双工位感应淬火机床控制系统设计论文本科学位论文.docx

双工位感应淬火机床控制系统设计论文本科学位论文.docx

《双工位感应淬火机床控制系统设计论文本科学位论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《双工位感应淬火机床控制系统设计论文本科学位论文.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

双工位感应淬火机床控制系统设计论文本科学位论文

双工位感应淬火机床控制系统设计

摘要

感应热处理具有高效、节能、便于自动化等许多优点。

50年代初,我国在机床制造及纺织机械工厂开始使用高频及中频电源进行感应淬火。

30多年来,我国感应热处理技术有了很大发展,表现在感应热处理零件能够成倍增长,电源设备、淬火机床、感应器不断改进,新工艺陆续用于生产,感应热处理技术不断得到提高，但从客观角度来看，我国现有的热处理技术仍需改进。

淬火机床的工作原理，利用PLC实现了感应淬火机床专用数控系统，并给出了系统的硬件设计，同时详细介绍了位置控制、手动操作、脉冲补偿、参数设置与显示、急停等程序设计。

感应热处理是一种清洁热处理方式，符合现代化工业生产的3S标准（Sure—可靠、Safe—安全、Saving—节约），在国内外机械热处理行业已广泛应用。

由于感应热处理机床控制系统设计与金属热处理工艺密切相关，传统的数控系统很难满足需要，因此本设计主要是基于台达PLC的双工位感应淬火机床控制系统。

本文以感应加热原理为基础，主要介绍热处理的发展及基本原理，硬件的选型与设计，及HMI触摸屏的程序设计。

关键词：

感应热处理，感应淬火机床，台达PLC，HMI触摸屏，程序设计

Dualinductionhardeningmachinecontrolsystemdesign

ABSTRACT

Inductionheattreatmenthastheadvantagesofhighefficiency,energysaving,convenientautomationandmanyotheradvantages.Atthebeginningof50time,ourcountryisinmachinemanufactureandtextilemachineryfactorystartedusinghighfrequencyandmediumfrequencypowersupplyforinductionhardening.Overthepast30years,ourcountryofinductionheattreatmenttechnologyhasachievedgreatdevelopment,performanceininductionheattreatmentpartscangrowexponentially,powerequipment,quenchingmachineforcontinuousimprovement,sensors,usedintheproductionofnewtechnologyinsuccession,ofinductionheattreatmenttechnologyisconstantlyimproving,butfromobjectiveangleofview,China'sexistingheattreatmenttechniqueneedsimprovement.Quenchingmachineprincipleofwork,theuseofPLCrealizetheinductionquenchingmachinetoolNCsystem,andgivesthehardwaredesignofthesystem,andintroducesindetailthepositioncontrol,manualoperation,pulsecompensation,parametersettinganddisplay,stopandprogramdesign.

Inductionheattreatmentisacleanwayofheattreatment,withthemodernizationofindustrialproductionof3Sstandard（Sure-,Safe-,Savingreliablesafety-save）,Asaresultofinductionheattreatmentmachinecontrolsystemdesignandmetalheattreatmentprocessiscloselyrelatedto,thetraditionalNCsystemisdifficulttomeettheneed,sothedesignismainlybasedonDeltaPLCdualinductionquenchingmachinetoolcontrolsystem.Basedontheprincipleofinductionheatingasthebasis,mainlyintroducesthedevelopmentandbasicprincipleofheattreatment,theselectionofhardwareanddesign,andHMItouchscreenprogramdesign.

KEYWORDS：

inductionheating,inductionhardeningmachine,DeltaPLC,HMItouchscreen,programmingdesign

目　录

前言

目前我国的热处理生产技术仍很落后，生产设备与世界先进水平有20-30年之差距，专业化热处理厂数目与世界发达国家如美国相比相差35倍，生产效率比美国低26倍，设备利用率仅为30%，电耗却高于美国40%，其电耗平均每吨比日本和欧美要多2-3倍。

且由热处理带来的环境污染问题十分严重，据不完全统计我国热处理业每年约有5000吨淬火油因蒸发或局部燃烧造成CH化合物，CO及烟尘；有约9000吨废淬火油因排放不当而污染水质，为促进我国热处理技术的发展，我们应大力发展先进的热处理新技术、新工艺、新材料、新设备，用高新技术改造传统的热处理技术，实现“优质、高效、节能、降耗、无污染、低成本、专业化生产”，目前来说，我国应大力发展感应热处理，感应热处理是一种清洁、高效、环保、低能耗的热处理方式，是用感应电流使工件局部加热的表面热处理工艺，它体现着今热处理行业的发展趋势。

