CN113832313B - 一种结构耦合丝杆感应加热装置及方法 - Google Patents

一种结构耦合丝杆感应加热装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种结构耦合丝杆感应加热装置及方法，装置包括可移动式感应线圈装置、可活动式丝杆支撑架装置、机架传动装置和热成像仪，通过结构耦合的方式，将六个感应线圈排列在待加热丝杆的周向上，相邻两感应线圈中通入频率不同的中高频电流，再利用待加热丝杆的自转完成中高频的切换，可在几毫秒内完成中高频的迭代，达到同步双频感应加热的目的，与此同时，通过热成像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，使丝杆整个表面完全均匀加热，提高加热质量。本发明结构简单，对电源要求较低，成本较低，可在满足生产质量的前提下获得最佳的经济效益，适合大规模推广。

Description

一种结构耦合丝杆感应加热装置及方法
技术领域
本发明涉及丝杆生产技术领域，具体而言，尤其涉及一种结构耦合丝杆感应加热装置及方法。
背景技术
滚珠丝杆作为传动效率高、定位精度高、传动可逆行、使用寿命长和同步性好的传动元件，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。由于滚珠丝杆在工作时受到各种不同的载荷冲击，要求丝杆具备高韧度、高表面硬度和耐磨性以及尺寸稳定性。目前国内普遍采用单频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，或是丝杆磨削时内应力超过材料的屈服强度产生磨削裂纹，因此，精确控制加热温度对提高丝杆淬火质量十分重要。
为了提高加热质量，人们提出了更节能环保、效率更高、畸变更小的双频感应加热技术，即利用双频电源向感应线圈中通入同步或异步的中高频电流加热待加热工件。相较于单频感应淬火，双频感应淬火同时拥有中频和高频淬火的特点，使用双频感应淬火对丝杆进行热处理时，可以获得沿螺纹齿均匀分布的淬硬层。但是现有的双频电源存在不易频繁启动，输出频率信号准确性差，两种电流的幅值和频率难以单独调节，不能够精确的控制温差等缺点，另一方面，双频感应加热在我国还是初步发展阶段，特别是同步双频感应加热，由于其电源的昂贵，并且相关核心专利一直由国外掌控，而未在我国得到广泛的应用。
发明内容
根据上述提出的现有双频电源存在不易频繁启动，输出频率信号准确性差，两种电流的幅值和频率难以单独调节，不能够精确的控制温差等缺点，另一方面，双频感应加热在我国还是初步发展阶段，特别是同步双频感应加热，由于其电源的昂贵，并且相关核心专利一直由国外掌控，而未在我国得到广泛的应用的技术问题，而提供一种结构耦合丝杆感应加热装置及方法。本发明主要通过六个相同结构的感应线圈排列在待加热丝杆的周向上，相邻两线圈中通入频率不同的中高频电流，再利用待加热丝杆的自转完成中高频的切换，可在几毫秒内完成中高频的迭代，与此同时通过热成像仪的实时测温反馈来调节加热过程中的加热参数，将温差精确的控制温度精度以内。
本发明采用的技术手段如下：
一种结构耦合丝杆感应加热装置，包括：
可活动式丝杆支撑架装置，用于实现待加热的丝杆绕自身轴线运动；
机架传动装置，安装在机架上，与可活动式丝杆支撑架装置相连，用于驱动可活动式丝杆支撑架装置进行上下移动，实现丝杆沿轴向运动；
可移动式感应线圈装置，安装在机架上，用于实现丝杆的加热；在丝杆绕自身轴线运动时，加热丝杆的周向表面温度至目标温度，在丝杆沿轴向运动过程中，使丝杆整个表面加热到目标温度；
热成像仪，至少设置一个，安装在机架上靠近丝杆和可移动式感应线圈装置的位置，用于实时监测丝杆加热过程中的温度。
