CN114705045B - 一种自带进出料机构的多层箱式加热炉及进出料方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种自带进出料机构的多层箱式加热炉及进出料方法，包括炉体，所述炉体的内部由上到下堆叠设有若干个的炉层，所述炉体的前端设有若干个炉门，每个所述炉层均对应一个所述炉门，所述炉体的相对两外侧均设有Z向双导轨，两侧所述Z向双导轨均连接有X向导向机构，两个所述X向导向机构共同连接进出料机构；本发明大大改善了进出料机构的受力状态，提高了进出料叉的运动平稳性，因此可以缩短从加热到上模的输送节拍，提高生产效率。

Description

一种自带进出料机构的多层箱式加热炉及进出料方法
技术领域
本发明涉及到加热炉设备领域，具体涉及到一种自带进出料机构的多层箱式加热炉及进出料方法。
背景技术
箱式加热炉是一种加热设备，主要供金属机件或合金钢机件在空气中进行热处理加工之用。箱式加热炉结构主要由炉体、炉衬、炉底板、加热元件、炉门及控制系统等部分组成。多层箱式加热炉是箱式加热炉其中一种结构，传统的多层箱式炉的进出料，是由独立的生产线输送机构搭载进出炉料叉运动，配合炉门的开启和关闭，实现冷坯料进入炉膛或者把加热的坯料取出。这种机械手是单轴垂直升降并联合料叉水平运动和旋转运动，实现进出料的自动操作运动。
上述种进出料机械手的存在如下缺点：(1)在水平移动的单轴升降机构上部有可以饶垂直轴回转的机构，在回转机构上有可以水平移动的料叉机构；对于这样的单轴支撑的悬臂机构来说，进出料运动的垂直升降+料叉的水平回转并做料叉机构的水平运动时，料叉的稳定性差，振动控制难度大，其运动快速性和平稳性难以满足不断提高的生产节拍的需要；(2)实现三个独立的机构联合运动的机构复杂，且运动惯量大，加剧了联合运动的振动控制难度，造成进出料不够平稳。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种自带进出料机构的多层箱式加热炉及进出料方法，解决了现有技术中炉前进出料设备占用空间大、进出料慢且运动平稳差的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种自带进出料机构的多层箱式加热炉，包括炉体，所述炉体的内部由上到下堆叠设有若干个的炉层，所述炉体的一侧设有若干个炉门，每个所述炉层均对应一个所述炉门，所述炉体的相对两外侧均设有Z向双导轨，两侧所述Z向双导轨均连接有一个X向导向机构，两个所述X向导向机构共同连接进出料机构；
所述进出料机构包括两个水平机械臂、料叉杆排组以及料叉座，所述水平机械臂的一端连接所述X向导向机构，所述料叉座的两端分别与两个水平机械臂连接，所述料叉杆排组连接料叉座，每层所述炉层均设有炉内料架排组，所述料叉杆排组与所述炉内料架排组错开设置，所述炉内料架排组的厚度大于所述料叉杆排组的厚度。
上述方案的优点在于，在炉体的两侧安装Z向双导轨，形成双臂运动系统，支持进料机构水平运动和垂直运动，使进料机构受力稳定，提升了进出料过程的稳定性。
通过在每个炉层内设置炉内料架排组，料叉杆排组运送料片至任意一个炉层后，下降一定高度，将料片放置于炉内料架排组上，便于料叉杆排组退出，从而便于其它炉层的自动进料，出料即为反向操作过程，相对于现有技术，以较为轻型简单的结构实现了多个炉层自动进出料的功能，避免了手动操作进料的不安全，或者在每炉层设置单独的进料机构的繁琐操作。
由于炉温是可以按升温、保温和降温流程控制的，炉门开闭和进出炉料叉也是伺服控制的，加热炉实现了完全数字化控制。
进一步的，两侧所述Z向双导轨均连接有炉门导向机构，所述炉门导向机构位于所述X向导向机构的上侧，两个所述炉门导向机构均连接一个炉门机械手，两个所述炉门机械手共同连接所述炉门；两侧所述炉门导向机构均包括炉门导向滑块和X向导轨二，所述炉门导向滑块连接伺服电机三，所述X向导轨二连接伺服电机四，所述X向导轨二连接所述炉门机械手，所述炉门机械手与所述炉门可拆卸连接；两个所述炉门导向滑块同步升降运动，两个所述X向导轨二分别驱动两个所述炉门机械手同步X向运动。
