專利名稱：數控等離子弧熱處理機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及金屬表面熱處理技術領域。
要求進行強化熱處理的機械零件中，大部分只需要表面或局部作強化處理。采用整體處理的做法，不但造成浪費面且還有可能引起不必要的開裂和變形。采用激光或高頻裝置對金屬表面局部熱處理，主要的缺點是這些裝置結構復雜、造價昂貴，因此它們的應用都受到很大限制。中國專利申請號為90216263.2和90216366.3分別公開了等離子弧表面強化發生裝置和與其組合的等離子弧金屬表面強化掃描裝置，這套裝置克服了激光束和電子束處理裝置結構復雜、造價昂貴的缺點。但是專利申請號為90216263.2中等離子弧電源只能產生非轉移弧，熱效率較低。而專利申請號為90216366.3中，只能作X.Y方向的運動。
本實用新型的目的在于克服背景技術的不足之處而提供一種既具有激光處理機或者高頻處理機的功能和特點，又設備結構簡單、造價大幅度下降并能獨立完成對包括軸類、套筒類、平面、直線、曲線、凸輪及凸輪軸、階梯軸、螺紋等各類型機械零件的表面強化處理的整個工藝過程的數控等離子弧熱處理機。
本發明的目的是通過如下措施來達到的一種數控等離子弧熱處理機，它包括等離子弧發生電源、等離子弧加熱槍，其特征在于集被處理工件及加熱槍的裝夾、運動裝置，等離子弧發生電源，等離子弧加熱槍和CNC控制系統為一整體；用來提供被處理工件及加熱槍的裝夾與運動裝置是由步進電機(7)、減速器(8)和主軸夾頭(10)構成的主軸頭，步進電機(6)、減速器(9)、縱拖傳動絲桿(11)和縱拖板(19)構成的縱向傳動執行機構，步進電機(12)、減速器(13)、橫向傳動絲桿(17)、橫拖板(18)構成的橫向傳動執行機構以及在橫拖板(18)上設置由步進電機(14)、減速器(16)、等離子弧加熱槍夾頭(15)構成的等離子弧加熱槍擺角驅動裝置所組成；等離子弧發生電源主電路包含有非轉移弧電路(23)及轉移弧電路(24)，以應用聯合弧為主的具有非轉移弧和聯合弧可供選擇的電路，電源電路的輸入、輸出端均設有高頻濾波(22)及隔離電路裝置(28)；等離子弧加熱槍的噴嘴(40)或(49)均為收斂型結構，噴嘴孔長h/噴嘴孔徑φ＝2～4，h＝4～6毫米、φ＝2～2.5毫米；根據不同的熱處理對象，等離子弧加熱槍可分為(1)60A間冷式加熱槍，(2)160A直冷式加熱槍，(3)60A內孔加熱間冷式加熱槍。160A直冷式加熱槍頭部設有一圈10～20個孔徑φ為0.5～1毫米的保護氣孔；等離子弧加熱槍中的對環(38)或(43)均設有螺旋氣槽(37或50)；CNC系統采用模塊設計，包括輸入模塊，平面、曲線插補模塊，螺紋插補模塊，凸輪插補模塊，手動操作模塊。
本實用新型與背景技術相比有如下優點1、本實用新型所設計的電源電路產生聯合弧為主的非轉移弧和聯合弧可供選擇，并以應用聯合弧加熱為主，其熱效率比背景技術所采用的單純非轉移弧熱效率可提高4～5倍以上，因而可明顯節約能源及降低設備造價。
2、供被處理工件及等離子弧加熱槍的裝夾及運動的裝置，具有四座標運動，即主軸正、反時針轉動；縱拖板左右移動、橫拖板前后移動，速度分45檔；等離子弧加熱槍±360°擺角。這四個運動可單獨或同時進行，可微機控制或手動。因面，加熱槍等離子弧焰能對任何外形的工件保持等距離及垂直方向的加熱。該裝置運動功能完善，能獨立地完成各種機械零件，即軸類、套筒類、平面、外圓、內孔、直線、曲線、螺紋、凸輪軸、階梯軸的表面強化熱處理過程所需的各種運動。
3、收劍型結構噴嘴孔長h/噴嘴孔經φ比值比背景技術中的比值大，從而獲得提高弧焰的剛性、能量密度及弧柱長度，從面有利于熱處理工藝過程的實現。
4、本產品的傳動全部采用剛性傳動，工作可靠、壽命長。
5、根據熱處理工藝要求的特點，特設計三種等高子弧加熱槍。適用于中、小、薄件處理，可用60A間冷式等離子弧加熱槍；槍頭形狀細的60A間冷式內孔加熱槍適用于內孔＞φ50mm的工件熱處理；適用于大尺寸，要求硬化層較深的工件可用160A直冷式加熱輪。
