本实用新型涉及一种试样加工设备，特别是一种端淬自动化装置。
背景技术：
技术中心采用老式电阻炉，需人工使用铁钳夹持放入端淬试验机中，不仅占用人工操作且安全隐患高；试样从电阻炉取出至放置端淬试验机过程中暴露在空气中的时间不可控，影响实验结果及效率；端淬试验机在淬火过程中，容易产生氧化铁等杂质，人工清理费时且易出现循环水泵堵塞等现象。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出了一种保障人工安全、提高试验效率及精确度的端淬自动化装置。
本实用新型要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，一种端淬自动化装置，其特点是：设有框架底座，框架底座内设有放置各工序设备的内腔，在内腔的进料侧设有上料平台，在框架底座的下料侧设有收料车，在内腔中由进料侧至出料侧依次排布有加热炉a、端淬试验机、加热炉b和激光打标机，在内腔的正上方设有一根横梁，横梁固定装在框架底座上，横梁上设有由进料侧延伸至下料侧的轨道，轨道上装有用于抓取试样的机械手抓取机构，机械手抓取机构包括可沿轨道移动的滑动体，滑动体上设有竖向导轨，竖向导轨上装有可沿竖向导轨上下移动的移动架，移动架上装有机械臂，在机械臂的下端装有夹取试样的耐高温夹指。
本实用新型要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，在移动架上设有与横梁上的轨道平行设置有横向导轨，横向导轨上装有用于安装机械臂的安装座，横向导轨与安装座之间设有位置锁定装置。
本实用新型要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述机械臂上设有竖向的调节槽，安装座上设有调节槽配合的锁定孔，锁定孔内装有用于与调节槽配合销紧的锁定销。
本实用新型要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述机械臂并排设有四个，相邻机械臂之间的距离通过安装座在横向导轨上的移动进行调节。
本实用新型与现有技术相比，能够实现试样自动装炉、到达设定温度并保温设定时间后，炉门自动打开，机械手自动抓取试样，并且能够在5s内把试样平稳的放置在端淬试验台架，实现自动淬火，淬火时间到后从淬火工位自动移出，满足《gb/t225-2006》钢淬透性的末端实验方法标准。保障人工安全、提高试验效率及精确度。进行石钢技术中心热处理、淬火过程的自动化改造，可实现无人化生产及信息化数据采集。
附图说明
图1为本实用新型的结构简图；
图2为桁架式机械手部分放在图；
图3为(a)喷水装置；
图4为末端淬火试验测定钢的淬透性曲线。
具体实施方式
以下进一步描述本发明的具体技术方案，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，而不构成对其权利的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
一种端淬自动化装置，设有框架底座9，框架底座内设有放置各工序设备的内腔，在内腔的进料侧设有上料平台1，在框架底座的下料侧设有收料车8，在内腔中由进料侧至出料侧依次排布有加热炉a3、端淬试验机5、加热炉b6和激光打标机7，在内腔的正上方设有一根横梁2，横梁固定装在框架底座上，横梁上设有由进料侧延伸至下料侧的轨道，轨道上装有用于抓取试样的机械手抓取机构4，机械手抓取机构包括可沿轨道移动的滑动体11，滑动体上设有竖向导轨10，竖向导轨上装有可沿竖向导轨上下移动的移动架13，移动架上装有机械臂14，在机械臂的下端装有夹取试样的耐高温夹指15。