上述方案中，通过炉门导向机构驱动炉门机械手，打开相应层数的炉门，与进料机构形成自动配合，提升自动化程度；并且炉门导向机构与X向导向机构共用同一套Z向双导轨，便于使用同一套数控系统进行控制，简化了结构，简化了编程逻辑，避免了运动干涉，保证了进出料的稳定性和可靠性，提升了系统的安全性。
当左右炉门机械手抓取炉门动作执行后，炉门与左右炉门机械手组成刚性的物理连接，通过采用交叉耦合控制方法，这种控制策略的主要特点是将两台电机的位置或速度信号进行比较，差值作为附加的反馈信号分别加到每一台电机上,这种方法能够反馈出左右炉门机械手驱动电机系统中任何一台电机的负载变化，从而提高同步控制精度；本领域技术人员可以想到的是，在本申请其它需要同步控制地方均可采用上述相同的方法，在此不一一详述。
进一步的，两侧所述Z向双导轨均包括Z向前导轨和Z向后导轨，所述X向导向机构包括前导向滑块和后导向滑块以及X向导轨一；所述前导向滑块与所述Z向前导轨连接，所述后导向滑块与所述Z向后导轨连接，所述前导向滑块安装有伺服电机一，所述后导向滑块安装有伺服电机一，所述前导向滑块和所述后导向滑块共同连接所述X向导轨一，所述X向导轨一连接伺服电机二，所述X向导轨一连接所述水平机械臂；所述前导向滑块和所述后导向滑块同步升降运动，两个所述X向导轨一分别驱动两个所述水平机械臂同步X向运动。
具体的，Z向双导轨、X向导轨一和X向导轨二均为滚珠丝杆直线运动系统，通过总控系统，并针对运动轴的不同特性，采用不同的控制策略，控制各轴的位移、速度和加速度，以综合控制指标优先为目标，实现加热炉的进出料运动控制。
上述方案中，由于进出炉料机构料叉不做水平回转运动，简化了运动机构，降低了运动部件的质量，有利于提高进出料系统的快捷性，也有利于生产线整体输送系统的快速性的提高。
同时，由于运动平稳性提高后，热坯料出炉后可以精确的保持在料叉上位置，然后由生产线的模具上下料机械手拾取，并做直线快速运动，把坯料精确输送定位到模具上。
进一步的，若干个所述炉层为等层间距设置，所述Z向前导轨和所述Z向后导轨的上下端均延伸出所述炉体的上下端面；从而方便使X向导向机构将料片运送到每个炉层中。
进一步的，所述炉体内设有料叉停放仓，所述料叉停放仓位于所述最底层炉层的下方非加热区。优点在于，使料叉杆排组在不用时可以放置于料叉停放仓内，使进出料系统与加热炉一体，释放了传统进出料机械手所占据的炉前空间，有利于加热炉出料后的坯料输送机械的优化布置。
本发明还提供一种多层箱式加热炉的进出料方法，包括以下步骤：
S1：加热炉处于待机状态时，料叉杆排组位于料叉停放仓内，炉门导向机构沿着Z向双导轨向上位移至第n层炉层的位置，炉门机械手夹持炉门的左右炉门栓，做X向运动将第n层的炉门打开，然后做Z向向上运动，将第n层的炉门定位停置于第(n+1)层的炉层的外侧并保持一定的距离。
S2：X向导向机构驱动进出料机构沿X向向箱外运动，使料叉杆排组驶离料叉停放仓，然后X向导向机构沿着Z向双导轨向上位移至第n层炉层的位置，带动进出料机构位移至第n层炉层的外侧位置，外部放料机构将料片放置于料叉杆排组上，使料叉杆排组插入到第n层炉层内，料叉杆排组上与炉内料架排组错开重合；
S3：X向导向机构沿着Z向双导轨向下位移一段预设距离，使原本位于料叉杆排组上的料片置于炉内料架排组上；
S4：X向导向机构驱动进出料机构沿X向做出箱运动，准备接收下一个进出料任务操作，或者X向导向机构沿着Z向双导轨向下位移至料叉停放仓外侧位置，驱动进出料机构X向做进仓运动，使料叉杆排组插入到料叉停放仓内待用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、在炉体的两侧安装Z向双导轨，形成双臂运动系统，支持进料机构水平运动和垂直运动，使进料机构受力稳定，提升了进出料过程的稳定性；
2、通过炉门导向机构驱动炉门机械手，打开相应层数的炉门，与进料机构形成自动配合，提升自动化程度；并且炉门导向机构与X向导向机构共用同一套Z向双导轨，便于使用同一套数控系统进行控制，简化了结构，简化了编程逻辑，避免了运动干涉，保证了进出料的稳定性和可靠性，提升了系统的安全性；
