CN113832306A - 一种大直径大螺距丝杆表面感应加热装置及表面加热方法 - Google Patents

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CN113832306A CN202111202690.5A CN202111202690A CN113832306A CN 113832306 A CN113832306 A CN 113832306A CN 202111202690 A CN202111202690 A CN 202111202690A CN 113832306 A CN113832306 A CN 113832306A
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Abstract

本发明提供一种大直径大螺距丝杆表面感应加热装置及表面加热方法，装置包括底座传动装置、移动滑台装置、伸缩式感应线圈装置、测温仪、CCD相机和螺旋线圈，通过待加热丝杆两个方向的运动并匹配相应的速度，让菱形线圈沿待加热丝杆齿廓运动，扫描式加热待加热丝杆的齿廓表面，而后通过通有高频电流的螺旋线圈，加热待加热丝杆的齿顶表面，以致覆盖整个待加热丝杆表面，与此同时，通过测温仪在加热过程中实时测温，并与目标温度实时比对，实时调整加热参数和电机转速，精确控制加热温差，使待加热丝杆整个表面完全均匀加热，形成整个仿齿廓的温度梯度，提高加热质量，为下一步淬火打下良好基础。

Description

一种大直径大螺距丝杆表面感应加热装置及表面加热方法
技术领域
本发明涉及丝杆生产技术领域，具体而言，尤其涉及一种大直径大螺距丝杆表面感应加热装置及表面加热方法。
背景技术
丝杆是一种将旋转运动与直线运动相互转化的功能部件，具有传动平稳、精确定位、传动效率高等特点，被广泛的应用于各种工业设备，精密仪器和精密数控机床中。由于丝杆工作时常常承受弯曲、扭转、冲击等的复合载荷，因此要求其具有较好的综合力学性能和高的尺寸稳定性，并且相关工作部位具备高硬度、高强度和足够的耐磨性。目前普遍采用感应淬火热处理来满足丝杆内在性能的要求，但是常常由于淬火温度偏高造成粗大的马氏体组织，从而降低材料的强度和韧性，而使用单频感应淬火时，因其电源的透入深度有限，难以满足丝杆表面的均匀加热，特别是对大直径大螺距丝杆时，因其齿高较深，齿距较大，容易导致齿廓方向温差较大，造成丝杆齿廓上淬火层的硬度分布不均匀和工件变形过大，不能得到仿齿廓均匀的淬硬层，造成工件在后续加工形成表面裂纹。因此，对丝杆整个表面完全加热，形成整个仿齿廓的温度梯度，并精确控制加热温度对提高丝杆淬火质量十分重要。
发明内容
根据上述提出的现有单频感应淬火，难以满足丝杆表面的均匀加热，特别是对大直径大螺距丝杆时，容易导致齿廓方向温差较大，造成丝杆齿廓上淬火层的硬度分布不均匀和工件变形过大，不能得到仿齿廓均匀的淬硬层，造成工件在后续加工形成表面裂纹的技术问题，而提供一种大直径大螺距丝杆表面感应加热装置及表面加热方法。本发明主要通过待加热丝杆两个方向的运动并匹配相应的速度，让菱形线圈沿待加热丝杆齿廓运动，扫描式加热待加热丝杆齿廓表面，而后通过通有高频电流的螺旋线圈，加热待加热丝杆齿顶表面，以致覆盖整个待加热丝杆表面，与此同时，通过测温仪在加热过程中实时测温，并与目标温度实时比对，实时调整加热参数和电机转速，精确控制加热温差，使待加热丝杆整个表面完全均匀加热，形成整个仿齿廓的温度梯度。
本发明采用的技术手段如下：
一种大直径大螺距丝杆表面感应加热装置，包括：底座传动装置、安装在底座传动装置上的移动滑台装置和伸缩式感应线圈装置，所述移动滑台装置用于安装待加热丝杆，其上设有第一驱动结构，用于驱动待加热丝杆绕自身进行轴向转动，所述底座传动装置上设有第二驱动结构，用于驱动移动滑台装置带着待加热丝杆沿待加热丝杆的轴向进行往复移动；所述伸缩式感应线圈装置安装在底座传动装置的支撑架上，用于加热待加热丝杆的齿廓，所述支撑架上设置有加热单元，用于加热待加热丝杆的齿顶，最终实现待加热丝杆整个表面完全加热，形成整个仿齿廓的温度梯度。