进一步地，所述可移动式感应线圈装置包括线圈托盘、多个活动滑块和多个感应线圈，线圈托盘通过螺钉安装在机架上，多个活动滑块安装在线圈托盘上开设的多个凹槽中，分别与凹槽滑动连接；多个感应线圈分别固定在多个活动滑块上，用于对丝杆进行加热，多个感应线圈中部形成贯穿通孔，用于容纳丝杆，贯穿通孔套设在丝杆的外部，与丝杆间留有间隙，丝杆可在通孔中进行周向转动以及上下移动；通过活动滑块在线圈托盘的凹槽中滑动来改变感应线圈与待加热丝杆之间的距离。
进一步地，所述可活动式丝杆支撑架装置包括支撑架、顶尖、丝杆、三抓卡盘、三抓卡盘联轴器和第二电机，丝杆一端与安装在支撑架一侧的顶尖相连，另一端通过三抓卡盘夹紧，三抓卡盘通过三抓卡盘联轴器与第二电机相连，第二电机固定在支撑架的另一侧，通过第二电机驱动丝杆绕自身轴线运动。
进一步地，所述机架传动装置包括机架、两根导向杆、传动丝杆、传动丝杆联轴器、第一电机、导向杆支撑座、传动丝杆支撑座和支撑架连接块，两根导向杆间隔平行设置，二者上下两端均通过导向杆支撑座固定，导向杆支撑座通过螺钉安装在机架上；传动丝杆一端与固定在机架上的传动丝杆支撑座相连，另一端与传动丝杆联轴器相连，传动丝杆联轴器与第一电机相连，第一电机固定在机架上；传动丝杆与可活动式丝杆支撑架装置的支撑架进行螺纹滑动连接；传动丝杆与两根导向杆相互平行，每个导向杆均通过支撑架连接块与支撑架滑动连接；
传动丝杆通过传动丝杆联轴器与第一电机相连，通过第一电机的正反转驱动传动丝杆上下移动，进而使支撑架带着可活动式丝杆支撑架装置进行上下移动。
进一步地，所述线圈托盘周向上均匀布置有六个结构相同的感应线圈，相邻两个感应线圈中通入频率不同的中高频电流，相同频率感应线圈之间通过导线相互串联，并且感应线圈可通过活动滑块在线圈托盘径向上移动，从而调整感应线圈与待加热丝杆之间的距离。
进一步地，所述六个感应线圈分别为三个中频感应线圈和三个高频感应线圈，相互交叉间隔呈圆周阵列的排列在线圈托盘上，每个感应线圈上的正极连接柱和负极连接柱通过导线连接，且均固定在活动滑块上；热成像仪通过相邻两个感应线圈间的缝隙来监测丝杆加热过程中的温度。
进一步地，加热待加热丝杆之前，根据待加热丝杆的外径D1、内径D2、温度精度和目标温度初步调节高频感应线圈与丝杆之间的距离d1、低频感应线圈与丝杆之间的距离d2、电源频率和加热功率等。
进一步地，所述丝杆通过机架传动装置的第一电机和可活动式丝杆支撑架装置的第二电机实现两个自由度的运动，以便完成丝杆整个表面的加热；先通过调节第二电机的转速使丝杆的周向温差降低到一定值，再通过热成像仪实时反馈温度和调节加热参数使丝杆周向温度加热到目标值；丝杆周向温度加热到目标温度后，通过调节第一电机的转速使丝杆整个表面加热到目标温度；
其中，利用第二电机带动丝杆自转，丝杆在自转过程中依次经历中频加热和高频加热，完成中高频的切换，可在几毫秒内完成中高频的迭代，达到同步双频感应加热的目的。
本发明还提供了一种结构耦合丝杆感应加热装置的加热方法，包括如下步骤：
初步调整完加热工艺参数后，相邻两个感应线圈中通入不同频率的电源，同时启动第二电机对待加热丝杆进行加热，在加热过程中热成像仪实时监测待加热丝杆的温度，将实测温差与周向允许温差进行比对，通过调节第二电机的转速使丝杆周向温差达到允许周向温差；
丝杆周向温差达到允许温差后，再将实测温读与允许温度进行比对，通过调节感应线圈与丝杆之间的距离和电源功率，使丝杆表面温度达到目标温度并且温差降低到允许温差；
丝杆周向温差达到目标温度后，启动第一电机带动丝杆沿轴向运动，通过实测温度与目标温度的比对来调节第一电机的速度，使丝杆整个表面加热到目标温度。
进一步地，具体包括如下步骤：
S1、收集待加热丝杆参数：丝杆长度H、丝杆外径D1和内径D2；
S2、收集并确定加热工艺参数：允许加热到最高温度Ta、允许加热到最低温度Tb、允许径向最大温差Tc＝Ta-Tb、允许周向最大温差Td、实测中的最高温度Tmax、实测中的最低温度Tmin、实测最大温差ΔT＝Tmax-Tmin；