6、本實用新型設計的等離子弧加熱槍中的對中環設有螺旋氣槽，工作氣體呈旋轉狀態噴出，因此弧焰穩定性好。
7、本實用新型設計的大功率等離子弧加熱槍頭部設有10～20個孔徑為0.5～φ1毫米的保護氣孔，以保護被處理的部位，防止氧化。
8、CNC系統采用模塊設計，包括輸入模塊、平面、曲線插補模塊，螺紋插補模塊，凸輪插補模塊、手動操作模塊等，能單獨或同時控制實現工件控工藝過程所需的運動，重復性和穩定性好、操作方便。配有數顯系統，程序輸入過程和開機執行過程均可從數顯上監視其正確性和觀察其執行情況，以利工作人員對工作過程的了解。
9、設有高頻濾波及隔高電路裝置，可免起弧及滅弧時本電源所產生的高頻信號及電源沖擊對周圍微機電路的干擾。
10、與激光處理機和高頻處理機相比，設備結構筒單、體積小、造價大幅度下降。
圖1為數控等離子弧熱處理機的整機結構示意圖；圖2為數控等離子弧熱處理機機床傳動示意圖；圖3為等離子弧發生電源電路原理方框圖；圖4為等離子弧電源電路圖；圖5為60A間冷式等離子弧加熱槍結構示意圖；圖6為160A直冷式等離子弧加熱槍結構示意圖。
下面結合實施側和附圖對本實用新型作進一步的描述。
如
圖1所示，數控等離子弧熱處理機是集等離子弧發生電源1、加熱槍4、被處理工件和加熱輪的裝夾與運動裝置及CNC控制系統3為一體的熱處理機，2為工作氣源、5為熱處理機床床身。
如圖2所示，供被處理工件及等離子弧加熱槍的裝夾及運動的機械裝置，它主要由步進電機7、減速器8和主軸夾頭10構成的主軸頭，步進電機6、減速器9、縱拖傳動絲桿11和縱拖板19構成的縱向傳動執行機構，步進電機12、減速裝置13、橫向傳動絲桿17、橫拖板18構成的橫向傳動執行機構以及在橫拖板18上設置步進電機14、減速器16、等離子弧加熱槍夾頭15構成的等離子弧加熱槍擺角驅動裝置所組成，20為手動開關、21為尾座。
根據圖4的等離子弧電源電路圖，它如圖3所示23為非轉移弧電路、24為轉移弧電路、25為等離子弧加熱槍、26為工件、29為控制電路、27為高頻發生器、22和28分別為高頻濾波及隔離電路裝置、30為輸出電流控制電路、31為冷卻控制電路、32為保護氣體控制電路、33為工作氣體控制電路。
等離子弧發生電源是由主電路和輔助控制電路組成，主電路包括具有Y接或Δ接的電源變壓器、磁飽和電抗器、硅整流電路、高頻發生裝置，非轉移弧電路及轉移弧電路。輔助控制電路包括輸出電流調節及控制電路、冷卻風扇及冷卻水控制電路、工作氣體及保護氣體冷卻電路。
在圖4中用虛線框I表示的是在非轉移弧的電路23的基礎上，加設的轉移弧電路24構成以聯合弧加熱為主的非轉移和聯合弧可供選擇的電路。電源可用Y接或Δ接。電源電路的輸入、輸出端均設有高頻濾波及隔離電路裝置22、28即圖4中用虛線框II表示。
等離子弧發生電源空載電壓較高，選擇用氬氣或氮氣均可做工作氣源。
如圖5所示，圖中40為60A間冷式等離子弧加熱槍的噴嘴、39為電極、38為對中環、36為冷卻水進口管、34為冷卻水出口管、35為工作氣管、37為螺旋氣槽。
如圖6所示，圖中49為噴咀、48為保護氣罩、47為保護氣孔、46為保護氣進氣口管、45為冷卻水進口管、41為冷卻水出口管、44為工作氣管、43為帶螺旋槽的對中環、42為電極。
根據熱處理工藝要求的需要，本實用新型特設計了適用于不同工藝要求的三類等離子弧加熱槍，下面分述各加熱槍的結構特點和適用范圍。
1、圖5所示，在傳統的焊接槍的基礎上，針對熱處理操作工藝要求作改進后得的60A間冷式加熱槍，該槍噴咀采用收斂型結構，噴嘴孔長h/噴咀孔徑φ＝2～4，h＝4～6毫米，φ＝2～2.5毫米。該槍的對中環38的外表面上設有6條螺旋氣槽，這種加熱槍適用于中、小工件或薄工件的熱處理。
2、60A間冷式內孔加熱槍，其結構同圖5所示的60A間冷式加熱槍，為更適合處理內孔的需要，其外形整體尺寸比60A間冷式加熱槍略小，其手柄加長。