3、通过在每个炉层内设置炉内料架排组，料叉杆排组运送料片至任意一个炉层后，下降一定高度，将料片放置于炉内料架排组上，便于料叉杆排组退出，从而便于其它炉层的自动进料，出料即为反向操作过程，相对于现有技术，以较为轻型简单的结构实现了多个炉层自动进出料的功能，避免了手动操作进料的不安全，或者在每炉层设置单独的进料机构的繁琐操作；
4、由于炉温是可以按升温、保温和降温流程控制的，炉门开闭和进出炉料叉也是伺服控制的，加热炉实现了完全数字化控制；
5、炉体内设有料叉停放仓，所述料叉停放仓位于所述最底层炉层的下方，使料叉杆排组在不用时可以放置于料叉停放仓内，使进出料系统与加热炉一体，释放了传统进出料机械手所占据的炉前空间，有利于加热炉出料后的坯料输送机械的优化布置。
附图说明
图1为本发明多层箱式加热炉的立体图；
图2为本发明其中一个炉层的放料前的俯视截面图；
图3为本发明其中一个炉层的放料中的俯视截面图；
图4为本发明其中一个炉层的放料后的俯视截面图；
图中：1、料叉停放仓；4、水平机械臂；5、料叉杆排组；6、料叉座；7、炉门机械手；8、炉门；9、Z向前导轨；10、Z向后导轨；12、炉体；13、炉内料架排组；15、16、伺服电机一；17、前导向滑块；18、伺服电机二；19、后导向滑块；20、炉门导向滑块；21、伺服电机四；22、伺服电机三。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明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。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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“内”、“外”、“水平”、“垂直”等指示的方位或位置关系为均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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1至图4所示，一种自带进出料机构的多层箱式加热炉，包括炉体12，所述炉体12的内部由上到下堆叠设有若干个的炉层，所述炉体的一侧设有若干个炉门8，每个所述炉层均对应一个所述炉门8，所述炉体12的相对两外侧均设有Z向双导轨，两侧所述Z向双导轨均连接有一个X向导向机构，两个所述X向导向机构共同连接进出料机构；
所述进出料机构包括两个水平机械臂4、料叉杆排组5以及料叉座6，所述水平机械臂4的一端连接所述X向导向机构，所述料叉座6的两端分别与两个水平机械臂4连接，所述料叉杆排组5连接料叉座6，每层所述炉层均设有炉内料架排组13，所述料叉杆排组5与所述炉内料架排组13错开设置，所述炉内料架排组13的厚度大于所述料叉杆排组5的厚度。
上述方案的优点在于，在炉体12的两侧安装Z向双导轨，形成双臂运动系统，支持进料机构水平运动和垂直运动，使进料机构受力稳定，提升了进出料过程的稳定性。
通过在每个炉层内设置炉内料架排组13，料叉杆排组5运送料片至任意一个炉层后，下降一定高度，将料片放置于炉内料架排组13上，便于料叉杆排组5退出，从而便于其它炉层的自动进料，出料即为反向操作过程，相对于现有技术，以较为轻型简单的结构实现了多个炉层自动进出料的功能，避免了手动操作进料的不安全，或者在每炉层设置单独的进料机构的繁琐操作。
由于炉温是可以按升温、保温和降温流程控制的，炉门8开闭和进出炉料叉也是伺服控制的，加热炉实现了完全数字化控制。
进一步的，两侧所述Z向双导轨均连接有炉门导向机构，所述炉门导向机构位于所述X向导向机构的上侧，两个所述炉门导向机构均连接一个炉门机械手7，两个所述炉门机械手7共同连接所述炉门8；两侧所述炉门导向机构均包括炉门导向滑块20和X向导轨二，所述炉门导向滑块20连接伺服电机三22，所述X向导轨二连接伺服电机四21，所述X向导轨二连接所述炉门机械手7，所述炉门机械手7与所述炉门8可拆卸连接；两个所述炉门导向滑块20同步升降运动，两个所述X向导轨二分别驱动两个所述炉门机械手7同步X向运动。