S3、确定电源参数：根据上述丝杆参数和加热工艺参数选择电源功率P、频率K、再根据电源参数和丝杆参数初步确定高频感应线圈与丝杆之间的距离d1、中频感应线圈与丝杆之间的距离d2；
S4、用导线连接好中高频感应线圈的正负极，再通入不同频率的电流，使中高频感应线圈相间隔分布，开始加热待加热丝杆；
S5、通入电源后马上启动第二电机，并调节第二电机转速V2，使丝杆绕自身轴线转动进行双频感应加热，同时热成像仪通过感应线圈缝隙实时监测丝杆温度；
S6、判断ΔT>Td，成立则转入步骤S7，否则转入步骤S8；
S7、提高第二电机的转速V2，使得V2＝V2+V2/5后转入步骤S6；
S8、判断Tmax<Tb，成立则转入步骤S9，否则转入步骤S10；
S9、增大感应线圈功率P，使得P＝P+P/10后转入步骤S12；
S10、判断Tmax>Ta，成立则转入步骤S11，否则转入步骤S12；
S11、增大高频线圈与丝杆之间的距离d1，使得d1＝d1+d1/3后转入步骤S12；
S12、判断Tmin<Tb，成立则转入步骤S13，否则转入步骤S14；
S13、减小中频线圈与丝杆之间的距离d2，使得d2＝d2-d2/3后转入步骤S14；
S14、判断ΔT<Tc，成立则转入步骤S15，否则转入步骤S8；
S15、启动第一电机，并调节第一电机转速V1，使丝杆绕自身轴线方向运动，使得丝杆整个表面进行加热；
S16、判断Tmax>Ta，成立则转入步骤S17，否则转入步骤S18；
S17、减小第一电机的转速V1，使得V1＝V1-V1/5后转入步骤S20；
S18、判断Tmin<Tb，成立则转入步骤S20，否则转入步骤S19；
S19、提高第一电机的转速V1，使得V1＝V1+V1/5后转入步骤S20；
S20、判断ΔT<Tc，成立则转入步骤S21，否则转入步骤S16；
S21、保持第一电机转速V1和第二电机转速V2不变，直到丝杆整个表面完成加热时，加热结束。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的结构耦合丝杆感应加热装置及方法，通过结构耦合的方式，将六个感应线圈排列在待加热丝杆周向范围上，相邻两线圈中通入频率不同的中高频电流，再利用待加热丝杆的自转完成中高频的切换，可在几毫秒内完成中高频的迭代，达到同步双频感应加热的目的，相较于同步双频电源加热，此方法结构简单，对电源要求较低，成本较低，可在满足生产质量的前提下获得最佳的经济效益，适合大规模推广。
2、本发明提供的结构耦合丝杆感应加热装置及方法，通过热成像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。
3、本发明提供的结构耦合丝杆感应加热装置及方法，其第一电机、第二电机、加热距离和加热功率可根据加热精度和丝杆尺寸灵活调节。企业可根据自己产品质量要求，合理制定温度精度、加热参数和电源等。
综上，应用本发明的技术方案能够解决现有双频电源存在不易频繁启动，输出频率信号准确性差，两种电流的幅值和频率难以单独调节，不能够精确的控制温差等缺点，另一方面，双频感应加热在我国还是初步发展阶段，特别是同步双频感应加热，由于其电源的昂贵，并且相关核心专利一直由国外掌控，而未在我国得到广泛的应用的问题。
基于上述理由本发明可在丝杆的热处理等领域广泛推广。
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为本发明的丝杆支撑架装置示意图。
图3为本发明的可移动式感应线圈装置示意图。
图4为本发明的感应线圈布置示意图。
图5为本发明的丝杆加热控制方法流程图。
