毕业设计（论文）-齿条热处理自动控制.doc

太原工业学院毕业设计1.前 言 近年来，随着国外先进设备和技术的引进，国产齿条的制造工艺日趋成熟，产品质量有所提高，但同国外齿条相比还有一定差距，主要表现为热加工处理方面的差距。热加工技术是机械类各专业一门重要的综合性技术学科。对于从事机械工程的技术人员而言，无论是设计、制造等都必然要面对机械零件毛坯成型方法选择，因此掌握热加工处理技术及方法是工程岗位要求的必要知识。而随着科学技术的发展实现齿条热处理过程的自动控制成为人们研究的主要对象。齿条热处理自动控制不仅可以提高加工效率还可以提高加工精度，此外齿条热处理自动控制过程的实现还可以降低劳动力。 机电一体化技术应用于感应加热设备制造是近十几年伴随着市场发展需求而诞生的产物。在传统的感应加热设备制造中, 由于生产规模、生产能力及行业专一性的限制,造成了生产率低，加工精度低的现状。所以研究齿条热处理自动控制还是非常重要的1。金属材料热处理是改善材料性能的重要手段，处理的结果主要取决于热处理过程中的工艺条件，体现为热处理过程的温度-时间曲线，其关键就是热处理过程温度的控制精度。本设计课题是对高频炉没有自动控温设备而设计的。加热炉没有自动控温设备带来的缺点是：控温不准确、工人劳动量大、加热时间掌握不准确、技术参数保密性不好、不便于分散管理。基于这些问题我们利用现代控制技术、传感器技术、单片机等技术设计了一套对加热炉控制实现自动控制的系统-热处理炉自动控制系统。 2.齿条介绍图2.1 齿条实物图齿条是汽车转向系统中最重要的零件之一。齿条的热处理是齿条制造过程中的关键工序。如果热处理的质量出现问题，齿条可能出现断裂，行进的车辆就会完全失去控制方向的能力，这时往往导致恶性的交通事故，甚至车毁人亡。因此，转向器的制造厂家都对齿条的热处理给予高度的重视。齿条热处理技术也随着汽车工业的发展而不断地提高和完善2。3.热处理3.1基本简介 金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。3.2发展历程在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770至前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的13。随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和水的冷却能力。中国出土的西汉(公元前206公元24)中山靖王墓中的宝剑，心部含碳量为0.150.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。 图3.1齿条热处理 1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时，人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。18501880年，对于应用各种气体（诸如氢气、煤气、一氧化碳等）进行保护加热曾有一系列专利。18891890年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。二十世纪以来，金属物理的发展和其他新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发展。