在移动架上设有与横梁上的轨道平行设置有横向导轨，横向导轨上装有用于安装机械臂的安装座11，横向导轨与安装座11之间设有位置锁定装置。位置锁定装置可以是通过相互配合的锁定螺孔和锁定螺钉，通过拧紧锁定螺钉，锁定螺钉的端部抵住横向导轨实现锁定。
所述机械臂上设有竖向的调节槽，安装座上设有调节槽配合的锁定孔，锁定孔内装有用于与调节槽配合销紧的锁定销。
所述机械臂并排设有四个，相邻机械臂之间的距离通过安装座在横向导轨上的移动进行调节。
具体实施
步骤一：
自动化加热淬火装置处于待机状态，人工码放试样，四根试样一排为一组，默认序号为1，2，3...10排。
步骤二：
在西门子plc控制面板上输入以下参数：加热炉a加热温度k1，加热炉a加热时间t1；加热炉b加热温度k2，加热炉b加热时间t2；淬火时间t3。(系统自动载入预设时间：加热炉上料时间t4，端淬机上料时间t5及端淬机下料时间t6)。
步骤三：(加热炉a加热步骤)
自动化加热淬火装置启动运行，光栅感应上料平台上的试样后，优先判定加热炉a是否有试样在进行加热。如加热炉a为空负载，程序判定加热炉a加热时间t1减去加热炉b剩余时间是否大于t3+t5+t6(淬火自动化流程总时间)，如不满足，机械手需等待t1减去加热炉b剩余时间(即不影响加热炉b自动淬火时间)。因此时加热炉b为空运行，则机械手抓取试样移至加热炉a上方，炉门自动打开，放入试样后炉门自动关闭，冲入保护气氛并加热到设定温度后按程序设定加热时间及温度进行加热。机械手回到零点位置进行重新程序判定。
步骤四：(加热炉b加热步骤)
光栅感应上料平台上的试样后，仍优先判定加热炉a是否有试样在进行加热，此时加热炉a为运行状态，则判定加热炉b是否为空负载，如b炉为运行状态，则机械手保持零点位置等待指令。假设此时b炉为空负载，则程序判定t2减去加热炉a剩余时间是否大于t3+t5+t6(即不影响加热炉a自动淬火时间)，如不是，则机械手等待t2减去加热炉a剩余时间，此设定既不干涉a炉内试样自动淬火，也不会因等待a炉试样自动淬火过程而导致b炉内试样加热时间过长。假设此时t2减去加热炉a剩余时间满足条件，则机械手抓取试样移至加热炉b上方，炉门自动打开，放入试样后炉门自动关闭，充入保护气氛并加热到设定温度后按程序设定加热时间及温度进行加热。机械手回到零点位置进行重新程序判定。
步骤五：(加热炉a组试样自动淬火步骤)
加热炉a加热完成后，程序判定端淬试验机是否为空负载。如此时为运行状态，则机械手直接等待端淬试验机下料完成信号发出后，机械手移至加热炉a上方，炉门自动打开，机械手同时抓取4根试样，5秒内将试样准确放入端淬试验机试样架，试样触发光电感应信号，自动开启喷水功能，淬火喷水时间按t3执行。如端淬机此时为空负载状态，则需程序判定加热炉b剩余加热时间是否大于t5+t6(即超出b组试样淬火时间+淬火下料时间)，如不满足，加热炉b延迟加热时间t5+t6-b炉剩余时间，避免加热炉a内试样淬火过程中，加热炉b内试样进行冲突淬火；如满足，则同上进行自动淬火流程。
淬火结束后，机械手将加热炉a内试样激光打标后放置冷却水槽，加热炉a内试样自动化加热淬火过程结束。
步骤六：(加热炉b组试样自动淬火步骤)
加热炉b加热完成后，程序判定端淬试验机是否为空负载。如此时为运行状态，则机械手直接等待端淬试验机下料完成信号发出后，机械手移至加热炉b上方，炉门自动打开，机械手同时抓取4根试样，5秒内将试样准确放入端淬试验机试样架，试样触发光电感应信号，自动开启喷水功能，淬火喷水时间按t3执行。如端淬机此时为空负载状态，则需程序判定加热炉a剩余加热时间是否大于t5+t6(即超出a组试样淬火时间+淬火下料时间)，如不满足，加热炉a延迟加热时间t5+t6-a炉剩余时间，避免加热炉b内试样淬火过程中，加热炉a内试样进行冲突淬火；如满足，则同上进行自动淬火流程。淬火结束后，机械手讲加热炉b内试样激光打标后放置冷却水槽，加热炉b内试样自动化加热淬火过程结束。
