CN111172369A - 全自动齿条立式淬火卧式回火设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动齿条立式淬火卧式回火设备，涉及热处理加工设备技术领域。它包括立式淬火机床、卧式回火机床、外部搬运机构；所述立柱淬火机床包括立式床身部件、滑板升降部件、位移跟踪部件、机床齿面定位部件、旋转主轴部件、上顶尖部件、淬火负载部件；所述卧式回火机床包括卧式床身部件、回火导向推杆部件、回火推料部件、主动出料部件、步进下料部件、回火负载部件；还包括电气数控系统、电源控制系统及冷却系统。本发明可实现齿条在上料储料、齿面定位、工件二维码扫描、机器人上下料搬运、立式扫描淬火、卧式扫描回火、步进出料机构等多工位多功能集一体的设计，实现无人操作，可与客户上道、下道工序联机，全自动化程度较高。

Description

全自动齿条立式淬火卧式回火设备

技术领域

本发明属于热处理加工设备技术领域，具体涉及一种全自动齿条立式淬火卧式回火设备。

背景技术

齿条是汽车行业中的关键零件，特别是齿条齿部既要有优良的耐磨性，又要有较高的抗接触疲劳和抗弯曲疲劳性能，齿条质量的优劣直接关系到整个设备的使用寿命。而齿条质量的好坏在很大程度上取决于齿条材料及其热处理工艺。汽车转向器旋转小齿轮带动齿条，通过齿的啮合使齿条产生往复直线运动，应此齿条的每个齿表面与齿轮的每个齿表面产生接触摩擦力，齿条齿部要求有一定的硬化和强化，使齿条具有很高的耐磨性能，必须通过热处理技术来保证。但齿条使用传统热处理方法畸变大、效率低、工作环境较差。随着汽车工业的发展，用导电接触式感应淬火、扫描式回火的方法使齿条表面硬化和强化的先进技术得到了开发和应用。目前生产上采用该方法对齿条类零件进行局部淬火回火处理，具有变形小、工艺质量高、生产效率高、工作环境好、节能、环保等诸多优点，符合现代生产需要，其产品质量一致性也非常好。目前中高频感应热处理设备与机器人搬运联机越来越普遍，往往需要在淬条工序中实现全程自动化无人操作，并能与齿条生产线中上下工序联机。

因此针对以上问题，需要设计出一种全自动齿条立式淬火卧式回火设备，满足需要。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种全自动齿条立式淬火卧式回火设备。

本发明采用的技术方案是：一种全自动齿条立式淬火卧式回火设备，包括立式淬火机床、卧式回火机床、外部搬运机构；所述立柱淬火机床包括立式床身部件、滑板升降部件、位移跟踪部件、机床齿面定位部件、旋转主轴部件、上顶尖部件、淬火负载部件；所述卧式回火机床包括卧式床身部件、回火导向推杆部件、回火推料部件、主动出料部件、步进下料部件、回火负载部件；所述外部搬运机构包括机器人搬运部件、上料输送机、上料齿面定位部件、扫码定齿面部件；还包括与立式淬火机床、卧式回火机床、外部搬运机构电连接的电气数控系统、电源控制系统及冷却系统。

进一步优选的结构，所述外部搬运机构位于立式淬火机床、卧式回火机床侧面，所述立式淬火机床、卧式回火机床在水平面上呈直角布置。

进一步优选的结构，所述机器人搬运部件装有两套气动卡爪，可以快速完成零件上下料转换。主要为各工位之间搬运工件作用。

进一步优选的结构，所述位移跟踪部件包括安装板，所述安装板两侧分别固定第一固定板和第二固定板，所述第一固定板和第二固定板上分别设有位移测量组件、双联气缸，所述第一固定板和第二固定板与安装板垂直固定，两个所述位移测量组件呈90°夹角布置，且与双联气缸驱动连接。

进一步优选的结构，所述电气数控系统包括电气控制柜，所述电气控制柜在机床外左后方，机床配有西门子840DSL数控系统，所述电气数控系统包括五个伺服驱动的CNC数控轴，Z轴用于淬火感应器的垂直定位，Y轴用于淬火感应器前后水平位置的调节；X轴用于淬火感应器左右水平位置的调节，C轴用于淬火工位工件的径向定位；回火使用伺服S轴送料匀速推入回火感应器进行连续加热回火。

