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linghj@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)期目錄第一章緒論第二章材料成型過程中的檢測(cè)技術(shù)第三章

材料成型裝備常用的執(zhí)行裝置第四章PID控制技術(shù)第五章

材料成型裝備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第六章材料成型過程中的電加熱裝置及控制第七章材料連接成型設(shè)備及控制技術(shù)第八章鑄造成型裝備及控制技術(shù)第九章塑性成型設(shè)備及控制技術(shù)2材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)第一章緒論1.1課程簡介1.2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)3材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)第一章

緒

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)。4材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)1.1課程簡介

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。5材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)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)。6材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)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)。7材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)本課程使用的教材材料成型裝備控制技術(shù) 吳豐順等編著 機(jī)械工業(yè)出版社出版8材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)本課程如何考試考試方法：開卷考試?？荚噧?nèi)容：按教材、課件內(nèi)容出考試題?？荚囶}型：填空、選擇、簡答、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9材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)1.2材料成型方法及裝備簡介一、材料成型方法通常分為冷加工、熱加工兩大類冷加工：切削加工，如：車削、刨削、磨削、銑削、鏜削等熱加工：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鑄造：液態(tài)成型焊接：連接成型鍛壓：擠壓或塑性成型10材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)二、材料成型裝備1.鑄造成型裝備1）重力作用下的鑄造裝備

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：金屬型鑄造機(jī)

熔模鑄造：壓蠟機(jī)、結(jié)殼生產(chǎn)線、焙燒爐等

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

離心鑄造：離心鑄造機(jī)

壓力鑄造：冷室壓鑄機(jī)、熱室壓鑄機(jī)

低壓鑄造：低壓鑄造機(jī)

擠壓鑄造：擠壓鑄造機(jī)11材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)典型鑄造車間配置及流程12材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)鑄造裝備-熔化工部13材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)鑄造裝備-澆注工部14材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)鑄造裝備-造型工部15材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)鑄造裝備-制芯工部16材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)鑄造裝備-砂處理工部17材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)鑄造裝備-清理工部(落砂)18材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)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)19材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)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)20材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)塑性成型設(shè)備－各類軋機(jī)21材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)塑性成型設(shè)備－沖壓22材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)塑性成型設(shè)備－鍛造23材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)3.焊接設(shè)備－埋弧焊設(shè)備24材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)1.3材料成型裝備控制系統(tǒng) 本節(jié)簡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)。25材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)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:

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：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：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：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)。26材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)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)：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)：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)：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。27材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)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28材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)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：29材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)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）。放大元件用來放大偏差信號(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)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。30材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)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)31材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)1微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成32材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)目錄第一章緒論第二章材料成型過程中的檢測(cè)技術(shù)第三章

材料成型裝備常用的執(zhí)行裝置第四章PID控制技術(shù)第五章

材料成型裝備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第六章材料成型過程中的電加熱裝置及控制第七章材料連接成型設(shè)備及控制技術(shù)第八章鑄造成型裝備及控制技術(shù)第九章塑性成型設(shè)備及控制技術(shù)33材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)第一章緒論1.1課程簡介1.2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)34材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)第二章材料成型過程中的檢測(cè)技術(shù)2.1概述

2.2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)及常用參數(shù)的測(cè)量方法

2.3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)量原理和傳感器的選用35材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)第三章

材料成型裝備常用的執(zhí)行裝置3.1概述

3.2電動(dòng)裝置

3.3氣動(dòng)裝置

3.4液壓裝置36材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)第四章PID控制技術(shù)4.1PID控制的來源

4.2PID調(diào)節(jié)器的控制作用

4.3數(shù)字PID算法及改進(jìn)

4.4PID算法中參數(shù)的整定

4.5智能PID控制策略37材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)第五章

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5.2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5.4材料成型裝備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)38材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)第六章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)控制

6.2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)39材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)第七章材料連接成型設(shè)備及控制技術(shù)7.1弧焊電源控制技術(shù)簡介

7.2“弧焊電源—電弧”系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

7.3焊縫跟蹤系統(tǒng)

7.4生產(chǎn)線中的連接成型裝備及控制40材料學(xué)院材料成型裝備及控制技術(shù)第八章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

8.2DISA造型線控制技術(shù)