图中：1、导向杆支撑座；2、传动丝杆支撑座；3、机架；4、支撑架；5、顶尖；6、线圈托盘；7、活动滑块；8、感应线圈；9、丝杆；10、三抓卡盘；11、三抓卡盘联轴器；12、第二电机；13、第一电机；14、传动丝杆联轴器；15、传动丝杆；16、导向杆；17、支撑架连接块；18、热成像仪；8-1、正极连接柱；8-2、负极连接柱；8-3、中频感应线圈；8-4、高频感应线圈。
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，本发明提供了一种结构耦合丝杆感应加热装置，包括：
可活动式丝杆支撑架装置，用于实现待加热的丝杆9绕自身轴线运动；
机架传动装置，安装在机架3上，与可活动式丝杆支撑架装置相连，用于驱动可活动式丝杆支撑架装置进行上下移动，实现丝杆9沿轴向运动；
可移动式感应线圈装置，安装在机架3上，用于实现丝杆9的加热；在丝杆9绕自身轴线运动时，加热丝杆9的周向表面温度至目标温度，在丝杆9沿轴向运动过程中，使丝杆9整个表面加热到目标温度；
热成像仪18，至少设置一个，安装在机架3上靠近丝杆9和可移动式感应线圈装置的位置，用于实时监测丝杆9加热过程中的温度。
作为优选的实施方式，所述可移动式感应线圈装置包括线圈托盘6、多个活动滑块7和多个感应线圈8，线圈托盘6通过螺钉安装在机架3上，多个活动滑块7安装在线圈托盘6上开设的多个凹槽中，分别与凹槽滑动连接；多个感应线圈8分别固定在多个活动滑块7上，用于对丝杆9进行加热，多个感应线圈8中部形成贯穿通孔，用于容纳丝杆9，贯穿通孔套设在丝杆9的外部，与丝杆9间留有间隙，丝杆9可在通孔中进行周向转动以及上下移动；通过活动滑块7在线圈托盘6的凹槽中滑动来改变感应线圈8与待加热丝杆9之间的距离。
作为优选的实施方式，所述可活动式丝杆支撑架装置包括支撑架4、顶尖5、丝杆9、三抓卡盘10、三抓卡盘联轴器11和第二电机12，丝杆9一端与安装在支撑架4一侧的顶尖5相连，另一端通过三抓卡盘10夹紧，三抓卡盘10通过三抓卡盘联轴器11与第二电机12相连，第二电机12固定在支撑架4的另一侧，通过第二电机12驱动丝杆9绕自身轴线运动。
作为优选的实施方式，所述机架传动装置包括机架3、两根导向杆16、传动丝杆15、传动丝杆联轴器14、第一电机13、导向杆支撑座1、传动丝杆支撑座2和支撑架连接块17，两根导向杆16间隔平行设置，二者上下两端均通过导向杆支撑座1固定，导向杆支撑座1通过螺钉安装在机架3上；传动丝杆15一端与固定在机架3上的传动丝杆支撑座2相连，另一端与传动丝杆联轴器14相连，传动丝杆联轴器14与第一电机13相连，第一电机13固定在机架3上；传动丝杆15与可活动式丝杆支撑架装置的支撑架4进行螺纹滑动连接；传动丝杆15与两根导向杆16相互平行，每个导向杆16均通过支撑架连接块17与支撑架4滑动连接；
传动丝杆15通过传动丝杆联轴器14与第一电机13相连，通过第一电机13的正反转驱动传动丝杆15上下移动，进而使支撑架4带着可活动式丝杆支撑架装置进行上下移动。
作为优选的实施方式，所述线圈托盘6周向上均匀布置有六个结构相同的感应线圈8，相邻两个感应线圈8中通入频率不同的中高频电流，相同频率感应线圈8之间通过导线相互串联，并且感应线圈8可通过活动滑块7在线圈托盘6径向上移动，从而调整感应线圈8与待加热丝杆9之间的距离。
作为优选的实施方式，所述六个感应线圈8分别为三个中频感应线圈8-3和三个高频感应线圈8-4，相互交叉间隔呈圆周阵列的排列在线圈托盘6上，每个感应线圈8上的正极连接柱8-1和负极连接柱8-2通过导线连接，且均固定在活动滑块7上；热成像仪18通过相邻两个感应线圈8间的缝隙来监测丝杆9加热过程中的温度。
作为优选的实施方式，加热待加热丝杆9之前，根据待加热丝杆9的外径D1、内径D2、温度精度和目标温度初步调节高频感应线圈8-4与丝杆9之间的距离d1、中频感应线圈8-3与丝杆9之间的距离d2、电源频率和加热功率等。