进一步优选的结构，所述电源控制系统包括一台型号为HKTP160KW/10-30KHZ的IGBT晶体管淬火电源、一台型号为HKTP50KW/10KHZ的IGBT晶体管回火电源、淬火变压器、淬火电容、回火变压器、回火电容、过渡排、感应器。

本发明可实现齿条在上料储料、齿面定位、工件二维码扫描、机器人上下料搬运、立式扫描淬火、卧式扫描回火、废料自动剔除、步进出料机构等多工位多功能集一体的设计，并且过程中，实现无人操作，可与客户上道、下道工序联机，全自动化程度较高的对齿条淬火回火热处理的设备。因齿条为汽车行业中重要的零部件，齿部有较高的耐磨性与强度，因此需要对齿条表面进行热处理提高齿条表面的性能，提高齿条使用寿命，降低生产成本、提高效率等优点，特别是针对自动化配套的感应热处理设备有着降低人工成本以及提高设备的稳定性等有许多优点。

本发明即能同时实现齿条齿面、齿背、回火三工位的一体化布局又能满足与机器人搬运，并增加上下料输送机、检测齿面、齿面朝上等机构来实现自动化程度，其优点是：省钱：此一套设备可替代常规齿面淬火、齿背淬火、齿条回火三套设备。省时：因机器人利用率提高，因此工作效率也相应的提高。产量也相对提高。可靠：因机器人来搬运机床上下料，所有操作定位精度都保证一致性，稳定性可靠性基本一致。空间：因机床上的结构设计简化，将三种工序一体化，设备地面占用空间节省下来了。安全：与机器人联机后，只需要上下料联机后，即可实现无人操作。省力：可实现一键式启停，降低员工劳动强度。环保：设备加工工件时，主要能源为电能，与同类产品比较环保性能大大提高；且机床能与油雾收集器配套使用，无油烟污染空气，有利于环境改善和环保问题。

附图说明

图1为本发明的平面布置图；

图2、图3为立式淬火机床结构示意图；

图4、图5为卧式回火机床结构示意图；

图6为机器人搬运部件装配图；

图7为上料输送机装配图；

图8为上料齿面定位部件装配图；

图9为扫码定齿面部件装配图；

图10为扫码定齿面部件结构示意图；

图11为图10中A-A处剖视图；

图12为图10的侧视图；

图13为图11中I处放大图；

图14为立式床身部件装配图；

图15为滑板升降部件装配图；

图16为图15的部分侧视图；

图17为位移跟踪部件装配图；

图18为图17的侧视图；

图19为机床齿面定位部件装配图；

图20为图19的侧视图；

图21为旋转主轴部件装配图；

图22为上顶尖部件装配图；

图23为卧式床身部件装配图；

图24为卧式床身部件俯视图；

图25为回火导向推杆部件装配图；

图26为回火推料部件装配图；

图27为主动出料部件装配图；

图28为步进下料部件装配图。

其中，1-立柱淬火机床(11-立式床身部件、111-淬火水箱、12-滑板升降部件、121-垫板、122-滚珠丝母座、123-下平台、124-滑板体、125-配重吊耳、126-前吊耳、13-位移跟踪部件、131-安装板、132-第一固定板、133-第二固定板、134-垫板、135-夹块、136-位移测量组件、137-开关支架、138-双联气缸、14-机床齿面定位部件、15-旋转主轴部件、16-上顶尖部件)、2-卧式回火机床(21-卧式床身部件、22-回火导向推杆部件、23-回火推料部件、24-主动出料部件、25-步进下料部件、26-校直机)、31-机器人搬运部件、32-上料输送机、33-上料齿面定位部件、34-扫码定齿面部件(341-主动顶尖组件、342-被动顶尖组件、343-支撑立柱、344-主横梁、345-支撑架、346-检测支架、347-调节座、348-耐磨套、349-调节螺母、3410-调节螺杆、3411-箭头、3412-气缸安装座、3413-缓冲器座、3414-扫码器固定板、3415-定位气缸固定板、3416-顶块座、3417-定位顶头、3418-支撑柱、3419-钢板直尺、3420-第一直线导轨、3421-第二直线导轨、3422-油压缓冲器、3423-气缸、3424-导杆气缸、3425-浮动接头、3426-手轮、3427-手柄、3428-微型自复位式直线位移传感器、3429-扫码枪)、4-电气数控系统、5-电源控制系统、6-冷却系统。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1-5所示，本发明包括立式淬火机床1、卧式回火机床2、外部搬运机构3；所述立柱淬火机床1包括立式床身部件11、滑板升降部件12、位移跟踪部件13、机床齿面定位部件14、旋转主轴部件15、上顶尖部件16、淬火负载部件；所述卧式回火机床2包括卧式床身部件21、回火导向推杆部件22、回火推料部件23、主动出料部件24、步进下料部件25、回火负载部件；所述外部搬运机构包括机器人搬运部件31、上料输送机32、上料齿面定位部件33、扫码定齿面部件34；还包括与立式淬火机床、卧式回火机床、外部搬运机构电连接的电气数控系统4、电源控制系统5及冷却系统6。

