待加工齒輪加熱的溫度和質量；

24、步驟s6：當前待加工齒輪經(jīng)過加熱處理后，第一氣缸收縮，使得高溫加熱后的齒輪完全進入冷卻箱內的冷卻液中；與此同時轉動電機帶動連接臂繼續(xù)順時針轉動，相鄰下一個待加工齒輪進入到電感應加熱銅管處的指定位置開始淬火作業(yè)；如此循環(huán)。

25、本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術的有益效果是：該齒輪滲碳淬火設備，結構緊湊，整個結構體積比較短，節(jié)約了結構空間，較傳統(tǒng)的齒輪滲碳淬火設備可以壓縮長度30%以上，結構的動平衡得到了提升；與同功率的普通齒輪滲碳淬火設備相比，熱資源利用率可提高40%左右；同時與傳統(tǒng)的齒輪滲碳淬火設備相比，結構得到優(yōu)化升級，操作更加便捷，提高齒輪淬火效率在35%左右；

26、該齒輪滲碳淬火設備通過設置基板與固定柱、第二氣缸和頂緊板的配合，利用多個第二氣缸的同步運動，可實現(xiàn)待加工齒輪與基板同心自動化的頂緊，保證待加工齒輪與電感應加熱銅管始終處于同心，進而實現(xiàn)了在對淬火待加工齒輪穩(wěn)定支撐的基礎上，還實現(xiàn)不同規(guī)格型號齒輪自動化的頂緊作業(yè)，進一步保證了淬火加工作業(yè)中的穩(wěn)定性，避免了因旋轉運動和上下運動的晃動，造成待加工齒輪出現(xiàn)移動偏差的問題；

27、該齒輪滲碳淬火設備進一步采用連接柱、連接套、卡板和卡齒以及彈簧和擋板的配合，可便捷更換安裝不同規(guī)格型號電感應加熱銅管，以適配不同規(guī)格型號大小的待加工齒輪，避免了熱量損失，提高了熱資源利用效率；同時進一步采用信號接收模塊、預處理模塊、信號處理模塊、溫度補償模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊組成電控板與測溫探頭的智能化配合控制，采用比例-積分-微分控制技術來調節(jié)電控板對電感應加熱銅管的溫度控制信號，可以根據(jù)測溫探頭前后溫度信號波動的動態(tài)響應差值進行輸出淬火溫度的穩(wěn)定調節(jié)，通過溫度補償調整量完成對輸出溫度的最終補償修正處理作業(yè)，以確保齒輪淬火溫度在穩(wěn)定的預設范圍，大大提高了齒輪淬火加工的質量和效率，更具有實用性。