作为优选的实施方式，所述丝杆9通过机架传动装置的第一电机13和可活动式丝杆支撑架装置的第二电机12实现两个自由度的运动，以便完成丝杆9整个表面的加热；先通过调节第二电机12的转速使丝杆9的周向温差降低到一定值，再通过热成像仪18实时反馈温度和调节加热参数使丝杆9周向温度加热到目标值；丝杆9周向温度加热到目标温度后，通过调节第一电机13的转速使丝杆9整个表面加热到目标温度；
其中，利用第二电机12带动丝杆9自转，丝杆9在自转过程中依次经历中频加热和高频加热，完成中高频的切换，可在几毫秒内完成中高频的迭代，达到同步双频感应加热的目的。
实施例1
如图1-5所示，本发明提供了一种新型结构耦合丝杆感应加热装置，包括用于加热的可移动式感应线圈装置、可活动式丝杆支撑架装置、机架传动装置和用于监测温度的热成像仪18。
可移动式感应线圈装置包括感应线圈8、线圈托盘6和活动滑块7。感应线圈8固定在活动滑块7上，活动滑块7安装在线圈托盘6的凹槽中，通过活动滑块7在线圈托盘6的凹槽中滑动来改变感应线圈8与待加热丝杆9之间的距离，线圈托盘6通过螺钉安装在机架3上。其中，感应线圈8共有六个，分贝为三个中频感应线圈8-3和三个高频感应线圈8-4，中高频感应线圈交叉间隔的排列在线圈托盘6的圆周方向上，每个感应线圈上的正极连接柱8-1和负极连接柱8-2均通过导线连接；六个中高频感应线圈呈圆周分布后，中部形成贯穿通孔，用于容纳丝杆9，通孔与丝杆9间留有间隙，通孔套设在丝杆9外。
可活动式丝杆支撑架装置包括支撑架4、顶尖5、丝杆9、三抓卡盘10、三抓卡盘联轴器11和第二电机12，待加热丝杆9的底端与安装在支撑架4底部的顶尖5相连，顶端通过三抓卡盘10夹紧，三抓卡盘10通过三抓卡盘联轴器11与第二电机12相连，第二电机12固定在支撑架4顶部，第二电机12带动待加热丝杆9绕自身轴线运动。
机架传动装置包括机架3、两个导向杆16、传动丝杆15、传动丝杆联轴器14、第一电机13、导向杆支撑座1、传动丝杆支撑座2和支撑架连接块17，两个导向杆16间隔设置，二者的上下两端均通过导向杆支撑座1固定，导向杆支撑座1通过螺钉安装在机架3上，传动丝杆15的底端与通过螺钉固定在机架3底部的传动丝杆支撑座2相连，顶端与传动丝杆联轴器14相连，传动丝杆联轴器14与第一电机13相连，第一电机13固定在机架3顶部。传动丝杆15与导向杆16平行，两个导向杆16的上下两端均通过支撑架连接块17与支撑架4相连，传动丝杆15通过传动丝杆联轴器14与第一电机13相连，传动丝杆15与支撑架4背部进行螺纹滑动连接，通过第一电机13带动传动丝杆15，进而使支撑架4沿着传动丝杆15和导向杆16进行上下移动。
热成像仪18设置一个安装在机架3上，靠近丝杆9和感应线圈8，热成像仪18通过相邻两个感应线圈8间存在的缝隙来监测丝杆9加热过程中的温度。
可移动式感应线圈装置通过结构耦合的方式，将六个相同结构的感应线圈8排列在待加热丝杆9周向范围上，相邻两感应线圈8中通入频率不同的中高频电流，每个感应线圈上的正极连接柱8-1和负极连接柱8-2通过导线连接，并且可通过活动滑块7调节感应线圈8与待加热丝杆9之间的距离，再利用第二电机12带动待加热丝杆9自转，丝杆9在自转过程中依次经历中频加热和高频加热，完成中高频的切换，可在几毫秒内完成中高频的迭代，达到同步双频感应加热的目的。
加热待加热丝杆9之前，可根据待加热丝杆9外径D1、内径D2、温度精度和目标温度初步调节高频感应线圈与丝杆之间的距离d1、中频感应线圈与丝杆之间的距离d2、电源频率和加热功率等。
实施例2
在实施例1的基础上，本发明还提供了一种结构耦合丝杆感应加热装置的加热方法，包括如下步骤：