机器人搬运部件(图6)：机器人搬运部件装有两套气动卡爪，可以快速完成零件上下料转换。主要为各工位之间搬运工件作用。

上料输送机(图7)：上料储料可以储50根产品左右，下料可以与下道工序联机。

上料齿面定位部件(图8)：上料齿面定位部件由齿面步进定位轴承来使齿面大致朝上进行初定位，

扫码定齿面部件(图9-图13)：扫码定齿面部件由两顶尖来夹持工件，电机慢速旋转，位移传感器下降检测到齿面后停止，保证齿面定位方向一致。工件旋转时由上方的扫码器扫码，识别工件时否正确。

立式床身部件(图14)：床身机架主要是承载机床上其他部件的钢结构，平台上为不锈钢台面，下面有304不锈钢水箱，用来给机床喷淋后集水，再由回水泵抽到机床外面的淬火水箱里。

滑板升降部件(图15、图16)：负载升降滑板设置在立柱后部，主要用于淬火负载部件(感应线圈)的升降，滑板总成安装在矩形直线导轨上，由数控伺服电机驱动滚珠丝杠来实现垂直运动。

位移跟踪部件(图17、图18)：系统配有测量齿条泽火时变形X，Y两方位移传感器，与数控系统的x-y伺服轴构成闭环运动，用于齿条淬火时变形的感应器位移跟踪。所述位移跟踪部件13包括安装板131，所述安装板131两侧分别固定第一固定板132和第二固定板133，所述第一固定板132和第二固定板133上分别设有位移测量组件136、双联气缸138，所述第一固定板132和第二固定板133与安装板131垂直固定，两个所述位移测量组件136呈90°夹角布置，且与双联气缸138驱动连接。

机床齿面定位部件(图19、图20)：当机器人将工件放到立式机床顶尖上时，由左侧伸出一个齿面校正气缸，将齿面校正，此功能需要上料齿面初定位好，才能实现此功能。

旋转主轴部件(图21)：旋转主轴部件是在机床下平台上，上部是有气爪夹紧工件，保证旋转时不会打滑，下面由伺服电机驱动同步带轮组带动此机构即可在淬齿条光杆时旋转，也可在淬齿面时定向的功能。

上顶尖部件(图22)：上顶尖部件是由气缸带动顶尖上下夹紧工件，夹紧力由内部弹簧来驱动，防止淬火时气缸力较大导致工件较大的变形。

卧式床身部件(图23、图24)：床身机架主要是承载机床上其他部件的钢结构，平台上为不锈钢台面，下面有304不锈钢水槽，将喷淋后的集水导入到立式机床的集水箱内。

回火导向推杆部件(图25):导向部件主要是由多组V形轮排列直线，主要是托工件按直线导向滚动。

回火推料部件(图26):由伺服电机驱动直线单元上的推杆将工件在V形轮里推到回火感应器里进行回火。

主动出料部件(图27)：如合格品则由链条带动V形轮传送到定位头的末端，由步进下料部件来取料。

步进下料部件(图28)：当工件传到主动出料部件末端时，由步进机构前后、上下两组气缸，将工件从V形轮上勾出，并步进传送到出料口与下道工序联机。

电气数控系统：电气控制柜在机床外左后方，机床配有西门子840DSL数控系统，系统含5个伺服驱动的CNC数控轴(Z、X、Y、C)，Z轴用于淬火感应器的垂直定位，Y轴用于淬火感应器前后水平位置的调节；X轴用于淬火感应器左右水平位置的调节，C轴用于淬火工位工件的径向定位。回火使用伺服S轴送料匀速推入回火感应器进行连续加热回火。

电源与负载部分：包括一台IGBT晶体管淬火电源(HKTP160KW/10-30KHZ)、一台IGBT晶体管回火电源(HKTP50KW/10KHZ)、淬火变压器、淬火电容、回火变压器、回火电容、过渡排、感应器。变压器安装于滑板的托架平台上，回火电容安装在回火工位上方的架体上。