进一步地，所述移动滑台装置还包括滑台，滑台安装在底座传动装置中设置的传动丝杆和导向杆上，滑台两侧设有支撑板，第一驱动结构安装在滑台上，第一驱动结构由第二电机、第二联轴器、三抓卡盘和顶尖组成，第二电机固定在滑台一侧的支撑板上，三抓卡盘通过第二联轴器与第二电机相连，顶尖固定在滑台另一侧的支撑板上，待加热丝杆的一端通过三抓卡盘夹紧，另一端与顶尖相连，通过第二电机的正反转带动待加热丝杆绕自身轴向转动。
进一步地，所述底座传动装置还包括底座和设置在底座两侧的支撑座，支撑架固定安装在底座上，第二驱动结构安装在底座和支撑座上，第二驱动结构由第一电机、第一联轴器、导向杆和传动丝杆组成，导向杆和传动丝杆的轴线平行，导向杆两端与两侧支撑座相连，通过支撑座固定在底座上，传动丝杆一端与一侧支撑座相连，另一端通过第一连轴器与第一电机相连，第一电机安装在底座上；移动滑台装置的滑台与传动丝杆和导向杆配合连接，利用第一电机的正反转来带动移动滑台装置沿待加热丝杆轴向前后运动。
进一步地，所述伸缩式感应线圈装置包括菱形线圈、连接块、止动块、线圈丝杆、第三联轴器和第三电机，菱形线圈通过连接块与止动块连接，止动块中心孔上开设的内螺纹与线圈丝杆的外螺纹相配合，线圈丝杆通过第三联轴器与第三电机相连，第三电机安装在支撑架上，通过第三电机的正反转驱动止动块带着菱形线圈进行上下移动；菱形线圈中通入中频电源，对待加热丝杆的齿廓进行加热；
止动块上设置的凹槽与伸缩式感应线圈装置上套筒的凸台相配合，防止菱形线圈随着线圈丝杆转动。
进一步地，所述加热单元为螺旋线圈，所述螺旋线圈套设在待加热丝杆的外部，螺旋线圈中通入高频电源，基于临近效应和高频电源产生较强的电流的集肤效应，在待加热丝杆通过螺旋线圈时，螺旋线圈只加热待加热丝杆齿顶表面。
进一步地，所述支撑架上还安装有第一测温仪、第二测温仪和CCD相机，第一测温仪用于监测伸缩式感应线圈装置的菱形线圈加热待加热丝杆齿廓后的齿廓温度，通过将实测温度与目标温度相比对来实时调整第二驱动结构的第一电机和第一驱动结构的第二电机转速，第二测温仪实时测量加热单元加热待加热丝杆齿顶后的齿顶温度，通过将实测温度与目标温度相比对来实时调整加热单元中通入的高频电源功率，CCD相机实时监测加热单元与待加热丝杆端面位置，当实测距离小于设定距离时，菱形线圈中通入的中频电源断电并抬起菱形线圈。
进一步地，所述菱形线圈可将磁通集中在菱形线圈中间空隙处，在待加热丝杆螺旋齿廓运动过程中，菱形线圈的磁感线始终垂直于待加热丝杆齿廓表面，只对待加热丝杆齿廓表面进行加热。
进一步地，所述第一电机控制待加热丝杆轴向运动，第二电机控制待加热丝杆绕自身轴向转动，通过匹配第一电机与第二电机的转速使菱形线圈沿待加热丝杆齿廓运动。
进一步地，在加热待加热丝杆齿廓表面时，先调节第一电机和第二电机转速，使待加热丝杆齿廓表面达到理想温度，而后通过调节加热单元功率使待加热丝杆齿顶表面达到理想温度，最终达到待加热丝杆整个表面完全加热，形成整个仿齿廓的温度梯度。
本发明还提供了一种大直径大螺距丝杆表面感应加热装置的表面加热方法，包括如下步骤：
S1、收集待加热丝杆参数：待加热丝杆外径D1、内径D2、螺距S2、齿厚h，传动丝杆螺距S2，并根据待加热丝杆参数选择菱形线圈；
S2、收集并确定加热工艺参数：允许加热到最高温度Tmax、允许加热到最低温度Tmin、测温仪实测温度T、CCD相机的实测距离D、允许最大距离d、螺旋线圈与菱形线圈之间的距离H、第一电机的初始转速W1和相匹配第二电机1的初始转速W2；
S3、确定电源参数：根据上述待加热丝杆参数和加热工艺参数选择中频电源功率p、高频电源功率P，并根据待加热丝杆参数4和电源参数选择螺旋线圈，螺旋线圈轴向长度B，其中螺旋线圈与高频电源相连，菱形线圈与中频电源相连；