一个显著的进展是19011925年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳；30年代出现露点电位差计，使炉内气氛的碳势达到可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法；60年代，热处理技术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮、渗碳工艺 ；激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。33.3基本特点 图3.2 热处理 热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。为使工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。3.4相关术语3.4.1铁素体 碳在-Fe（体心立方结构的铁）中的间隙固溶体（F)。3.4.2奥氏体碳在-Fe（面心立方结构的铁）中的间隙固溶体（A）。3.4.3渗碳体碳和铁形成的稳定化合物（Fe3C）。3.4.4珠光体奥氏体缓冷共析分解的铁素体和渗碳体的片层状机械混合物。3.5常见问题3.5.1过热钢被加热到某一温度，随着奥氏体晶粒的长大，在粗大的奥氏体晶界上，发生了化学成分的明显变化（主要是硫的偏析），在冷却时，或者在原始奥氏体晶界上保持了硫的偏析，或者产生了第二相（主要是硫化物）质点的网状沉积，导致晶界脆化，使钢的拉伸塑性和冲击韧性明显降低的现象。3.5.2欠热淬火温度偏低或冷却不良则会在显微组织中产生超过标准规定的托氏体组织，称为欠热组织，它使硬度下降，耐磨性急剧降低，影响齿条的使用寿命。3.5.3淬火裂纹 齿条在淬火冷却过程中因内应力所形成的裂纹称淬火裂纹。造成这种裂纹的原因有：由于淬火加热温度过高或冷却太急，热应力和金属质量体积变化时的组织应力大于钢材的抗断裂强度；工作表面的原有缺陷（如表面微细裂纹或划痕）或是钢材内部缺陷（如夹渣、严重的非金属夹杂物、白点、缩孔残余等）在淬火时形成应力集中、严重的表面脱碳和碳化物偏析、零件淬火后回火不足或未及时回火、前面工序造成的冷冲应力过大、锻造折叠、深的车削刀痕、油沟尖锐棱角等。总之，造成淬火裂纹的原因可能是上述因素的一种或多种，内应力的存在是形成淬火裂纹的主要原因。淬火裂纹深而细长，断口平直，破断面无氧化色。 3.5.4热处理变形 齿条在热处理时，存在有热应力和组织应力，这种内应力能相互叠加或部分抵消，是复杂多变的，因为它能随着加热温度、加热速度、冷却方式、冷却速度、零件形状和大小的变化而变化，所以热处理变形是难免的。认识和掌握它的变化规律可以使齿条零件的变形置于可控的范围，有利于生产的进行。当然在热处理过程中的机械碰撞也会使零件产生变形，但这种变形是可以用改进操作加以减少和避免的7。3.5.5表面脱碳齿条在热处理过程中，如果是在氧化性介质中加热，表面会发生氧化作用使零件表面碳的质量分数减少，造成表面脱碳。表面脱碳层的深度超过最后加工的留量就会使零件报废。表面脱碳层深度的测定在金相检验中可用金相法和显微硬度法。以表面层显微硬度分布曲线测量法为准，可做仲裁判据。3.6齿条的技术要求 齿条的长度一般在4001000m m之间，直径在2040m m之间。齿条的材料通常使用45钢，也有厂家使用其他特殊的材料，以到达降低材料成本、提高齿条的力学性能的目的。在齿条的齿部，淬火深度的要求一般为齿根以下0.11.5m m之间，在轴部，一般为13m m。齿条表面淬火和回火后硬度要求在5060HRC。另外，感应热处理后，齿条的油孔周围不能有裂纹，齿部也不能有裂纹8。3.7齿条的热处理（齿条的主要成分为c45，属于亚共析钢。）3.7.1定义 齿条的热处理是指把齿条在固态下加热、保温、冷却，通过以改变齿条的内部组织结构从而获得所需性能的热加工工艺。