材料成型裝備控制技術(shù)1

1、材料成型裝備控制技術(shù)材料成型裝備控制技術(shù) 凌宏江、熊曉紅、吳豐順 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 材料學(xué)院13級(jí)研究生用電子教案 2013-2014學(xué)年第一學(xué)期 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 2 目目 錄錄 第一章第一章 緒論緒論 第二章第二章 材料成型過程中的檢測(cè)技術(shù)材料成型過程中的檢測(cè)技術(shù) 第三章第三章 材料成型裝備常用的執(zhí)行裝置材料成型裝備常用的執(zhí)行裝置 第四章第四章 PID控制技術(shù)控制技術(shù) 第五章第五章 材料成型裝備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)材料成型裝備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 第六章第六章 材料成型過程中的電加熱裝置及控制材料成型過程中的電加熱裝置及控制 第七章第七章 材料連接成型設(shè)備及控制技術(shù)材料連接成型設(shè)

2、備及控制技術(shù) 第八章第八章 鑄造成型裝備及控制技術(shù)鑄造成型裝備及控制技術(shù) 第九章第九章 塑性成型設(shè)備及控制技術(shù)塑性成型設(shè)備及控制技術(shù) 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 3 第一章第一章 緒論緒論 1.1 課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介 1.2 常用的材料成型方法及裝備常用的材料成型方法及裝備 1.3 材料成型裝備控制系統(tǒng)材料成型裝備控制系統(tǒng) 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 4 第一章第一章 緒緒 論論 本課程系統(tǒng)介紹材料成型過程計(jì)算機(jī)控制技 術(shù)基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)方法。闡述了材料成型過程自動(dòng)化 技術(shù)基礎(chǔ)-PID控制、模糊控制和智能控制；微型 計(jì)算機(jī)控制技術(shù), 微計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、 D/A、A/D接口技術(shù)和

3、微計(jì)算機(jī)可靠性設(shè)計(jì)及相關(guān) 隔離、抗干擾技術(shù)；材料成型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì)的基本要求和特點(diǎn)及輸入、輸出接口設(shè)計(jì)；材 料成型設(shè)備：焊接設(shè)備、鍛壓設(shè)備、沖壓設(shè)備、 塑壓設(shè)備和鑄造設(shè)備；通過典型應(yīng)用實(shí)例介紹材 料成型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、步驟、注意事 項(xiàng)。 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 5 1.1 課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介 本課程的目的和任務(wù)本課程的目的和任務(wù) 本課程主要以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為基礎(chǔ)， 敘述其在材料成型設(shè)備中的應(yīng)用，主要突 出計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在材料成型設(shè)備中應(yīng)用 ， 通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能在材料成型加 工過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面打下一定 基礎(chǔ)，為其將來進(jìn)入社會(huì)創(chuàng)造良好條件。 材料學(xué)院 材料

4、成型裝備及控制技 術(shù) 6 學(xué)習(xí)本課程的意義學(xué)習(xí)本課程的意義 裝備是整個(gè)工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，工業(yè) 的自動(dòng)化與信息化又是現(xiàn)代工業(yè)與國民經(jīng) 濟(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 材料成形裝備及其自動(dòng)化的進(jìn)展是材料成 形工業(yè)技術(shù)發(fā)展的主要標(biāo)志之一。 針對(duì)性的控制技術(shù)是關(guān)鍵。 課程內(nèi)容，覆蓋了原鑄造、鍛壓、焊接、 熱處理等老專業(yè)的成型裝備及控制技術(shù) 本課程講述材料成形裝備的結(jié)構(gòu)和原理， 以講述裝備的控制與自動(dòng)化為重點(diǎn)。 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 7 本課程的具體教學(xué)任務(wù)本課程的具體教學(xué)任務(wù) 了解材料成形工藝過程的特點(diǎn)。熟悉材料成形裝 備或成形過程中的參數(shù)檢測(cè)技術(shù)，以及材料加工 中常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 了解PID控