S4、连接好电源后调整待加热丝杠与菱形线圈的相对位置，使菱形线圈正对着待加热丝杠起始处齿廓；
S5、初始位置调整完成后启动第一电机与第二电机，待加热丝杆沿着轴向运动的同时绕着自身轴线转动，使得菱形线圈沿着丝杆螺旋齿廓运动，同时菱形线圈中通入中频电源，对待加热丝杆齿廓进行加热；
S6、菱形线圈加热丝杆齿廓时，第一测温仪实时监测待加热丝杆齿廓温度；
S7、判断T<Tmin，成立则转入步骤S8，否则转入步骤S9；
S8、提高第二电机的转速，使得W2＝W2+W2/10，同时匹配第一电机的转速，使得W1＝11S1W2/10S2后，转入步骤S7；
S9、判断T>Tmax，成立则转入步骤S10，否则转入步骤S11；
S10、降低第二电机的转速，使得W2＝W2-W2/10，同时匹配第一电机的转速，使得W1＝9S1W2/10S2后，转入步骤S9；
S11、螺旋线圈中通入高频电流，对待加热丝杆齿顶进行加热，同时第二测温仪实时监测待加热丝杆齿顶温度；
S12、判断T<Tmin，成立则转入步骤S13，否则转入步骤S14；
S13、增大螺旋线圈功率，使得P＝P+P/10后转入步骤S12；
S14、判断T>Tmax，成立则转入步骤S15，否则转入步骤S16；
S15、减小螺旋线圈功率，使得P＝P-P/10后转入步骤S14；
S16、CCD相机拍摄并计算菱形线圈与丝杆端面的距离；
S17、判断D≤d，成立则转入步骤S18，否则转入步骤S16；
S18、断开中频电源，并启动第三电机抬升菱形线圈到初始位置；
S19、断开中频电源后开始计时，间隔时间t＝H+B/S2W2后断开高频电源，加热完成。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的大直径大螺距丝杆表面感应加热装置及表面加热方法，利用菱形线圈扫描式加热丝杆齿廓表面和高频螺旋线圈加热丝杆齿顶表面，覆盖整个丝杆表面，使丝杆整个表面均匀加热，形成整个仿齿廓的温度梯度，特别是对于大直径和大齿距丝杆，解决了因电源的透入深度有限，导致齿廓方向温差较大，造成丝杆齿廓上淬火层的硬度分布不均匀和工件变形过大，不能得到仿齿廓均匀的淬硬层，造成工件在后续加工形成表面裂纹。
2、本发明提供的大直径大螺距丝杆表面感应加热装置及表面加热方法，通过测温仪在加热过程中实时测温，并与目标温度实时比对，实时调整加热参数和电机转速，精确控制加热温差，提高加热质量，为下一步淬火打下良好基础。
综上，应用本发明的技术方案能够解决现有单频感应淬火，难以满足丝杆表面的均匀加热，特别是对大直径大螺距丝杆时，容易导致齿廓方向温差较大，造成丝杆齿廓上淬火层的硬度分布不均匀和工件变形过大，不能得到仿齿廓均匀的淬硬层，造成工件在后续加工形成表面裂纹的问题。
基于上述理由本发明可在丝杆生产等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的总体机构示意图。
图2为本发明的伸缩式感应线圈装置示意图。
图3为本发明的丝杆加热控制方法流程图。
图中：1、第二电机；2、第二联轴器；3、三抓卡盘；4、待加热丝杆；5、伸缩式感应线圈装置；6、CCD相机；7、第一测温仪；8、支撑架；9、第二测温仪；10、螺旋线圈；11、顶尖；12、滑台；13、传动丝杆；14、第一联轴器；15、第一电机；16、导向杆；17、支撑座；18、底座；19、菱形线圈；20、线圈丝杆；21、连接块；22、止动块；23、第三联轴器；24、第三电机。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如图所示，本发明提供了一种大直径大螺距丝杆表面感应加热装置，包括：底座传动装置、安装在底座传动装置上的移动滑台装置和伸缩式感应线圈装置5，所述移动滑台装置用于安装待加热丝杆4，其上设有第一驱动结构，用于驱动待加热丝杆4绕自身进行轴向转动，所述底座传动装置上设有第二驱动结构，用于驱动移动滑台装置带着待加热丝杆4沿待加热丝杆4的轴向进行往复移动；所述伸缩式感应线圈装置5安装在底座传动装置的支撑架8上，用于加热待加热丝杆4的齿廓，所述支撑架8上设置有加热单元，用于加热待加热丝杆4的齿顶，最终实现待加热丝杆4整个表面完全加热，形成整个仿齿廓的温度梯度。