3.7.2热加工工艺分类 根据加热及冷却方式的不同及钢的组织.性能变化特点不同，热处理工艺分类 退火 正火普通热处理 淬火 回火热处理 感应加热表面淬火 表面淬火 火焰加热表面淬火 激光加热表面淬火 表面热处理 渗碳渗氮表面化学热处理 碳氮共渗渗金属等图3.3热处理分类3.7.3 c45在加热时的转变 钢的热处理一般都要先把刚加热获得奥氏体，在以不同的冷却方式冷却。把刚加热获得均匀奥氏体组织的过程称作奥氏体化过程。 亚共析钢奥氏体化过程分为两步：首先是完成珠光体向奥氏体的转变，其次，是先共析相向奥氏体转变。 影响奥氏体化的因素：（1）加热温度的影响：加热温度越高则形成奥氏体的速度越快。（2）加热速度的影响：加热速度越快，珠光体向奥氏体转变的温度越高，转变的温度范围加大。（3）合金元素的影响：合金元素改变钢的临界点。例如Ni，Mn。（4）钢的原始组织的影响：单位体积内片层状的渗碳体比球状渗碳体的表面面积大，因此界面处的形核率就大，有利于奥氏体的形成。3.7.4 c45在冷却时组织转变 加热的目的是为了获得晶粒细小.化学成分均匀的奥氏体，冷却的目的是为了获得一定组织以满足所需的性能要求，因此，冷却往往是钢热处理的关键。等温冷却转变：把加热冷却得到的奥氏体迅速冷却到临界点以下的某一温度，并在此温度停留足够时间使过冷奥氏体完成转变。3.7.5钢的正火与退火 钢的退火和正火的热处理工艺，主要用于铸、锻、焊毛坯的热处理，改善毛坯机械加工性能，去除内应力，并可为最终热处理做组织准备，也可作为性能要求不高的机械零件的最终热处理。（1）退火:把钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓冷的热处理工艺叫退火 完全退火：把钢件加热到Ac3+3050，保温一段时间后随炉缓冷，其目的是获得近似平衡组织，降低钢的硬度，消除内应力，有利于切削加工。完全退火主要用于亚共析钢的铸.锻.焊件或型材毛坯料4。 等温退火：等温退火是将亚共析钢加热到Ac3+3050，保温后快冷到一定温度，并在此温度停留，将相变完成后出炉空冷。等温退火的目的和完全退火一致，但等温退火比完全退火可大大缩短时间，提高生产率，而且在等温条件下完成转变后的组织也比较均匀。 扩散退火：扩散退火是将工件加热到低于固相线的高温，长时间保温，促使原子扩散，随后缓冷，以消除晶内偏析等成分不均匀现象。 去应力退火：去应力退火是将钢件加热到A1温度以下某一温度，保温一定时间，然后随炉缓冷到200-300出炉。其主要目的是消除铸、锻、焊件的内应力，稳定尺寸，减少变形。 球化退火（不完全退火）：球化退火主要用于共析钢和过共析钢，其目的是使钢中的渗碳体球状化。其工艺是把钢加热到稍高于Ac1的温度，充分保温，使二次渗碳体球化，然后随炉缓冷，使钢在Ar1温度温度珠光体中形成的渗碳体球，或略低于Ar1的温度下充分保温，使已形成的珠光体中的渗碳体球化，然后出炉冷却。（2）正火：将钢加热到Ac3+30到50，保温一定时间，然后空冷的热处理工艺称为正火。正火主要作为低中碳钢的预备热处理，以获得合适的硬度，利于切削加工，也为淬火做组织准备。主要应用于以下几个方面： 作为低中碳钢件的预备热处理，以获得合适的硬度，利用切削加工，也为淬火做组织准备。用于过亚共析钢，抑制二次渗碳体以网状形式析出或过多析出，为球化退火获得球状珠光体做组织准备。用于普通结构零件的最终热处理 （3）退火和正火的区别：冷却速度不同，正火冷速较大，得到珠光体组织细，因而强度硬度也较高；正火比退火生产周期短，设备利用率高，工艺操作简单，比较经济。因此，在可能条件下尽量选择正火。（4）正火、退火的使用原则正火后，强度、硬度稍高，对于要求不太高的零件，可以正火作为其最终热处理。