步骤七：
该自动化装置可根据西门子plc面板设定程序随时停止、更改程序及继续，总程序结束后该自动化加热淬火装置工作完成。
主要设备及其参数
端淬试验机
设备介绍
该装置要求完全满足gb/t225-2006、iso642、astma225标准中的规定。适用于优质碳素结构钢、合金结构钢、弹簧钢、部分工具钢、轴承钢、低淬透性结构钢等钢种的端面淬火实验。该试验机与普通端淬试验机相比，在以下几个方面进行了改进，使之更具有高科技含量，稳定性，先进性远超前代产品，同时也更方便用户的使用。
采用了先进的数字化淬火时间控制系统，可自动完成启动-自动喷水-淬火-结束报警的整个工作循环，并且整机设计布局合理，结构紧凑，易于使用，便于保养和维修。
设备特点
a)试验机由机架、高低位水箱、水泵自动循环水系统、喷水时间设定系统、喷嘴自动快速开启感应装置、水温调节控制系统等部分组成。其中高低位水箱中高位水箱位于低位水箱上方，淬火过程中氧化铁等杂物从水槽流入高位水箱沉淀，高位水箱溢出后的水进入低位水箱，既方便集中清理沉淀物，又避免了水泵堵塞等问题。
b)试验机整机(水箱喷嘴支架机架面板搁板)采用j304不锈钢焊接，水箱、喷管等与水长期接触部件采用1cr18ni9ti不锈钢制作。
c)喷水自动启动功能的控制采用高灵敏度光电传感器，可选用自动控制与手动控制两种方法。
d)时间控制采用高精度数显时间继电器，具有时声报警功能，到达设定时间后水流自动停止。每个喷嘴的喷水时间可分别设定，还可分别调整喷水高度，保持水柱的平稳。
e)水温控制采用压缩机制冷及加热棒制热。水温控制精度高，水箱装有温度控制仪表。
f)所使用安装的各种计量仪表均方便拆卸，以便送检。
g)安装进水管和出水管，进水管管径6分管，进水管底部有水平长度60mm横管，以保证无紊流的水流。
h)试样支架内孔与喷嘴的对中稳定，并且容易调节(配备有专用中心高度调节器)
端淬试验机技术参数
表1端淬试验机主要技术数据
端淬试验机的测定方法
淬透性是钢的一种重要的热处理工艺性能，是钢的一种属性，是指钢淬火时形成马氏体的能力。一般以圆柱形试样的淬透层深度或沿截面硬度分布曲线表示。
将末端淬火标准试样埋放在放在箱式电炉中加热以防止加热过程中氧化脱碳；加热温度为860±10℃，保温40min，出炉立即放在末端淬火试验设备上喷水冷却至室温。出炉到喷水之间时间间隔越短越好，防止在空气中氧化。
冷却到室温后沿试样长度方向磨出一狭长平面。在磨出的狭长平面上自水冷端开始，每隔1.5mm距离测取一次洛氏硬度值hrc，当硬度值下降趋于平稳时，可每隔3mm测量一次。
一般测量至离水冷端30-40mm即可，并做好记录。
将硬度值随距水冷端距离的变化，绘出一条曲线即淬透性曲线。如图3所示：
末端淬火试验测定钢的淬透性曲线
(a)喷水装置；(b)淬透性曲线举例；(c)钢的半马氏体区(50％m)硬度与钢的含碳量的关系。
每个工位配备一对光电传感器，每个工位可单独工作。极速感应，自动模式下放下试样即自动启动淬火工作，避免样品在空气中时间过长影响淬火测试结果。
气氛保护电阻炉：
电阻炉特征描述
a)采用双层壳体结构，结合热感应技术，配有风冷系统；电炉外壳采用优质冷板及型钢制作，采用高温喷塑工艺，使炉体表面温度快速降温。
b)电炉采用特定制作工艺具有进气和出气装置，可以直接通入堕性气体如：氮气，氩气等其他气体，使高温加热工件不会产生氧化脱碳，