5、制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法以及在材料成形裝 備控制中的應(yīng)用。 熟悉和掌握材料成形裝備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成 及系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)。 通過材料成形裝備控制實(shí)例的學(xué)習(xí)，全面了解和 掌握材料成形過程參數(shù)的檢測(cè)技術(shù)，材料成形裝 備的控制技術(shù)。 能初步設(shè)計(jì)材料成形裝備的控制環(huán)節(jié)。 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 8 本課程使用的教材本課程使用的教材 材料成型裝備控制技術(shù)材料成型裝備控制技術(shù) 吳豐順等編著吳豐順等編著 機(jī)械工業(yè)出版社出版機(jī)械工業(yè)出版社出版 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 9 本課程如何考試本課程如何考試 考試方法：開卷考試。 考試內(nèi)容：按教材、課件內(nèi)容出考試題。 考試題型：填空、選擇、簡(jiǎn)答、綜合。

6、分?jǐn)?shù)安排：公共基礎(chǔ)，25分 專題部分，鑄造25分 塑性25分 焊接25分 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 10 1.2 材料成型方法及裝備簡(jiǎn)介材料成型方法及裝備簡(jiǎn)介 一、材料成型方法一、材料成型方法 通常分為冷加工冷加工、熱加工熱加工兩大類 冷加工冷加工：切削加工，如：車削、刨削、磨 削、銑削、鏜削等 熱加工熱加工：鑄造（或液態(tài)成形）、鍛壓（擠 壓）、焊接、粉末冶金等 本課程主要介紹熱加工成型本課程主要介紹熱加工成型 鑄造：液態(tài)成型 焊接：連接成型 鍛壓：擠壓或塑性成型 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 11 二、材料成型裝備二、材料成型裝備 1. 鑄造成型裝備鑄造成型裝備 1）重力作用

7、下的鑄造裝備）重力作用下的鑄造裝備 砂型鑄造砂型鑄造：各類造型機(jī)、制芯機(jī)、鑄型輸送機(jī)及輔助裝備、落砂機(jī)、 砂處理設(shè)備、清理設(shè)備等 金屬型鑄造金屬型鑄造：金屬型鑄造機(jī) 熔模鑄造熔模鑄造：壓蠟機(jī)、結(jié)殼生產(chǎn)線、焙燒爐等 消失模鑄造消失模鑄造：模樣成形機(jī)、振動(dòng)緊實(shí)臺(tái)、熱干砂冷卻系統(tǒng)、真空系 統(tǒng)等 2）外力作用下的鑄造）外力作用下的鑄造 離心鑄造離心鑄造：離心鑄造機(jī) 壓力鑄造壓力鑄造：冷室壓鑄機(jī)、熱室壓鑄機(jī) 低壓鑄造低壓鑄造：低壓鑄造機(jī) 擠壓鑄造擠壓鑄造：擠壓鑄造機(jī) 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 12 典型鑄造車間配置及流程典型鑄造車間配置及流程 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 13 鑄造裝備

8、-熔化工部 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 14 鑄造裝備-澆注工部 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 15 鑄造裝備-造型工部 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 16 鑄造裝備-制芯工部 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 17 鑄造裝備-砂處理工部 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 18 鑄造裝備-清理工部(落砂) 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 19 鑄造裝備-清理工部(清理) 單鉤式拋丸清理機(jī) 滾筒式拋丸清理機(jī) 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 20 2. 塑性成型設(shè)備各類擠壓機(jī) 焊錫絲擠壓機(jī) 萬噸雙動(dòng)鋁擠壓機(jī) 雙螺桿擠壓機(jī) 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 21 塑

9、性成型設(shè)備各類軋機(jī) 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 22 塑性成型設(shè)備沖壓 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 23 塑性成型設(shè)備鍛造 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 24 3. 焊接設(shè)備 埋弧焊設(shè)備 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 25 1.3 材料成型裝備控制系統(tǒng)材料成型裝備控制系統(tǒng) 本節(jié)簡(jiǎn)要介紹材料成型裝備控制系統(tǒng)的 組成和分類，材料成型裝備計(jì)算機(jī)控制系 統(tǒng)、自動(dòng)生產(chǎn)線中的材料加工裝備及控制 技術(shù)和材料成型裝備的先進(jìn)控制技術(shù)。 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 26 一、材料成型裝備控制系統(tǒng)的分類一、材料成型裝備控制系統(tǒng)的分類 控制系統(tǒng)的分類方法控制系統(tǒng)的分類方法: : 按