作为优选的实施方式，所述移动滑台装置还包括滑台12，滑台12安装在底座传动装置中设置的传动丝杆13和导向杆16上，滑台12两侧设有支撑板，第一驱动结构安装在滑台12上，第一驱动结构由第二电机1、第二联轴器2、三抓卡盘3和顶尖11组成，第二电机1固定在滑台12一侧的支撑板上，三抓卡盘3通过第二联轴器2与第二电机1相连，顶尖11固定在滑台12另一侧的支撑板上，待加热丝杆4的一端通过三抓卡盘3夹紧，另一端与顶尖11相连，通过第二电机1的正反转带动待加热丝杆4绕自身轴向转动。
作为优选的实施方式，所述底座传动装置还包括底座18和设置在底座18两侧的支撑座17，支撑架8固定安装在底座18上，第二驱动结构安装在底座18和支撑座17上，第二驱动结构由第一电机15、第一联轴器14、导向杆16和传动丝杆13组成，导向杆16和传动丝杆13的轴线平行，导向杆16两端与两侧支撑座17相连，通过支撑座17固定在底座18上，传动丝杆13一端与一侧支撑座17相连，另一端通过第一连轴器与第一电机15相连，第一电机15安装在底座18上；移动滑台装置的滑台12与传动丝杆13和导向杆16配合连接，利用第一电机15的正反转来带动移动滑台装置沿待加热丝杆4轴向前后运动。
作为优选的实施方式，所述伸缩式感应线圈装置5包括菱形线圈19、连接块21、止动块22、线圈丝杆20、第三联轴器23和第三电机24，菱形线圈19通过连接块21与止动块22连接，止动块22中心孔上开设的内螺纹与线圈丝杆20的外螺纹相配合，线圈丝杆20通过第三联轴器23与第三电机24相连，第三电机24安装在支撑架8上，通过第三电机24的正反转驱动止动块22带着菱形线圈19进行上下移动；菱形线圈19中通入中频电源，对待加热丝杆4的齿廓进行加热；
止动块22上设置的凹槽与伸缩式感应线圈装置5上套筒的凸台相配合，防止菱形线圈19随着线圈丝杆20转动。
作为优选的实施方式，所述加热单元为螺旋线圈10，所述螺旋线圈10套设在待加热丝杆4的外部，螺旋线圈10中通入高频电源，基于临近效应和高频电源产生较强的电流的集肤效应，在待加热丝杆4通过螺旋线圈10时，螺旋线圈10只加热待加热丝杆4齿顶表面。
作为优选的实施方式，所述支撑架8上还安装有第一测温仪7、第二测温仪9和CCD相机6，第一测温仪7用于监测伸缩式感应线圈装置5的菱形线圈19加热待加热丝杆4齿廓后的齿廓温度，通过将实测温度与目标温度相比对来实时调整第二驱动结构的第一电机15和第一驱动结构的第二电机1转速，第二测温仪9实时测量加热单元加热待加热丝杆4齿顶后的齿顶温度，通过将实测温度与目标温度相比对来实时调整加热单元中通入的高频电源功率，CCD相机6实时监测加热单元与待加热丝杆4端面位置，当实测距离小于设定距离时，菱形线圈19中通入的中频电源断电并抬起菱形线圈19。
作为优选的实施方式，所述菱形线圈19可将磁通集中在菱形线圈19中间空隙处，在待加热丝杆4螺旋齿廓运动过程中，菱形线圈19的磁感线始终垂直于待加热丝杆4齿廓表面，只对待加热丝杆4齿廓表面进行加热。
作为优选的实施方式，所述第一电机15控制待加热丝杆4轴向运动，第二电机1控制待加热丝杆4绕自身轴向转动，通过匹配第一电机15与第二电机1的转速使菱形线圈19沿待加热丝杆4齿廓运动。
作为优选的实施方式，在加热待加热丝杆4齿廓表面时，先调节第一电机15和第二电机1转速，使待加热丝杆4齿廓表面达到理想温度，而后通过调节加热单元功率使待加热丝杆4齿顶表面达到理想温度，最终达到待加热丝杆4整个表面完全加热，形成整个仿齿廓的温度梯度。