c)采用抽屉式开门方式，试样工装固定于炉门，炉门开启试样随之退出加热炉，提高机械手抓取效率。
d)抽屉式开门方式采用进口带抱闸气动系统，保证气氛保护过程中密闭性。
e)炉膛材料采用高纯氧化铝多晶纤维，保温耐用，高效节能50％。
f)加热元件采用优质高电阻优质合金丝0cr27al7mo2，最高发热温度可达1200℃。
g)炉门根据自动化设计改为抽屉式，具有开门断电、超温报警、漏电保护等安全操作。
h)智能化温控系统，具有pid调节、自整定功能，并可编制30段升降温程序；控温精度±1℃。
i)炉内配置485转换接口，可实现与计算机连接。通过专用的计算机控制系统来完成单台或多台电炉的远程控制、实时追踪、历史记录、输出报表等功能。
j)具有开启断电，超温报警，漏电保护等安全操作功能。
电阻炉技术参数
自动上下料
采用整体设计结构；上料平台，加热炉及端淬试验机根据设计位置固定在框架底座中，采用地脚螺栓固定，方便拆卸、搬运及保证精度。框架整体四面采用花纹板防护，保证人员安全的同时防止设备因外在因素而导致影响。
充分考虑技术中心四根试样一组加工的技术要求，采用四根试样一排的套筒试样工装，为机械手抓取提供精确稳定的位置。系统通过光栅监测点自动识别是否有试验待加工，调用相应试验程序。收料车设计在整体外侧，设计可蓄水降温，底座带有滚轮方便人工推送试样。
桁架式机械手
桁架式机械手采用四悬臂式设计，可进行四个试样的同时抓取，同时可以任意改变四组试样的距离，方便调节机械手臂取放加热炉及端淬机内试样。桁架式机械手选用进口hiwin丝杠、导轨及滑块进行传动，伺服系统采用松下或西门子，保障长期无故障精准驱动。机械手卡爪驱动选用进口festo或chelic。竖直机械臂前端采用耐高温隔热材料进行全防护，仅夹指与高温直接接触，夹取试样夹指采用耐高温合金材料，应对长期高温工作环境。
西门子plc总控面板
西门子plc总控面板界面清晰，人机交互触摸屏操作便捷，包含以下几个功能：
a)数据输入：如加热时间，加热温度，淬火时间等数据的写入，可编写多组数据，系统自动判定取最优节拍进行所有试样的试验。
b)状态显示：即时显示加热炉及端淬试验机的工作状态，如已开始时间，加热炉温度，端淬机水温，剩余结束时间等。
c)信息记录：可随时调取已加工试样的历史记录，如加热温度，加热时长，加工试样总数等。
d)安全总控：可在plc面板上控制上料传输带，加热炉及端淬试样机开启关闭等，单设备有故障可随时急停和继续运行，自带故障断电保护功能。
1.一种端淬自动化装置，其特征在于：设有框架底座，框架底座内设有放置各工序设备的内腔，在内腔的进料侧设有上料平台，在框架底座的下料侧设有收料车，在内腔中由进料侧至出料侧依次排布有加热炉a、端淬试验机、加热炉b和激光打标机，在内腔的正上方设有一根横梁，横梁固定装在框架底座上，横梁上设有由进料侧延伸至下料侧的轨道，轨道上装有用于抓取试样的机械手抓取机构，机械手抓取机构包括可沿轨道移动的滑动体，滑动体上设有竖向导轨，竖向导轨上装有可沿竖向导轨上下移动的移动架，移动架上装有机械臂，在机械臂的下端装有夹取试样的耐高温夹指。
2.根据权利要求1所述的端淬自动化装置，其特征在于：在移动架上设有与横梁上的轨道平行设置有横向导轨，横向导轨上装有用于安装机械臂的安装座，横向导轨与安装座之间设有位置锁定装置。
3.根据权利要求1所述的端淬自动化装置，其特征在于：所述机械臂上设有竖向的调节槽，安装座上设有调节槽配合的锁定孔，锁定孔内装有用于与调节槽配合销紧的锁定销。
4.根据权利要求1所述的端淬自动化装置，其特征在于：所述机械臂并排设有四个，相邻机械臂之间的距离通过安装座在横向导轨上的移动进行调节。
技术总结