10、控制方式分按控制方式分：開環(huán)控制，閉環(huán)控制，復(fù)合控制 等； 按元件類型分按元件類型分：機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)、 液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、生物系統(tǒng)等； 按系統(tǒng)功用分按系統(tǒng)功用分：溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、 位置控制系統(tǒng)等； 按系統(tǒng)性能分按系統(tǒng)性能分：線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)、連續(xù)系 統(tǒng)和離散系統(tǒng)、定常系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)。 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 27 線性定常系統(tǒng)根據(jù)參考輸入量又可分為線性定常系統(tǒng)根據(jù)參考輸入量又可分為 恒值控制系統(tǒng)恒值控制系統(tǒng)：參考輸入是個(gè)常值，要求被控量 也等于常值,外部擾動(dòng)存在時(shí)，被控量偏離參考量 而出現(xiàn)偏差，控制系統(tǒng)根據(jù)偏差產(chǎn)生控制作用， 以克服擾動(dòng)的影響，使被控

11、量恢復(fù)到給定的常值。 程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)：參考輸入是按預(yù)定規(guī)律隨時(shí)間變 化的函數(shù)，要求被控量迅速、準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)。 隨動(dòng)系統(tǒng)隨動(dòng)系統(tǒng)：參考輸入是預(yù)先未知的隨時(shí)間任意變 化的函數(shù)，要求被控量以盡可能小的誤差跟隨參 考輸入量變化。 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 28 材料加工裝備中涉及的控制技術(shù)： 溫度控制 濕度控制 速度控制 電壓控制 電流控制 功率控制 液位控制 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 29 二、材料加工裝備控制系統(tǒng)的組成二、材料加工裝備控制系統(tǒng)的組成 任何一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)都是由被控對(duì)象和控制 器有機(jī)構(gòu)成的。自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)被控對(duì)象和具體 用途不同，可以有各種不同的結(jié)構(gòu)形式

12、。典型自動(dòng) 控制系統(tǒng)的功能框圖如圖所示： 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 30 被控對(duì)象被控對(duì)象 一般是指生產(chǎn)過程中需要進(jìn)行控制的工作機(jī)械、 裝置或生產(chǎn)過程。描述被控對(duì)象工作狀態(tài)的、需要進(jìn)行控 制的物理量就是被控量。 給定元件給定元件 主要用于產(chǎn)生給定信號(hào)或控制輸入信號(hào)。 測(cè)量元件測(cè)量元件 用于檢測(cè)被控量或輸出量，產(chǎn)生反饋信號(hào)。如果 測(cè)出的物理量屬于非電量，一般要轉(zhuǎn)換成電量以便處理。 比較元件比較元件 用來比較輸入信號(hào)和反饋信號(hào)之間的偏差。它可 以是一個(gè)差動(dòng)電路，也可以是一個(gè)物理元件（如電橋電路、 差動(dòng)放大器、自整角機(jī)等）。 放大元件放大元件 用來放大偏差信號(hào)的幅值和功率，使之能夠推動(dòng) 執(zhí)

13、行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)被控對(duì)象。例如功率放大器、電液伺服閥等。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 用于直接對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行操作，調(diào)節(jié)被控量。如 閥門，伺服電動(dòng)機(jī)等。 校正元件校正元件 用來改善或提高系統(tǒng)的性能。常用串聯(lián)或反饋的 方式連接在系統(tǒng)中。例如RC網(wǎng)絡(luò)、測(cè)速發(fā)電機(jī)等。 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 31 三、材料成型裝備的計(jì)算機(jī)控制 1 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成 2 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類 3 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 32 1 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 33 目目 錄錄 第一章第一章 緒論緒論 第二章第二章 材料成型過程中的檢測(cè)技術(shù)材

14、料成型過程中的檢測(cè)技術(shù) 第三章第三章 材料成型裝備常用的執(zhí)行裝置材料成型裝備常用的執(zhí)行裝置 第四章第四章 PID控制技術(shù)控制技術(shù) 第五章第五章 材料成型裝備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)材料成型裝備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 第六章第六章 材料成型過程中的電加熱裝置及控制材料成型過程中的電加熱裝置及控制 第七章第七章 材料連接成型設(shè)備及控制技術(shù)材料連接成型設(shè)備及控制技術(shù) 第八章第八章 鑄造成型裝備及控制技術(shù)鑄造成型裝備及控制技術(shù) 第九章第九章 塑性成型設(shè)備及控制技術(shù)塑性成型設(shè)備及控制技術(shù) 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 34 第一章第一章 緒論緒論 1.1 課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介 1.2 介紹常用的材料成型方法及裝備介紹常