冷却系统：采用工业冷水机对电源、变压器、电容装置、过渡排和感应器循环冷却，确保电源与感应器部分正常工作。对工件喷淋冷却，保证工艺稳定。

本发明机床运行淬火热处理过程时序动作如下：

①上料输送机由电机将工件步进传送到末端，由齿面定位的前后、上下方向两气缸将工件步进传送到齿面定位处。

②由主动顶尖的气缸伸出，随动顶尖再伸出，将工件夹紧，齿面定位气缸下压，电机慢速旋转，位移传感器检测到齿面后停止，将齿面定位好朝向。

③机器人从齿面定位工位上由爪1抓取齿条。如有错料或放反料，将由机器人将工件夹到错料框中。

④立式机床自动门打开，机器人移到加热工位，爪2将加热冷却后的工件取出，爪1将未加热的工件放置在顶尖上顶住，再由侧向机床齿面定位部件将齿面校正，由主轴旋转部件上的气爪将工件夹紧，机器人退出机床，自动门关闭，齿条淬火及喷淋。如有淬火不合格品，将由机器人将可疑品夹到可疑品料框中。

⑤机器人将淬火后的工件放置在回火V形轮组上面，注意此时齿面朝上，由伺服驱动推杆将工件进行扫描回火，如有不合格由废料机构将可疑品剔除到废料框内。

⑥如合格品则由链条带动V形轮传送到定位头的末端，由步进机构前后、上下两组气缸，将工件从V形轮上勾出，并步进传送到出料口与下道工序联机。

此为一个工作循环。

本发明可以对长短不同的齿条零件进行齿背、齿面分别淬火、回火，采用机器人来搬运工件上下料的方式，三工位可由三台电源分别来淬火和回火，也可以通过功率切换器由一台电源带两套负载来淬火、由另一台电源带一套负载来回火。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种全自动齿条立式淬火卧式回火设备，包括立式淬火机床、卧式回火机床、外部搬运机构；其特征在于：所述立柱淬火机床包括立式床身部件、滑板升降部件、位移跟踪部件、机床齿面定位部件、旋转主轴部件、上顶尖部件、淬火负载部件；所述卧式回火机床包括卧式床身部件、回火导向推杆部件、回火推料部件、主动出料部件、步进下料部件、回火负载部件；所述外部搬运机构包括机器人搬运部件、上料输送机、上料齿面定位部件、扫码定齿面部件；还包括与立式淬火机床、卧式回火机床、外部搬运机构电连接的电气数控系统、电源控制系统及冷却系统。

2.根据权利要求1所述的全自动齿条立式淬火卧式回火设备，其特征在于：所述外部搬运机构位于立式淬火机床、卧式回火机床侧面，所述立式淬火机床、卧式回火机床在水平面上呈直角布置。

3.根据权利要求1所述的全自动齿条立式淬火卧式回火设备，其特征在于：所述机器人搬运部件装有两套气动卡爪，可以快速完成零件上下料转换。

4.根据权利要求1所述的全自动齿条立式淬火卧式回火设备，其特征在于：所述位移跟踪部件包括安装板，所述安装板两侧分别固定第一固定板和第二固定板，所述第一固定板和第二固定板上分别设有位移测量组件、双联气缸，所述第一固定板和第二固定板与安装板垂直固定，两个所述位移测量组件呈90°夹角布置，且与双联气缸驱动连接。

5.根据权利要求1所述的全自动齿条立式淬火卧式回火设备，其特征在于：所述电气数控系统包括电气控制柜，所述电气控制柜在机床外左后方，机床配有西门子840DSL数控系统，所述电气数控系统包括五个伺服驱动的CNC数控轴，Z轴用于淬火感应器的垂直定位，Y轴用于淬火感应器前后水平位置的调节；X轴用于淬火感应器左右水平位置的调节，C轴用于淬火工位工件的径向定位；回火使用伺服S轴送料匀速推入回火感应器进行连续加热回火。

6.根据权利要求1所述的全自动齿条立式淬火卧式回火设备，其特征在于：所述电源控制系统包括一台型号为HKTP160KW/10-30KHZ的IGBT晶体管淬火电源、一台型号为HKTP50KW/10KHZ的IGBT晶体管回火电源、淬火变压器、淬火电容、回火变压器、回火电容、过渡排、感应器。

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