初步调整完加热工艺参数后，相邻两个感应线圈中通入不同频率的电源，同时启动第二电机12对待加热丝杆9进行加热，在加热过程中热成像仪18实时监测待加热丝杆9温度，将实测温差与周向允许温差进行比对，通过调节第二电机12的转速使丝杆9周向温差达到允许周向温差。丝杆9周向温差达到允许温差后，再将实测温读与允许温度进行比对，通过调节感应线圈与丝杆之间的距离和电源功率，使丝杆9表面温度达到目标温度并且温差降低到允许温差。丝杆9周向温差达到目标温度后，启动第一电机13带动丝杆9沿轴向运动，通过实测温度与目标温度的比对来调节第一电机13的速度，使丝杆9整个表面加热到目标温度。
具体包括以下步骤：
S1、收集待加热丝杆9参数：丝杆长度H、丝杆外径D1和内径D2；
S2、收集并确定加热工艺参数：允许加热到最高温度Ta、允许加热到最低温度Tb、允许径向最大温差Tc＝Ta-Tb、允许周向最大温差Td、实测中的最高温度Tmax、实测中的最低温度Tmin、实测最大温差ΔT＝Tmax-Tmin；
S3、确定电源参数：根据上述丝杆9参数和加热工艺参数选择电源功率P、频率K、再根据电源参数和丝杆9参数初步确定高频感应线圈8-4与丝杆9之间的距离d1、中频感应线圈8-3与丝杆9之间的距离d2；
S4、用导线连接好中高频感应线圈的正负极，再通入不同频率的电流，使中高频感应线圈相间隔分布，开始加热待加热丝杆9；
S5、通入电源后马上启动第二电机12，并调节第二电机12转速V2，使丝杆9绕自身轴线转动进行双频感应加热，同时热成像仪18通过感应线圈间的缝隙实时监测丝杆9温度；
S6、判断ΔT>Td，成立则转入步骤S7，否则转入步骤S8；
S7、提高第二电机12的转速V2，使得V2＝V2+V2/5后转入步骤S6；
S8、判断Tmax<Tb，成立则转入步骤S9，否则转入步骤S10；
S9、增大感应线圈8功率P，使得P＝P+P/10后转入步骤S12；
S10、判断Tmax>Ta，成立则转入步骤S11，否则转入步骤S12；
S11、增大高频线圈与丝杆9之间的距离d1，使得d1＝d1+d1/3后转入步骤S12；
S12、判断Tmin<Tb，成立则转入步骤S13，否则转入步骤S14；
S13、减小中频线圈与丝杆9之间的距离d2，使得d2＝d2-d2/3后转入步骤S14；
S14、判断ΔT<Tc，成立则转入步骤S15，否则转入步骤S8；
S15、启动第一电机13，并调节第一电机13转速V1，使丝杆9绕自身轴线方向运动，使得丝杆9整个表面进行加热；
S16、判断Tmax>Ta，成立则转入步骤S17，否则转入步骤S18；
S17、减小第一电机13的转速V1，使得V1＝V1-V1/5后转入步骤S20；
S18、判断Tmin<Tb，成立则转入步骤S20，否则转入步骤S19；
S19、提高第一电机13的转速V1，使得V1＝V1+V1/5后转入步骤S20；
S20、判断ΔT<Tc，成立则转入步骤S21，否则转入步骤S16；
S21、保持第一电机13转速V1和第二电机12转速V2不变，直到丝杆9整个表面完成加热时，加热结束。
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 (6)

1.一种结构耦合丝杆感应加热装置，其特征在于，包括：
可活动式丝杆支撑架装置，用于实现待加热的丝杆(9)绕自身轴线运动；
机架传动装置，安装在机架(3)上，与可活动式丝杆支撑架装置相连，用于驱动可活动式丝杆支撑架装置进行上下移动，实现丝杆(9)沿轴向运动；
可移动式感应线圈装置，安装在机架(3)上，用于实现丝杆(9)的加热；在丝杆(9)绕自身轴线运动时，加热丝杆(9)的周向表面温度至目标温度，在丝杆(9)沿轴向运动过程中，使丝杆(9)整个表面加热到目标温度；
热成像仪(18)，至少设置一个，安装在机架(3)上靠近丝杆(9)和可移动式感应线圈装置的位置，用于实时监测丝杆(9)加热过程中的温度；