本发明通过待加热丝杆两个方向的运动并匹配相应的速度，让菱形线圈沿待加热丝杆齿廓运动，扫描式加热待加热丝杆的齿廓表面，而后通过通有高频电流的螺旋线圈，加热待加热丝杆的齿顶表面，以致覆盖整个待加热丝杆表面，与此同时，通过测温仪在加热过程中实时测温，并与目标温度实时比对，实时调整加热参数和电机转速，精确控制加热温差，使待加热丝杆整个表面完全均匀加热，形成整个仿齿廓的温度梯度，提高加热质量，为下一步淬火打下良好基础。
实施例1
在图1、图2和图3中，一种大直径大螺距丝杆表面感应加热装置，包括用于加热丝杆齿廓表面的伸缩式感应线圈装置5、底座传动装置、移动滑台装置、测温仪、CCD相机6和螺旋线圈10。
移动滑台装置包括滑台12、第二电机1、第二联轴器2、三抓卡盘3、待加热丝杆4和顶尖11，待加热丝杆4一端(图1中右端)通过三抓卡盘3夹紧，另一端(图1中左端)与顶尖11相连(顶紧连接)，三抓卡盘3通过第二联轴器2与第二电机1相连，第二电机1和顶尖11分别固定在滑台12左右两侧的支撑板上，滑台12安装在底座传动装置中的传动丝杆13和导向杆16上，第二电机1的正反转带动待加热丝杆4绕自身轴向转动。
底座传动装置包括底座18、支撑座17、支撑架8、第一电机15、第一联轴器14、导向杆16和传动丝杆13，支撑架8和支撑座17固定安装在底座18上(支撑架8固定安装在底座18侧边中部)，导向杆16两端与两侧支撑座17相连，通过支撑座17固定在底座18上，传动丝杆13一端与右侧支撑座17相连，另一端通过第一连轴器14与第一电机15相连，第一电机15安装在底座18左侧，利用第一电机15的正反转来带动移动滑台装置沿待加热丝杆4轴向前后运动(待加热丝杆4的轴线与传动丝杆13的轴线平行)。
伸缩式感应线圈装置5包括菱形线圈19、连接块21、止动块22、线圈丝杆20、第三联轴器23和第三电机24，菱形线圈19中通入中频电源，通过连接块21与止动块22连接，止动块22中心孔上的内螺纹与线圈丝杆20的外螺纹相配合，线圈丝杆20通过第三联轴器23与第三电机24相连，第三电机24安装在支撑架8上，通过第三电机24的正反转带动菱形线圈19上下移动，伸缩式感应线圈装置5上的套筒安装在支撑架8上，并套设在第一联轴器、止动块和连接块的外部，止动块22上的凹槽与套筒的凸台相配合(滑动连接)，防止菱形线圈19随着线圈丝杆20转动。
支撑架8上安装有第一测温仪7、第二测温仪9、CCD相机6和螺旋线圈10，螺旋线圈10中通入高频电源，利用电流的集肤效应加热待加热丝杆4齿顶，第一测温仪7监测菱形线圈19加热待加热丝杆4齿廓后齿廓温度，通过将实测温度与目标温度相比对来实时调整第一电机15和第二电机1转速，第二测温仪9实时测量螺旋线圈10加热后丝杆齿顶温度，通过将实测温度与目标温度相比对来实时调整高频电源功率，CCD相机6实时监测菱形线圈19与待加热丝杆4端面位置，当实测距离小于设定距离时，中频电源断电并抬升菱形线圈19。
第一电机15控制待加热丝杆轴向运动，第二电机1控制待加热丝杆绕自身轴向转动，通过匹配第一电机与第二电机的转速可以使菱形线圈沿待加热丝杆齿廓运动。
菱形线圈19可将磁通集中在菱形线圈中间空隙处，在待加热丝杆螺旋齿廓运动过程中，磁感线始终垂直于待加热丝杆齿廓表面，只对待加热丝杆齿廓表面进行加热。
螺旋线圈10设有多圈，并套设在待加热丝杆4的外部，螺旋线圈中通入高频电源，由于临近效应和高频电源较强的集肤效应，待加热丝杆通过螺旋线圈时只加热待加热丝杆齿顶表面。
在加热待加热丝杆4齿廓表面时，先调节匹配第一电机和第二电机转速，使待加热丝杆表面达到理想温度，而后通过调节螺旋线圈功率使待加热丝杆齿顶表面达到理想温度，最终达到待加热丝杆整个表面完全加热，形成整个仿齿廓的温度梯度。
加热待加热丝杆4之前，可根据待加热丝杆4外径、齿高、温度精度和目标温度初步调节菱形线圈19与丝杆齿底之间的距离d1、螺旋线圈10直径和高频电源功率等。