15、用的材料成型方法及裝備 1.3 材料成型裝備控制系統(tǒng)材料成型裝備控制系統(tǒng) 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 35 第二章第二章 材料成型過程中的檢測(cè)技術(shù)材料成型過程中的檢測(cè)技術(shù) 2.1 概述概述 2.2 材料成型過程的參數(shù)測(cè)量方法材料成型過程的參數(shù)測(cè)量方法 介紹材料成型過程中的過程參數(shù)及常用參介紹材料成型過程中的過程參數(shù)及常用參 數(shù)的測(cè)量方法數(shù)的測(cè)量方法 2.3 材料成型過程常用傳感器材料成型過程常用傳感器 介紹材料成型過程常用傳感器的測(cè)量原理介紹材料成型過程常用傳感器的測(cè)量原理 和傳感器的選用和傳感器的選用 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 36 第三章第三章 材料成型裝備常用的執(zhí)行裝置

16、材料成型裝備常用的執(zhí)行裝置 3.1 概述概述 3.2 電動(dòng)裝置電動(dòng)裝置 3.3 氣動(dòng)裝置氣動(dòng)裝置 3.4 液壓裝置液壓裝置 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 37 第四章第四章 PID控制技術(shù)控制技術(shù) 4.1 PID控制的來源控制的來源 4.2 PID調(diào)節(jié)器的控制作用調(diào)節(jié)器的控制作用 4.3 數(shù)字?jǐn)?shù)字 PID算法及改進(jìn)算法及改進(jìn) 4.4 PID算法中參數(shù)的整定算法中參數(shù)的整定 4.5 智能智能PID控制策略控制策略 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 38 第五章第五章 材料成型裝備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)材料成型裝備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 5.1 微機(jī)控制系統(tǒng)中的信號(hào)采樣微機(jī)控制系統(tǒng)中的信號(hào)采樣 5.2 微

17、機(jī)控制系統(tǒng)中的輸入輸出接口技術(shù)微機(jī)控制系統(tǒng)中的輸入輸出接口技術(shù) 5.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾措施計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾措施 5.4 材料成型裝備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)材料成型裝備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 39 第六章第六章 成型過程中的電加熱裝置及控制成型過程中的電加熱裝置及控制 6.1 材料成型過程中的電加熱技術(shù)材料成型過程中的電加熱技術(shù) 材料成型過程中的電加熱熱源的特點(diǎn)、電材料成型過程中的電加熱熱源的特點(diǎn)、電 阻加熱裝置中的功率電子開關(guān)與計(jì)算機(jī)控阻加熱裝置中的功率電子開關(guān)與計(jì)算機(jī)控 制制 6.2 典型電加熱裝置的實(shí)例分析典型電加熱裝置的實(shí)例分析 電阻加熱爐中的溫

18、度計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分析、電阻加熱爐中的溫度計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分析、 電阻點(diǎn)焊計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分析、中高頻感電阻點(diǎn)焊計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分析、中高頻感 應(yīng)加熱系統(tǒng)及控制技術(shù)應(yīng)加熱系統(tǒng)及控制技術(shù) 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 40 第七章第七章 材料連接成型設(shè)備及控制技術(shù)材料連接成型設(shè)備及控制技術(shù) 7.1 弧焊電源控制技術(shù)簡(jiǎn)介弧焊電源控制技術(shù)簡(jiǎn)介 7.2 “弧焊電源弧焊電源電弧電弧”系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制技系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制技 術(shù)術(shù) 7.3 焊縫跟蹤系統(tǒng)焊縫跟蹤系統(tǒng) 7.4 生產(chǎn)線中的連接成型裝備及控制生產(chǎn)線中的連接成型裝備及控制 材料學(xué)院 材料成型裝備及控制技 術(shù) 41 第八章第八章 鑄造成型裝備及控制技術(shù)鑄造成型裝備及控制技術(shù) 8.1 沖天爐熔化控制技術(shù)案例沖天爐熔化控制技術(shù)案例 8.2 DISA造型線控制技術(shù)造型線控制技術(shù) 8.3 濕型砂砂處理控制技術(shù)濕型砂砂處理控制技術(shù) 8.4 壓鑄機(jī)控制技術(shù)壓鑄機(jī)控制技術(shù) 8.