若零件尺寸较大或形状较复杂，正火可能会使零件产生较大的内应力和变形，甚至开裂，这种情况下应选用退火。正火比退火生产周期短，设备利用率高，工艺操作简便，比较经济。因此在可能条件小应尽量选用正火。3.7.6钢的淬火和回火钢的淬火 定义：将钢加热到Ac3+30到50，保温一定时间。然后迅速冷却获得马氏体组织的热处理工艺叫做淬火。淬火主要是为了获得马氏体组织，以提高钢的硬度和耐磨性，它是钢的最重要的强化方法 淬火加热：加热的目的是为了获得细小而均匀的奥氏体，以便淬火后获得细小而均匀的马氏体，这样的马氏体性能更好。亚共析钢的加热温度为：Ac3+30到50。 淬火冷却;要保证淬火既能获得马氏体 ，又能减小钢件淬火变形.防止开裂，就必须合理选择淬火冷却介质和淬火冷却方法。常用的淬火介质有水、水溶性盐类和碱类.有机物水溶液、以及油、盐浴空气等。水和油最为常用。 淬火方法： 单液淬火是指将加热的钢件投入到一种淬火介质中连续冷却至室温的操作方法，如通常采用的碳钢件淬水.合金钢件淬油的淬火方法。此法的优点是操作简单，容易实现机械化.自动化，水淬容易发生工件的开裂、变形。而油淬有时会发生淬不硬或硬度不均匀等现象 局部淬火法：只对钢件需要硬化的局部进行淬火。变形相对较小。 此外还有分级淬火法.等温淬火法和双液淬火法。钢的回火 定义：把淬火钢重新加热到A1以下某一温度，保温一定时间，然后冷却的热处理工艺。 回火的目的： 1.降低淬火钢的脆性，减少或消除内应力.防止工件变形和开裂。 2.使不稳定的组织趋于稳定，以稳定工件的形状尺寸精度。 3.获得所要求的组织和性能。淬火钢在回火时，随着回火温度的提高，可依次获得回火马氏体、回火屈氏体、回火索氏体等组织，它们各具性能特征，可以满足不同的使用性能要求。 回火时的组织转变 1.马氏体分解 2.参与奥氏体的分解 3.碳化物的转变 4.渗碳体的聚集长大 回火过程中的性能变化 ：随回火温度升高，强度和硬度下降，塑性和韧性上升。 回火的种类 1.低温回火：温度为150250 2.中温回火：温度为350500 3.高温回火：温度为500650 ，c45硬度要求为HRC2234.因为调质的目的是得到综合机械性能，所以硬度范围比较宽。一般温度低硬度就高，温度高硬度就相对低，关于回火保温时间，视硬度要求和工件大小而定，一般认为，回火后的硬度取决于回火温度，与回火时间关系不大，但必须回透，一般工件回火温度总保持在一小时以上。 回火脆性：淬火钢的韧性并不是随着回火温度的上升而提高的，在某些回火温度范围回火时，淬火钢出现冲击韧性显著下降的现象称为“回火脆性”。 1.第一类回火脆性：淬火钢在250350时出现的脆性称为第一回火脆性，几乎所有淬火后形成的马氏体的钢在该温度范围内回火时，都程度不同的产生这种脆性。目前尚无办法完全消除这种回火脆性，因此一般都不在这个范围内回火。. 2.第二类回火脆性：淬火钢在500650范围内回火出现的脆性称为第二类回火脆性，也叫高温回火脆性。当淬火钢在上述温度范围内回火并以缓慢的速度冷却时，便发生明显的脆性，但回火后采取速度冷却时，脆性的发生就会受到抑制或消失。3.7.7钢的表面淬火要求钢的表面具有较高的强度、硬度耐磨性和疲劳强度，而心部在保持一定强度和硬度下，具有足够的塑性和韧性。（1）定义：钢的表面淬火是指不改变钢的化学成分及心部组织的情况下，利用快速加热将表面层奥氏体化后进行淬火，以强化表面的热处理方法。（2）表面淬火的方法：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、盐浴快速加热表面淬火、电接触加热表面淬火以及激光加热表面淬火。而齿条热处理过程中最常用的是感应加热表面淬火。