调整完初始参数后利用第一电机15、第二电机1和第三电机24将待加热丝杆4和菱形线圈19调整到合适的位置，使得菱形线圈19处于待加热丝杆4最左端，此时同时启动以匹配好转速的第一电机15和第二电机1，并启动中频电源，菱形线圈19沿着待加热丝杆4螺旋形齿廓运动的同时对待加热丝杆4齿廓进行加热，在加热齿廓过程中，第一测温仪7实时监测齿廓温度，并通过调整第一电机15和第二电机1来修正加热温度，齿廓温度达到目标温度后待加热丝杆4通过通有高频电源的螺旋线圈10，对待加热丝杆4齿顶进行加热，与此同时第二测温仪9实时监测高频加热后待加热丝杆4齿顶温度，并通过调节高频电源功率来修正加热温度，在整个加热过程中CCD相机6实时监测菱形线圈19与待加热丝杆4右端面的距离，当实测距离小于d时，此时待加热丝杆4齿廓加热结束，断开中频电源，经过时间t＝H+B/S2W2后，高频电源加热结束，断开高频电源，同时切断电机电源，加热完成。
本发明还提供了一种大直径大螺距丝杆表面感应加热装置的表面加热方法，具体包括以下步骤：
S1、收集待加热丝杆参数：待加热丝杆4外径D1、内径D2、螺距S2、齿厚h，传动丝杆螺距S2，并根据待加热丝杆4参数选择菱形线圈19；
S2、收集并确定加热工艺参数：允许加热到最高温度Tmax、允许加热到最低温度Tmin、测温仪实测温度T、CCD相机的实测距离D、允许最大距离d、螺旋线圈10与菱形线圈19之间的距离H、第一电机的初始转速W1和相匹配第二电机1的初始转速W2；
S3、确定电源参数：根据上述待加热丝杆参数和加热工艺参数选择中频电源功率p、高频电源功率P，并根据待加热丝杆参数和电源参数选择螺旋线圈10以及螺旋线圈10轴向长度B，其中螺旋线圈10与高频电源相连，菱形线圈19与中频电源相连；
S4、连接好电源后调整待加热丝杠4与菱形线圈19的相对位置，使菱形线圈19正对着待加热丝杠4起始处齿廓；
S5、初始位置调整完成后启动第一电机15与第二电机1，待加热丝杆4沿着轴向运动的同时绕着自身轴线转动，使得菱形线圈19沿着待加热丝杆4螺旋齿廓运动，同时菱形线圈19中通入中频电源，对待加热丝杆4齿廓进行加热；
S6、菱形线圈19加热待加热丝杆4齿廓时，第一测温仪7实时监测待加热丝杆4齿廓温度；
S7、判断T<Tmin，成立则转入步骤S8，否则转入步骤S9；
S8、提高第二电机的转速，使得W2＝W2+W2/10，同时匹配第一电机的转速，使得W1＝11S1W2/10S2后，转入步骤S7；
S9、判断T>Tmax，成立则转入步骤S10，否则转入步骤S11；
S10、降低第二电机的转速，使得W2＝W2-W2/10，同时匹配第一电机的转速，使得W1＝9S1W2/10S2后，转入步骤S9；
S11、螺旋线圈10中通入高频电流，对待加热丝杆4齿顶进行加热，同时第二测温仪9实时监测待加热丝杆齿顶温度；
S12、判断T<Tmin，成立则转入步骤S13，否则转入步骤S14；
S13、增大螺旋线圈10功率，使得P＝P+P/10后转入步骤S12；
S14、判断T>Tmax，成立则转入步骤S15，否则转入步骤S16；
S15、减小螺旋线圈10功率，使得P＝P-P/10后转入步骤S14；
S16、CCD相机6拍摄并计算菱形线圈19与丝杆端面的距离；
S17、判断D≤d，成立则转入步骤S18，否则转入步骤S16；
S18、断开中频电源，并启动第三电机24抬升菱形线圈19到初始位置；
S19、断开中频电源后开始计时，间隔时间t＝H+B/S2W2后断开高频电源，加热完成。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种大直径大螺距丝杆表面感应加热装置，其特征在于，包括：底座传动装置、安装在底座传动装置上的移动滑台装置和伸缩式感应线圈装置(5)，所述移动滑台装置用于安装待加热丝杆(4)，其上设有第一驱动结构，用于驱动待加热丝杆(4)绕自身进行轴向转动，所述底座传动装置上设有第二驱动结构，用于驱动移动滑台装置带着待加热丝杆(4)沿待加热丝杆(4)的轴向进行往复移动；所述伸缩式感应线圈装置(5)安装在底座传动装置的支撑架(8)上，用于加热待加热丝杆(4)的齿廓，所述支撑架(8)上设置有加热单元，用于加热待加热丝杆(4)的齿顶，最终实现待加热丝杆(4)整个表面完全加热，形成整个仿齿廓的温度梯度。