3、160A直冷式加熱槍，除具有上述兩種加熱槍的基本特征外，160A直冷式加熱槍的頭部還設有一圈φ0.5～φ1毫米的保護氣孔10個～20個。
當數控等離子弧熱處理機開始工作前，首先根據被加工工件處理過程的工藝要求，在等離子發生電源控制屏上選定加熱電流及工作氣體流量，然后編寫程序、輸入CNC控制系統的計算機，當該裝置啟動之后，由CNC控制系統控制各獨立步進電機6、7、12、14，分別驅動主軸、縱拖板、橫拖板、加熱槍擺角運動裝置，它們的運動速度范圍如下主軸正、反轉轉速范圍是1轉/分～45轉/分，速度分為45檔可調；加熱槍夾頭15可任意作±360°回轉，速度分45檔可調；縱向移動速度橫向移動速度都為80毫米/分～2000毫米/分，分45檔可調。縱拖板和橫拖板與導軌間均采用滾珠導軌摩擦付。各獨立步進電機分別帶動主軸、縱向傳動執行機構、橫向傳動執行機構和加熱槍擺角驅動裝置作出相互配合的運動，在各執行機構的多個部件運動的配合下，加熱槍噴嘴40或49能走出任意軌跡，完成軸類、套筒類、直線、曲線、凸輪及凸輪軸、階梯軸、螺紋等工作的熱處理，當工件進行安裝調整時，各部件的運動也能用手動操作作點動或連續運動。
權利要求1.一種數控等離子弧熱處理機，它包括等離子弧發生電源、等離子弧加熱槍，其特征在于A、集被處理工件及加熱槍的裝夾、運動裝置，等離子弧發生電源，等離子弧加熱槍和CNC控制系統為一整體；B、用來提供被處理工件及加熱槍的裝夾與運動裝置是由步進電機(7)、減速器(8)和主軸夾頭(10)構成的主軸頭，步進電機(6)、減速器(9)、縱拖傳動絲桿(11)和縱拖板(19)構成的縱向傳動執行機構，步進電機(12)、減速器(13)、橫向傳動絲桿(17)、橫拖板(18)構成的橫向傳動執行機構以及在橫拖板(18)上設置由步進電機(14)、減速器(16)、等離子弧加熱槍夾頭(15)構成的等離子弧加熱槍擺角驅動裝置所組成；C、等高子弧發生電源主電路包合有非轉移弧電路(23)及轉移弧電路(24)，以應用聯合弧為主的具有非轉移弧和聯合弧可供選擇的電路，電源電路的輸入、輸出端均設有高頻濾波(22)及隔離電路裝置(28)；D、等離子弧加熱槍的噴嘴(40)或(49)均為收斂型結構，噴嘴孔長h/噴嘴孔徑φ＝2～4，h＝4～6毫米，φ＝2～2.5毫米；E、等離子弧加熱槍中的對中環(38)或(43)均設有螺旋氣槽(37或50)；F、CNC系統采用模塊設計，包括輸入模塊、平面、曲線插補模塊、螺紋插補模塊，凸輪插補模塊，手動操作模塊。
2.根據權利要求1所述的數控等離子弧熱處理機，其特征在于根據不同的熱處理對象，等離子弧加熱槍可分為(1)60A間冷式加熱槍，(2)160A直冷式加熱槍，(3)60A內孔加熱間冷式加熱槍。
3.根據權利要求1、2所述的數控等離子弧熱處理機，其特征在于160A直冷式加熱槍頭部設有一圈10～20個孔徑φ為0.5～1毫米的保護氣孔。
4.根據權利要求1所述的數控等離子弧熱處理機，其特征在于等離子弧加熱槍設有6條螺旋氣槽。
5.根據權利要求書1所述的數控等離子熱處理機，其特征在于供被處理工件及等離子弧加熱槍的裝夾及運動的裝置，具有四座標運動，即主軸正、反時針轉動，等離子弧加熱槍±36℃擺角，縱拖板左右移動，橫拖板前后移動。
專利摘要本實用新型是一臺集被處理工件及加熱槍的裝夾、運動裝置，等離子弧發生電源，等離子弧加熱槍和CNC控制系統為一整體的數控等離子弧熱處理機。它具有激光處理機或者高頻處理機的功能和特點。電源以聯合弧加熱為主；噴嘴是收斂型結構，噴嘴孔長h/噴嘴孔徑φ=2～4；根據不同的熱處理對象有三支加熱槍可供選用。設備結構簡單，造價大幅度下降，并能獨立完成對包括軸類、套筒類、平面、直線、曲線、凸輪及凸輪軸、階梯軸、螺紋等各類型機械零件的表面強化處理的整個工藝過程。
文檔編號C21D1/06GK2233409SQ9521592
公開日1996年8月21日 申請日期1995年6月24日 優先權日1995年6月24日
發明者宗權英, 李春雄, 沈式希 申請人:華南理工大學