（3）感应加热表面淬火:感应加热表面淬火是根据电磁感应原理，将工件置于通有一定频率交流电的感应线圈中，在交变磁场作用下，使工件表层形成大的感应电流，从而将工件表面迅速加热奥氏体化，然后快速淬火冷却的表面淬火工艺操作。 图3.4感应加热表面淬火示意图基本原理电磁感应 把工件放入空心铜管绕成的感应器线圈中，感应器中通入一定频率的交流电以产生交变磁场，由于电磁感应就会在工件内产生频率相同、方向相反的感生电流。这种感生电流会产生涡流和磁滞损耗而使工件发热，而且是不均匀分布，主要集中在表面层。传感器 为防止齿条不应淬火部位被加热，可用铜环软磁材料制成的磁短路环屏蔽其感应器电流产生的磁力线穿过铜环而产生涡流，涡流产生的磁力线与传感器电流产生的磁力线方向相反，从而防止不应淬火处被加热。放置磁短路环时，传感器逸散的磁力线优先通过磁短路环，可防止磁力线通过不应淬火的部位，使这里不至被加热11。 齿条加热方法 连续加热法：使感应器与工件相对运动，使工件表面依次加热淬火。 加热过程 将齿条放在有交变电流的感应线圈里，齿条没有与感应线圈直接接触，通电线圈温度本身很低，但是只要调节频率的大小和电流的强弱就能实现齿条不同的加热温度，需要注意的是齿条加热过程中要旋转运动以保证齿条均匀加热从而获得良好综合力学性能。而齿条热处理自动控制过程则通过在感应线圈上安装温度传感器，通过计算机上温度传感器的温度变化来调节加热温度。 感应加热频率的选择：感应加热的深度，主要取决于交流电的频率，交流电频率越高，感应加热深度越浅。因此在生产中根据钢件表面淬硬层深度要求应选用合适的感应加热设备。 高频感应加热：它是应用最广泛的表面淬火法。常用频率为200-300KHZ,淬硬层深度一般为0.5-2.0mm，适用于中小模数的齿轮及中小尺寸的轴类等的表面淬火。中频感应淬火：它的电源配置为中频发电机晶闸管中频发生器，常用频率为2500Hz-8000HZ，淬硬层深度为2-10mm，适用于较大尺寸的轴类件和大模数齿轮的单齿表面淬火等。中频感应加热：电流频率为50Hz，不需要变频设备，淬硬层深度可达10-15mm，适用于较大直径零件的穿透加热及大直径零件等表面淬火。（4）感应加热表面淬火的特点 感应加热速度快。 由于加热速度快，是铁碳等原子的扩散运动来不及充分进行，致使珠光体转变成奥氏体的温度升高，转变温度范围扩大，因此感应加热表面淬火温度为Ac3+(80-150),比普通淬火温度高。 加热时间短。仅在数秒内完成，因此奥氏体晶粒细小均匀，淬火后可获得细小的针状马氏体或隐针马氏体。这种组织比普通淬火获得的马氏体硬度稍高，脆性较低。又因为只有表层是马氏体，其比容较大，使钢件表面产生残留压应力，可部分抵消在循环载荷作用小产生的压应力，从而提高疲劳强度。 加热速度快、时间短。 因此钢件表面不易氧化、脱碳。且钢件心部无组织变化，因此钢件淬火变形小。 劳动条件好、生产率高，容易实现机械化、自动化。 感应加热表面淬火件应进行低温回火或自回火。但感应加热表面淬火工艺的应用也需考虑以下问题：其设备较贵，安装、调试、维修的技术要求较高；对于形状复杂的零件，感应器的设计制造困难，且不适用于单件及小批量的产品5。感应加热表面淬火件的技术条件表面硬度 对于不同的材料在不同条件下工作的零件，要求具有不同的表面硬度。而对于c45来说，当耐磨性要求较高时，表面硬度约为55-63HRC，当强度和韧性要求较高时，表面硬度约为45-58HRC。淬硬层深度 一般来说，增加淬硬层深度可延长钢件的耐磨寿命，但使塑性、韧性降低，增加了脆性破坏倾向。因此，确定淬硬层深度时，除考虑耐磨性外，还应考虑零件的综合力学性能，使之兼有足够的强度、韧性和疲劳强度。预先热处理 表面淬火前的预先热处理，不仅是为保证表面淬火质量做好组织准备，也是为保证心部的力学性能所必须。