等离子淬火微机控制系统的研究

论文摘要

等离子弧淬火是一种表面热处理方法,它是利用高能量密度的等离子弧来快速加热材料表面,使其发生相变,形成马氏体淬硬层的过程。工件经过淬火后,可以提高其表面的硬度和耐磨性,使其内部保持良好的韧性。与感应加热淬火,火焰加热淬火,激光表面强化相比,等离子弧淬火工艺具有装置简单,体积小,易操作,成本低,热效率高等特点。在工业发达的国家,对等离子弧表面淬火技术已经进入实际应用阶段。国内对等离子弧表面淬火工艺及设备的研究也取得了一些成果,但实际应用仍然不多。因此,实现等离子弧表面淬火技术的工业化应用,具有显著的经济和社会效益。在等离子弧淬火机床和电源设备已经完成的基础上,本设计主要是设计一个基于单片机的等离子弧淬火控制系统,实现对整个淬火过程的自动控制以及对淬火工作电流进行采集和调节。本设计主要解决以下几个问题:工作电流通过键盘输入,显示器显示系统工作状态和数据。控制系统可以利用键盘结合现有的硬件电流反馈电路调节那些由于各种参数变化引起的工作电流变化,从而保证淬火过程中电流的稳定。在淬火过程中,由于起弧与熄弧的瞬间存在工作电流的突变,产生起弧与停弧部位过热熔化,严重影响工件的表面质量,本设计利用单片机设计合理的控制过程并附加必要的硬件电路使工作电流达到较理想的状态变化。由于该系统工作于强干扰环境下,既有来自开关电源的超过40KHZ的高频干扰,又有淬火电流接近100A的强电流干扰,所以抗干扰性设计是必须要考虑的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 等离子淬火技术与其它淬火技术的比较
• 1.2 国内外同类技术的发展现状
• 1.3 课题的目的和意义
• 1.4 木章小结
• 第二章 等离子弧基本原理及设备构成
• 2.1 等离子弧的基本概念
• 2.2 等离子弧的结构
• 2.2.1 等离子弧的结构分类
• 2.2.2 三种电弧之间的比较
• 2.3 等离子弧的伏安特性
• 2.4 等离子弧淬火的参数变化
• 2.5 电弧的功率密度分布
• 2.6 等离子弧表面淬火设备
• 2.7 本章小结
• 第三章 总体电路设计
• 3.1 总体设计概述
• 3.2 电源电路原理
• 3.3 电流硬件反馈调节原理
• 3.4 控制系统电路原理
• 3.5 本章小结
• 第四章 控制系统硬件设计
• 4.1 设计总体思路
• 4.2 核心控制电路
• 4.2.1 电路设计思路
• 4.2.2 单片机介绍
• 4.3 淬火电流控制信号输出部分
• 4.3.1 设计思路
• 4.3.2 D/A芯片TLC5615介绍
• 4.4 淬火电流信号采集部分
• 4.4.1 淬火电流信号采集部分
• 4.4.2 芯片的选择
• 4.4.3 AD7705介绍
• 4.4.4 AD7705输出数据时序
• 4.5 键盘显示电路
• 4.5.1 设计思路介绍
• 4.5.2 液晶显示模块 YM12864R介绍
• 4.6 I/O口扩展电路
• 4.7 本章小结
• 第五章 控制系统软件设计
• 5.1 编译环境介绍
• 5.2 控制系统主程序
• 5.3 电流调节和设定子程序
• 5.4 进程控制子程序
• 5.5 A/D转换子程序
• 5.6 D/A转换子程序
• 5.7 本章小结
• 第六章 抗干扰设计及实验结果
• 6.1 初期实验结果
• 6.2 抗干扰设计
• 6.2.1 空间电磁干扰
• 6.2.2 电源抗干扰设计
• 6.2.3 模拟通道的抗干扰设计
• 6.2.4 数字通道的抗干扰设计
• 6.3 PCB电路板制作的抗干扰性设计
• 6.3.1 印刷电路板设计时应考虑的主要因素
• 6.3.2 印刷电路板的布线原则
• 6.4 后期实验结果
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 附录A 部分原程序清单
• 在学研究成果
• 致谢
• 附图