所述可移动式感应线圈装置包括线圈托盘(6)、多个活动滑块(7)和多个感应线圈(8)，线圈托盘(6)通过螺钉安装在机架(3)上，多个活动滑块(7)安装在线圈托盘(6)上开设的多个凹槽中，分别与凹槽滑动连接；多个感应线圈(8)分别固定在多个活动滑块(7)上，用于对丝杆(9)进行加热，多个感应线圈(8)中部形成贯穿通孔，用于容纳丝杆(9)，贯穿通孔套设在丝杆(9)的外部，与丝杆(9)间留有间隙，丝杆(9)可在通孔中进行周向转动以及上下移动；通过活动滑块(7)在线圈托盘(6)的凹槽中滑动来改变感应线圈(8)与待加热丝杆(9)之间的距离；
所述可活动式丝杆支撑架装置包括支撑架(4)、顶尖(5)、丝杆(9)、三爪卡盘(10)、三爪卡盘联轴器(11)和第二电机(12)，丝杆(9)一端与安装在支撑架(4)一侧的顶尖(5)相连，另一端通过三爪卡盘(10)夹紧，三爪卡盘(10)通过三爪卡盘联轴器(11)与第二电机(12)相连，第二电机(12)固定在支撑架(4)的另一侧，通过第二电机(12)驱动丝杆(9)绕自身轴线运动；
所述机架传动装置包括机架(3)、两根导向杆(16)、传动丝杆(15)、传动丝杆联轴器(14)、第一电机(13)、导向杆支撑座(1)、传动丝杆支撑座(2)和支撑架连接块(17)，两根导向杆(16)间隔平行设置，二者上下两端均通过导向杆支撑座(1)固定，导向杆支撑座(1)通过螺钉安装在机架(3)上；传动丝杆(15)一端与固定在机架(3)上的传动丝杆支撑座(2)相连，另一端与传动丝杆联轴器(14)相连，传动丝杆联轴器(14)与第一电机(13)相连，第一电机(13)固定在机架(3)上；传动丝杆(15)与可活动式丝杆支撑架装置的支撑架(4)进行螺纹滑动连接；传动丝杆(15)与两根导向杆(16)相互平行，每个导向杆(16)均通过支撑架连接块(17)与支撑架(4)滑动连接；
传动丝杆(15)通过传动丝杆联轴器(14)与第一电机(13)相连，通过第一电机(13)的正反转驱动传动丝杆(15)上下移动，进而使支撑架(4)带着可活动式丝杆支撑架装置进行上下移动；
所述线圈托盘(6)周向上均匀布置有六个结构相同的感应线圈(8)，相邻两个感应线圈(8)中通入频率不同的中高频电流，相同频率感应线圈(8)之间通过导线相互串联，并且感应线圈(8)可通过活动滑块(7)在线圈托盘(6)径向上移动，从而调整感应线圈(8)与待加热丝杆(9)之间的距离。
2.根据权利要求1所述的结构耦合丝杆感应加热装置，其特征在于，所述六个感应线圈(8)分别为三个中频感应线圈(8-3)和三个高频感应线圈(8-4)，相互交叉间隔呈圆周阵列的排列在线圈托盘(6)上，每个感应线圈(8)上的正极连接柱(8-1)和负极连接柱(8-2)通过导线连接，且均固定在活动滑块(7)上；热成像仪(18)通过相邻两个感应线圈(8)间的缝隙来监测丝杆(9)加热过程中的温度。
3.根据权利要求2所述的结构耦合丝杆感应加热装置，其特征在于，加热待加热丝杆(9)之前，根据待加热丝杆(9)的外径D1、内径D2、温度精度和目标温度初步调节高频感应线圈(8-4)与丝杆(9)之间的距离d1、中频感应线圈(8-3)与丝杆(9)之间的距离d2、电源频率和加热功率。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的结构耦合丝杆感应加热装置，其特征在于，所述丝杆(9)通过机架传动装置的第一电机(13)和可活动式丝杆支撑架装置的第二电机(12)实现两个自由度的运动，以便完成丝杆(9)整个表面的加热；先通过调节第二电机(12)的转速使丝杆(9)的周向温差降低到一定值，再通过热成像仪(18)实时反馈温度和调节加热参数使丝杆(9)周向温度加热到目标值；丝杆(9)周向温度加热到目标温度后，通过调节第一电机(13)的转速使丝杆(9)整个表面加热到目标温度；