感应淬火加热装备包含感应淬火机床，感应加热电源，淬火变压器，感应线圈，水循环系统等。

本设计主要是基于台达PLC的双工位感应淬火机床控制系统。

本文主要介绍热处理的发展及基本原理，硬件的选型与设计，和基于HMI触摸屏的程序设计。

第1章概述

1.1感应加热基本原理

用感应电流使工件局部加热的表面热处理工艺。

这种热处理工艺常用于表面淬火，也可用于局部退火或回火，有时也用于整体淬火和回火。

基本原理:

将工件放入感应器（线圈）内,当感应器中通入一定频率的交变电流时，周围即产生交变磁场［１］。

交变磁场的电磁感应作用使工件内产生封闭的感应电流──涡流。

感应电流在工件截面上的分布很不均匀，工件表层电流密度很高，向内逐渐减小（沿工件截面的电流密度分布）,这种现象成为集肤效应［２］。

工件表层高密度电流的电能转变为热能，使表层的温度升高，即实现表面加热。

电流频率越高，工件表层与内部的电流密度差则越大，加热层越薄。

在加热层温度超过钢的临界点温度后迅速冷却，即可实现表面淬火。

1.2感应加热分类

根据交变电流的频率高低，可将感应加热热处理分为超高频、高频、超音频、中频、工频5类。

（1）超高频感应加热热处理所用的电流频率高达27兆赫，加热层极薄，仅约0.15毫米，可用于圆盘锯等形状复杂工件的薄层表面淬火［３］。

（2）高频感应加热热处理所用的电流频率通常为200～300千赫,加热层深度为0.5～2毫米,可用于齿轮、汽缸套、凸轮、轴等零件的表面淬火。

（3）超音频感应加热热处理所用的电流频率一般为20～30千赫，用超音频感应电流对小模数齿轮加热，加热层大致沿齿廓分布，粹火后使用性能较好。

（4）中频感应加热热处理所用的电流频率一般为2.5～10千赫,加热层深度为2～8毫米，多用于大模数齿轮、直径较大的轴类和冷轧辊等工件的表面淬火［４］。

（5）工频感应加热热处理所用的电流频率为50～60赫，加热层深度为10～15毫米，可用于大型工件的表面淬火。

1.3感应加热特点与应用

1.3.1特点

感应加热的主要优点是：

（1）不必整体加热，工件变形小，电能消耗小。

（2）无公害。

（3）加热速度快，工件表面氧化脱碳较轻。

（4）表面淬硬层可根据需要进行调整，易于控制。

（5）加热设备可以安装在机械加工生产线上，易于实现机械化和自动化，便于管理，且可减少运输，节约人力，提高生产效率。

（6）淬硬层马氏体组织［５］较细，硬度、强度、韧性都较高。

（7）表面淬火后工件表层有较大压缩内应力，工件抗疲劳破断能力较高。

同时，感应热处理也存在一些不足：

与火焰淬火相比，感应加热设备较复杂，而且适应性较差，对某些形状复杂的工件难以保证质量。

1.3.2应用

感应加热广泛用于齿轮、轴、曲轴、凸轮、轧辊等工件的表面淬火，目的是提高这些工件的耐磨性和抗疲劳破断的能力。

汽车后半轴采用感应加热表面淬火，设计载荷下的疲劳循环次数比用调质处理约提高10倍。

感应加热表面淬火的工件材料一般为中碳钢。

为适应某些工件的特殊需要，已研制出供感应加热表面淬火专用的低淬透性钢。

高碳钢和铸铁制造的工件也可采用感应加热表面淬火。

淬冷介质常用水或高分子聚合物水溶液。

1.4淬火机床控制系统

构成淬火机床数控系统的方案可以有多种：

以单片机为核心构成简易数控系统、以PC-Based计算机（如一体化工作站）为核心构成数控系统以及以PLC为核心构成的数控系统等。

以PC-Based计算机为核心构成的数控系统更容易实现智能化和网络化；以PLC为核心构成的数控系统可靠性更高，若与HMI配合，也可以实现智能化和网络化。

因此，本数控系统由HMI和PLC构成。

（1）可编程序控制器（PLC）

PLC英文全称ProgrammableLogicController，中文全称为可编程逻辑控制器。

定义是：

一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统［７］。

它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

可编程控制器是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自动控制装置，是作为传统继电器的替换产品而出现的。

随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程控制器更多地具有了计算机的功能，不仅能实现逻辑控制，还具有了数据处理、通信、网络等功能。

由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制的各个领域，大大推进了机电一体化的进程。

（2）数控系统（CNC）

CNC英文全称Computernumericalcontrol，中文全称为计算机数字控制系统。

它是采用微处理器或专用微机的数控系统，由事先存放在存储器里系统程序（软件）来实现控制逻辑，实现部分或全部数控功能，并通过接口与外围设备进行联接，称为计算机数控，简称CNC系统。

数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的渗透形成的机电一体化产品；其技术范围覆盖很多领域：

①机械制造技术；②信息处理、加工、传输技术；③自动控制技