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(guò)程中的檢測(cè)技術(shù)材料成型過(guò)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(guò)程中的電加熱裝置及控制材料成型過(guò)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

2、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(guò)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(guò)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

3、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(guò)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) 51.1 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(guò)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能在材料成型加工過(guò)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(lái)進(jìn)入社會(huì)創(chuàng)造良好條件。 材料學(xué)院 材料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(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，

4、工業(yè)的自動(dòng)化與信息化又是現(xiàn)代工業(yè)與國(guó)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(guò)程的特點(diǎn)。熟悉材料成形裝備或成形過(guò)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(guò)材料成

5、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(guò)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?？荚囶}型：填空、選擇、簡(jiǎn)答、綜合。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) 101.2 材料成型方法及裝備簡(jiǎn)介材料成型方法及裝

6、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

7、：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-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

8、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) 202. 塑性成型設(shè)備各類擠壓機(jī)焊錫絲擠壓機(jī)萬(wàn)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) 243. 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) 251.3 材料成型裝備控制系統(tǒng)

9、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)

10、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

11、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。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(guò)程中需要進(jìn)行控制的工作機(jī)械、裝置或生產(chǎn)過(guò)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

12、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(lái)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(lái)放大偏差信號(hào)的幅值和功率，使之能夠推動(dòng)執(zhí)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(lái)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

13、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) 321 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(guò)程中的檢測(cè)技術(shù)材料成型過(guò)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(guò)程中的電加熱裝置及控制材料成型過(guò)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

14、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(guò)程中的檢測(cè)技術(shù)材料成型過(guò)程中的檢測(cè)技術(shù)2.1 概述概述 2.2 材料成型過(guò)程的參數(shù)測(cè)量方法材料成型過(guò)程的參數(shù)測(cè)量方法 介紹材料成型過(guò)程中的過(guò)程參數(shù)及常用參介紹材料成型過(guò)程中的過(guò)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(guò)程常用傳感器材料成型過(guò)程常用傳感器 介紹材料成型過(guò)程常用

15、傳感器的測(cè)量原理介紹材料成型過(guò)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(lái)源控制的來(lái)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)

16、 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(guò)程中的電加熱裝置及控制成型過(guò)程中的電加熱裝置及控制6.1 材料成型過(guò)程中的電加熱技術(shù)材料成型過(guò)程中的電加熱技術(shù) 材料成型過(guò)程中的電加熱熱源的特點(diǎn)、電材料成型過(guò)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

17、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) 8.5 低壓鑄