上述方案中，通过炉门导向机构驱动炉门机械手7，打开相应层数的炉门8，与进料机构形成自动配合，提升自动化程度；并且炉门导向机构与X向导向机构共用同一套Z向双导轨，便于使用同一套数控系统进行控制，简化了结构，简化了编程逻辑，避免了运动干涉，保证了进出料的稳定性和可靠性，提升了系统的安全性。
当左右炉门机械手7抓取炉门8动作执行后，炉门8与左右炉门机械手7组成刚性的物理连接，通过采用交叉耦合控制方法，这种控制策略的主要特点是将两台电机的位置或速度信号进行比较，差值作为附加的反馈信号分别加到每一台电机上,这种方法能够反馈出左右炉门机械手7驱动电机系统中任何一台电机的负载变化，从而提高同步控制精度；本领域技术人员可以想到的是，在本申请其它需要同步控制地方均可采用上述相同的方法，在此不一一详述。
进一步的，两侧所述Z向双导轨均包括Z向前导轨9和Z向后导轨10，所述X向导向机构包括前导向滑块17和后导向滑块19以及X向导轨一；所述前导向滑块17与所述Z向前导轨9连接，所述后导向滑块19与所述Z向后导轨10连接，所述前导向滑块17安装有伺服电机一15，所述后导向滑块19安装有伺服电机一16，所述前导向滑块17和所述后导向滑块19共同连接所述X向导轨一，所述X向导轨一连接伺服电机二18，所述X向导轨一连接所述水平机械臂4；所述前导向滑块17和所述后导向滑块19同步升降运动，两个所述X向导轨一分别驱动两个所述水平机械臂4同步X向运动。
具体的，Z向双导轨、X向导轨一和X向导轨二均为滚珠丝杆直线运动系统，通过总控系统，并针对运动轴的不同特性，采用不同的控制策略，控制各轴的位移、速度和加速度，以综合控制指标优先为目标，实现加热炉的进出料运动控制。
上述方案中，由于进出炉料机构料叉不做水平回转运动，简化了运动机构，降低了运动部件的质量，有利于提高进出料系统的快捷性，也有利于生产线整体输送系统的快速性的提高。
同时，由于运动平稳性提高后，热坯料出炉后可以精确的保持在料叉上位置，然后由生产线的模具上下料机械手拾取，并做直线快速运动，把坯料精确输送定位到模具上。
进一步的，若干个所述炉层为等层间距设置，所述Z向前导轨9和所述Z向后导轨10的上下端均延伸出所述炉体12的上下端面；从而方便使X向导向机构将料片运送到每个炉层中。
进一步的，所述炉体12内设有料叉停放仓1，所述料叉停放仓1位于所述最底层炉层的下方非加热区。优点在于，使料叉杆排组5在不用时可以放置于料叉停放仓1内，使进出料系统与加热炉一体，释放了传统进出料机械手所占据的炉前空间，有利于加热炉出料后的坯料输送机械的优化布置。
本发明还提供一种多层箱式加热炉的进出料方法，包括以下步骤：
S1：加热炉处于待机状态时，料叉杆排组5位于料叉停放仓1内，炉门导向机构沿着Z向双导轨向上位移至第n层炉层的位置，炉门机械手7夹持炉门8的左右炉门栓，做X向运动将第n层的炉门8打开，然后做Z向向上运动，将第n层的炉门8置于第(n+1)层的炉层的外侧并保持一定的距离。
S2：X向导向机构驱动进出料机构沿X向做出仓运动，使料叉杆排组5脱离料叉停放仓1，然后X向导向机构沿着Z向双导轨向上位移至第n层炉层的位置，带动进出料机构位移至第n层炉层的外侧位置，外部放料机构将料片放置于料叉杆排组5上，使料叉杆排组5插入到第n层炉层内，料叉杆排组5上与炉内料架排组13错开重合；
S3：X向导向机构沿着Z向双导轨向下位移预设距离，使原本位于料叉杆排组5上的料片置于炉内料架排组13上；
S4：X向导向机构驱动进出料机构沿X向做出箱运动，准备接收下一个进出料任务操作，或者X向导向机构沿着Z向双导轨向下位移至料叉停放仓1外侧位置，驱动进出料机构X向向箱内运动，使料叉杆排组5插入到料叉停放仓1内待用。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种自带进出料机构的多层箱式加热炉，包括炉体(12)，所述炉体(12)的内部由上到下堆叠设有若干个的炉层，所述炉体(12)的一侧设有若干个炉门(8)，每个所述炉层均对应一个所述炉门(8)，其特征在于，所述炉体(12)的相对两外侧均设有Z向双导轨，两侧所述Z向双导轨均连接有一个X向导向机构，两个所述X向导向机构共同连接进出料机构；
所述进出料机构包括两个水平机械臂(4)、料叉杆排组(5)以及料叉座(6)，所述水平机械臂(4)的一端连接所述X向导向机构，所述料叉座(6)的两端分别与两个水平机械臂(4)连接，所述料叉杆排组(5)连接料叉座(6)；