2.根据权利要求1所述的大直径大螺距丝杆表面感应加热装置，其特征在于，所述移动滑台装置还包括滑台(12)，滑台(12)安装在底座传动装置中设置的传动丝杆(13)和导向杆(16)上，滑台(12)两侧设有支撑板，第一驱动结构安装在滑台(12)上，第一驱动结构由第二电机(1)、第二联轴器(2)、三抓卡盘(3)和顶尖(11)组成，第二电机(1)固定在滑台(12)一侧的支撑板上，三抓卡盘(3)通过第二联轴器(2)与第二电机(1)相连，顶尖(11)固定在滑台(12)另一侧的支撑板上，待加热丝杆(4)的一端通过三抓卡盘(3)夹紧，另一端与顶尖(11)相连，通过第二电机(1)的正反转带动待加热丝杆(4)绕自身轴向转动。
3.根据权利要求1所述的大直径大螺距丝杆表面感应加热装置，其特征在于，所述底座传动装置还包括底座(18)和设置在底座(18)两侧的支撑座(17)，支撑架(8)固定安装在底座(18)上，第二驱动结构安装在底座(18)和支撑座(17)上，第二驱动结构由第一电机(15)、第一联轴器(14)、导向杆(16)和传动丝杆(13)组成，导向杆(16)和传动丝杆(13)的轴线平行，导向杆(16)两端与两侧支撑座(17)相连，通过支撑座(17)固定在底座(18)上，传动丝杆(13)一端与一侧支撑座(17)相连，另一端通过第一连轴器与第一电机(15)相连，第一电机(15)安装在底座(18)上；移动滑台装置的滑台(12)与传动丝杆(13)和导向杆(16)配合连接，利用第一电机(15)的正反转来带动移动滑台装置沿待加热丝杆(4)轴向前后运动。
4.根据权利要求1所述的大直径大螺距丝杆表面感应加热装置，其特征在于，所述伸缩式感应线圈装置(5)包括菱形线圈(19)、连接块(21)、止动块(22)、线圈丝杆(20)、第三联轴器(23)和第三电机(24)，菱形线圈(19)通过连接块(21)与止动块(22)连接，止动块(22)中心孔上开设的内螺纹与线圈丝杆(20)的外螺纹相配合，线圈丝杆(20)通过第三联轴器(23)与第三电机(24)相连，第三电机(24)安装在支撑架(8)上，通过第三电机(24)的正反转驱动止动块(22)带着菱形线圈(19)进行上下移动；菱形线圈(19)中通入中频电源，对待加热丝杆(4)的齿廓进行加热；
止动块(22)上设置的凹槽与伸缩式感应线圈装置(5)上套筒的凸台相配合，防止菱形线圈(19)随着线圈丝杆(20)转动。
5.根据权利要求1所述的大直径大螺距丝杆表面感应加热装置，其特征在于，所述加热单元为螺旋线圈(10)，所述螺旋线圈(10)套设在待加热丝杆(4)的外部，螺旋线圈(10)中通入高频电源，基于临近效应和高频电源产生较强的电流的集肤效应，在待加热丝杆(4)通过螺旋线圈(10)时，螺旋线圈(10)只加热待加热丝杆(4)齿顶表面。
6.根据权利要求1所述的大直径大螺距丝杆表面感应加热装置，其特征在于，所述支撑架(8)上还安装有第一测温仪(7)、第二测温仪(9)和CCD相机(6)，第一测温仪(7)用于监测伸缩式感应线圈装置(5)的菱形线圈(19)加热待加热丝杆(4)齿廓后的齿廓温度，通过将实测温度与目标温度相比对来实时调整第二驱动结构的第一电机(15)和第一驱动结构的第二电机(1)转速，第二测温仪(9)实时测量加热单元加热待加热丝杆(4)齿顶后的齿顶温度，通过将实测温度与目标温度相比对来实时调整加热单元中通入的高频电源功率，CCD相机(6)实时监测加热单元与待加热丝杆(4)端面位置，当实测距离小于设定距离时，菱形线圈(19)中通入的中频电源断电并抬起菱形线圈(19)。