对结构钢制零件而言，预先热处理常采用调质和正火，对于性能要求较高的重要零件，要选用调质，一般要求的可选用正火。4.感应加热设备-高频炉4.1高频炉简介图4.1为加热装置-高频炉，高频淬火可以实现机械化。自动化提高生产率，改善操作者的劳动环境。 图4.1 加热装置-高频炉4.2高频炉的工作原理高频炉的高频电流流向被绕制成环状或其他形状的加热线圈。由此在线圈内产生极性瞬间变化的强磁束，将金属被加热物体放置在线圈内，磁束就会贯通于整个加热物体，在被加热物体的内部与加热电流相反的方向，就会产生相对应的很大的涡电流。由于被加热物体内存在着电阻，所以会产生很大的焦耳热，使物体自身的温度迅速上升。达到对所有金属材料加热的目的6。4.3高频炉的用途各种硬质合金刀具、金刚石钻头的焊接。各种机械零部件盘类、轴类、机床导轨等表面淬火。各种圆钢、棒料的透热锻造。 各种线材在线退火。4.4高频炉的使用方法严格按正确开机方法开机： 先装好合适的感应器，先通水，后通电。通电后，按下面板指示灯开关，等面板指示灯亮；交流接触器吸合即可对工件进行加热。等工作结束时，一定要先关电，后关水。4.5高频炉的加热方式高频炉的加热方式是通过电子管震荡电路产生高频电磁场，然后加到样品之上，对样品进行感应，产生涡电流，从而产生焦耳热，使样品迅速升温融化，所以称为高频感应炉。高频感应炉是一种先进的加热设备，因为只有在样品燃烧时才有高频功率输出，燃烧完成后，高频感应即停止。高频炉在启动后不需要预热时间，可随时对样品进行分析。4.6高频炉的优缺点（1）高频炉的优点是对样品的适应性强.燃烧性能稳定，操作方便.自动化程度高。（2）高频炉的缺点是工作时产生大量的高频辐射，对人体的心脑血管以及生殖系统造成危害，使用时要做好防护措施。5.热处理温度控制系统设计5.1热处理炉温度控制的意义（1）金属材料热处理是改善材料性能的重要手段，处理的结果主要取决于热处理过程中的工艺条件。体现为热处理过程的温度-时间曲线，其关键就是热处理过程中温度的控制精度。（2）热处理的效果直接影响到材料的各种机械性能。金属材料的性能不但与金属材料的化学成分有关，也与金属材料的内部组织结构有关。对于同一种金属材料，通过不同的热处理加工工艺处理后，材料的内部组织结构是完全不一样的，所获得的材料性能也就完全不一样。例如，把c45加热到（840-860），保温一定时间后，有的在NACL水溶液中冷却，有的在空气中冷却，有的随炉缓冷，则得到的硬度就不同，水冷的硬度最高，空气其次，缓冷硬度最低。这是不同的冷却方式，所得到的内部组织不一样的缘故。由此可以看出，除化学成分外，金属的内部组织和组织状态也是决定金属材料性能的重要因素，同时也可以看出热处理的重要性。5.2单片机温度控制 随着集成电路技术的发展，单片微型计算机的功能也不断增强，许多高性能的新型机种也不断涌现出来。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中必不可少的器件，尤其是日常生活中发挥的作用也越来越大。在温度控制系统中，单片机更是起到了不可替代的作用。在工业生产中如：用于热处理的加热炉、用于熔化金属的坩埚电阻炉等，在日常生活中如：热水器、电热毯等，都用到了电阻加热原理。随着生产的发展，在工业中上述热备对温度的控制越来越高，随着人们生活水平的提高，对日常用新的自动化也提出了更高的要求，单片机的不断更新换代，满足了上述的要求，达到了自动控制得目的。 本温度控制系统的对象时一热处理炉，针对工业生产，要求所设计的系统具有软硬件结构简单、成本低廉、可靠性高等特点，设计了本系统。5.3设计的主要内容该系统的测量与控制程序分为两部分：一是主程序，二是中断服务程序。