所述炉体(12)内设有料叉停放仓(1)，所述料叉停放仓(1)位于最底层所述炉层的下方非加热区。
2.根据权利要求1所述的一种自带进出料机构的多层箱式加热炉，其特征在于，两侧所述Z向双导轨均连接有炉门导向机构，所述炉门导向机构位于所述X向导向机构的上侧，两个所述炉门导向机构均连接一个炉门机械手(7)，两个所述炉门机械手(7)共同连接所述炉门(8)。
3.根据权利要求2所述的一种自带进出料机构的多层箱式加热炉，其特征在于，两侧所述炉门导向机构均包括炉门导向滑块(20)和X向导轨二，所述炉门导向滑块(20)连接伺服电机三(22)，所述X向导轨二连接伺服电机四(21)，所述X向导轨二连接所述炉门机械手(7)，所述炉门机械手(7)与所述炉门可拆卸连接；两个所述炉门导向滑块(20)同步升降运动，两个所述X向导轨二分别驱动两个所述炉门机械手(7)同步X向运动。
4.根据权利要求1所述的一种自带进出料机构的多层箱式加热炉，其特征在于，两侧所述Z向双导轨均包括Z向前导轨(9)和Z向后导轨(10)，两个所述X向导向机构均包括前导向滑块(17)和后导向滑块(19)以及X向导轨一；所述前导向滑块(17)与所述Z向前导轨(9)连接，所述后导向滑块(19)与所述Z向后导轨(10)连接，所述前导向滑块(17)和所述后导向滑块(19)均安装有伺服电机一(15、16)，所述前导向滑块(17)和所述后导向滑块(19)共同连接所述X向导轨一，所述X向导轨一连接伺服电机二(18)，所述X向导轨一连接所述水平机械臂(4)；所述前导向滑块(17)和所述后导向滑块(19)同步升降运动，两个所述X向导轨一分别驱动两个所述水平机械臂(4)同步X向运动。
5.根据权利要求1所述的一种自带进出料机构的多层箱式加热炉，其特征在于，若干个所述炉层为等层间距设置，每层所述炉层均设有炉内料架排组(13)，所述料叉杆排组(5)与所述炉内料架排组(13)错开设置，所述炉内料架排组(13)的排间距厚度大于所述料叉杆排组(5)的圆管直径或矩形管宽度。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种多层箱式加热炉的进出料方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：打开第n层炉门(8)；
S2：进出料机构位移至第n层炉层的外侧位置，外部放料机构将料片放置于料叉杆排组(5)上，然后料叉杆排组(5)插入到第n层炉层内，料叉杆排组(5)上与炉内料架排组(13)错开重合；
S3：X向导向机构沿着Z向双导轨向下位移一段预设距离，使原本位于料叉杆排组(5)上的料片置于炉内料架排组(13)上；
S4：进出料机构退出第n层炉层，准备接收下一个进出料任务操作，或者下行插入到料叉停放仓(1)内待用。
7.根据权利要求6所述的一种多层箱式加热炉的进出料方法，其特征在于，所述的步骤S1具体包括：加热炉处于待机状态时，料叉杆排组(5)位于料叉停放仓(1)内，炉门导向机构沿着Z向双导轨向上位移至第n层炉层的位置，炉门机械手(7)夹持炉门(8)的左右炉门栓，做X向运动将第n层的炉门(8)打开，然后做Z向向上运动，将第n层的炉门(8)定位停置于第(n+1)层的炉层的外侧并保持一定的距离。
8.根据权利要求6所述的一种多层箱式加热炉的进出料方法，其特征在于，所述的步骤S2具体包括：X向导向机构驱动进出料机构沿X向做出仓运动，使料叉杆排组(5)驶离料叉停放仓(1)，然后X向导向机构沿着Z向双导轨向上位移至第n层炉层的位置，带动进出料机构位移至第n层炉层的外侧位置。
9.根据权利要求6所述的一种多层箱式加热炉的进出料方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：X向导向机构驱动进出料机构做出箱运动，然后X向导向机构沿着Z向双导轨向下位移至料叉停放仓(1)外侧位置，驱动进出料机构向箱内运动，使料叉杆排组(5)插入到料叉停放仓(1)内。
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