7.根据权利要求4或6所述的大直径大螺距丝杆表面感应加热装置，其特征在于，所述菱形线圈(19)可将磁通集中在菱形线圈(19)中间空隙处，在待加热丝杆(4)螺旋齿廓运动过程中，菱形线圈(19)的磁感线始终垂直于待加热丝杆(4)齿廓表面，只对待加热丝杆(4)齿廓表面进行加热。
8.根据权利要求6所述的大直径大螺距丝杆表面感应加热装置，其特征在于，所述第一电机(15)控制待加热丝杆(4)轴向运动，第二电机(1)控制待加热丝杆(4)绕自身轴向转动，通过匹配第一电机(15)与第二电机(1)的转速使菱形线圈(19)沿待加热丝杆(4)齿廓运动。
9.根据权利要求6或8所述的大直径大螺距丝杆表面感应加热装置，其特征在于，在加热待加热丝杆(4)齿廓表面时，先调节第一电机(15)和第二电机(1)转速，使待加热丝杆(4)齿廓表面达到理想温度，而后通过调节加热单元功率使待加热丝杆(4)齿顶表面达到理想温度，最终达到待加热丝杆(4)整个表面完全加热，形成整个仿齿廓的温度梯度。
10.一种如权利要求1-9任意一项权利要求所述的大直径大螺距丝杆表面感应加热装置的表面加热方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、收集待加热丝杆(4)参数：待加热丝杆(4)外径D1、内径D2、螺距S2、齿厚h，传动丝杆(13)螺距S2，并根据待加热丝杆(4)参数选择菱形线圈(19)；
S2、收集并确定加热工艺参数：允许加热到最高温度Tmax、允许加热到最低温度Tmin、测温仪实测温度T、CCD相机(6)的实测距离D、允许最大距离d、螺旋线圈(10)与菱形线圈(19)之间的距离H、第一电机(15)的初始转速W1和相匹配第二电机(1)1的初始转速W2；
S3、确定电源参数：根据上述待加热丝杆(4)参数和加热工艺参数选择中频电源功率p、高频电源功率P，并根据待加热丝杆(4)参数4和电源参数选择螺旋线圈(10)，螺旋线圈(10)轴向长度B，其中螺旋线圈(10)与高频电源相连，菱形线圈(19)与中频电源相连；
S4、连接好电源后调整待加热丝杠与菱形线圈(19)的相对位置，使菱形线圈(19)正对着待加热丝杠起始处齿廓；
S5、初始位置调整完成后启动第一电机(15)与第二电机(1)，待加热丝杆(4)沿着轴向运动的同时绕着自身轴线转动，使得菱形线圈(19)沿着丝杆螺旋齿廓运动，同时菱形线圈(19)中通入中频电源，对待加热丝杆(4)齿廓进行加热；
S6、菱形线圈(19)加热丝杆齿廓时，第一测温仪(7)实时监测待加热丝杆(4)齿廓温度；
S7、判断T<Tmin，成立则转入步骤S8，否则转入步骤S9；
S8、提高第二电机(1)的转速，使得W2＝W2+W2/10，同时匹配第一电机(15)的转速，使得W1＝11S1W2/10S2后，转入步骤S7；
S9、判断T>Tmax，成立则转入步骤S10，否则转入步骤S11；
S10、降低第二电机(1)的转速，使得W2＝W2-W2/10，同时匹配第一电机(15)的转速，使得W1＝9S1W2/10S2后，转入步骤S9；
S11、螺旋线圈(10)中通入高频电流，对待加热丝杆(4)齿顶进行加热，同时第二测温仪(9)实时监测待加热丝杆(4)齿顶温度；
S12、判断T<Tmin，成立则转入步骤S13，否则转入步骤S14；
S13、增大螺旋线圈(10)功率，使得P＝P+P/10后转入步骤S12；
S14、判断T>Tmax，成立则转入步骤S15，否则转入步骤S16；
S15、减小螺旋线圈(10)功率，使得P＝P-P/10后转入步骤S14；
S16、CCD相机(6)拍摄并计算菱形线圈(19)与丝杆端面的距离；
S17、判断D≤d，成立则转入步骤S18，否则转入步骤S16；
S18、断开中频电源，并启动第三电机(24)抬升菱形线圈(19)到初始位置；
S19、断开中频电源后开始计时，间隔时间t＝H+B/S2W2后断开高频电源，加热完成。
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