其中，利用第二电机(12)带动丝杆(9)自转，丝杆(9)在自转过程中依次经历中频加热和高频加热，完成中高频的切换，可在几毫秒内完成中高频的迭代，达到同步双频感应加热的目的。
5.一种如权利要求1-4任意一项权利要求所述的结构耦合丝杆感应加热装置的加热方法，其特征在于，包括如下步骤：
初步调整完加热工艺参数后，相邻两个感应线圈(8)中通入不同频率的电源，同时启动第二电机(12)对待加热丝杆(9)进行加热，在加热过程中热成像仪(18)实时监测待加热丝杆(9)的温度，将实测温差与周向允许温差进行比对，通过调节第二电机(12)的转速使丝杆(9)周向温差达到允许周向温差；
丝杆(9)周向温差达到允许温差后，再将实测温度与允许温度进行比对，通过调节感应线圈(8)与丝杆(9)之间的距离和电源功率，使丝杆(9)表面温度达到目标温度并且温差降低到允许温差；
丝杆(9)周向温差达到目标温度后，启动第一电机(13)带动丝杆(9)沿轴向运动，通过实测温度与目标温度的比对来调节第一电机(13)的速度，使丝杆(9)整个表面加热到目标温度。
6.根据权利要求5所述的结构耦合丝杆感应加热装置的加热方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1、收集待加热丝杆(9)参数：丝杆长度H、丝杆外径D1和内径D2；
S2、收集并确定加热工艺参数：允许加热到最高温度Ta、允许加热到最低温度Tb、允许径向最大温差Tc＝Ta-Tb、允许周向最大温差Td、实测中的最高温度Tmax、实测中的最低温度Tmin、实测最大温差ΔT＝Tmax-Tmin；
S3、确定电源参数：根据丝杆(9)参数和加热工艺参数选择电源功率P、频率K、再根据电源参数和丝杆(9)参数初步确定高频感应线圈(8-4)与丝杆(9)之间的距离d1、中频感应线圈(8-3)与丝杆(9)之间的距离d2；
S4、用导线连接好中高频感应线圈的正负极，再通入不同频率的电流，使中高频感应线圈相间隔分布，开始加热待加热丝杆(9)；
S5、通入电源后马上启动第二电机(12)，并调节第二电机(12)转速V2，使丝杆(9)绕自身轴线转动进行双频感应加热，同时热成像仪(18)通过感应线圈缝隙实时监测丝杆(9)温度；
S6、判断ΔT>Td，成立则转入步骤S7，否则转入步骤S8；
S7、提高第二电机(12)的转速V2，使得V2＝V2+V2/5后转入步骤S6；
S8、判断Tmax<Tb，成立则转入步骤S9，否则转入步骤S10；
S9、增大感应线圈(8)功率P，使得P＝P+P/10后转入步骤S12；
S10、判断Tmax>Ta，成立则转入步骤S11，否则转入步骤S12；
S11、增大高频线圈与丝杆(9)之间的距离d1，使得d1＝d1+d1/3后转入步骤S12；
S12、判断Tmin<Tb，成立则转入步骤S13，否则转入步骤S14；
S13、减小中频线圈与丝杆(9)之间的距离d2，使得d2＝d2-d2/3后转入步骤S14；
S14、判断ΔT<Tc，成立则转入步骤S15，否则转入步骤S8；
S15、启动第一电机(13)，并调节第一电机(13)转速V1，使丝杆(9)沿着自身轴线方向运动，使得丝杆(9)整个表面进行加热；
S16、判断Tmax>Ta，成立则转入步骤S17，否则转入步骤S18；
S17、减小第一电机(13)的转速V1，使得V1＝V1-V1/5后转入步骤S20；
S18、判断Tmin<Tb，成立则转入步骤S20，否则转入步骤S19；
S19、提高第一电机(13)的转速V1，使得V1＝V1+V1/5后转入步骤S20；
S20、判断ΔT<Tc，成立则转入步骤S21，否则转入步骤S16；
S21、保持第一电机(13)转速V1和第二电机(12)转速V2不变，直到丝杆(9)整个表面完成加热时，加热结束。
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