主程序主要完成各种初始化工作，设置各类初始状态，然后等待中断，当中断发生时，进入中断服务程序，当完成中断服务之后，在返回主程序等待下一次中断，等待下一次A/D变换和数据处理。中断服务程序的任务是启动A/D变换，并对原始数据进行处理，由数字控制计算出调节量，将D/A控制信号送至调节机构，对系统进行调节。为了便于设计和调节及功能扩充，系统程序采用结构化和模块化设计方法，可根据系统的要求及程序的结构特点，将整个程序分为若干个功能模块9。5.4主程序设计主程序是整个程序的一条主线。复位后系统首先进入主程序，主程序一般放在0单元开始的ROM中，他的任务是识别命令.解释命令并获得完成该命令的相应模块的入口。该模块的功能是设置各接口片子的工作方式.中断方式.中断矢量.开中断以及存放采样数据的首地址和标志单元等，每次采样后送一次显示数据。即可更新显示内容，主程序在响应完中断之后便返回主程序，等待下个采样周期的到来。主程序包括初始化模块.自诊断模块。如下图5.1所示： 开始 初始化异常 出错处理 自诊断 正常是 人工操作 手动否 设中断方式 取值设定 开中断 中断服务程序 关中断 结束图5.1 主程序模块图5.5初始化程序设计系统投入运行的是最初时刻，应对系统进行自检和初始化。开机初始化，包括硬件初始化和软件初始化两个方面。硬件初始化指对系统的各个硬件资源设置明确的初始状态，如对各个I/O端口设置初始状态，为系统硬件资源分配任务等。软件的初始化包括终端的安排、堆栈的初始化、变量的初始化、各种标志的初始化、系统时钟的初始化、各种变量存储单元的初始化、系统参数单元的初始化等。堆栈初始化是系统复位后，首先在用户RAM中确定一个堆栈程序，并采用向上的堆栈结构，由堆栈指示器SP进行处理系统参数初始化是指系统的整定参数.上下报警值.数据采集子系统及数据分配子系统的数据初始化等。如下图4.2所示 初始化程序 设置堆栈指针 设置中断向量 设8059工作方式 返回图5.2 初始化设计方框图5.6自诊断程序设计自诊断和故障监控是微机自动检测系统应具有的基本功能之一。也是提供系统可靠性和可维护性的重要手段之一。这里的自诊断是开机自诊断，每当电源接通和复位后，系统进行一次自诊断，主要是检查硬件电路是否正常，有关插件是否插入等，以专用的自检程序进行自检，用于发现固定性的硬件和软件故障。硬件自检是指对系统中硬设备功能的检查，主要是CPU.存储器和外围设备，软件自检则对系统中ROM或磁盘中所存放的软件检验。无论是硬件检测还是软件检测都是CPU依靠自检测软件来实现的11。系统在上电复位后，程序从0000上开始执行，首先进入系统初始化模块，接着程序执行自诊断模块，检查硬件电路和软件部分是否正常。在本程序中，先设置一测试数据，由D/A电路转换成模拟量，输出，在从多路开关IN4通道输入，经放大和A/D转换后送入主机电路，通过换算判断该数据与原设置值之差是否在允许范围内，若超出这一范围，表示仪器异常.给予报警，以便及时做出处理，同时自诊断程序还检测仪器和软件模块的功能是否符合预定的要求。若诊断结果正常，程序便进入下一个模块。5.7中断服务程序设计中断服务程序设计包括A/D转换中断程序、时钟中断程序和掉电中断程序。A/D转换中断程序的任务是采入多路数据，始终中断程序确定采样周期，并完成数据处理.运算和输出等一系列功能。要编写中断服务程序必须确定输入输出接口的器件选择和地址分配5.8监测程序控制系统 现在的感应热处理装置普遍的采用了可编程序控制器（PLC）与数控系统，有的还安装了监控器，采用计算机，可编程序控制器的控制系统可以按照设定的程序控制工艺参数。包括加热功率.扫描速度.持续时间等。可在可调的页面主菜单上输入数据，具有编程简单.易于修改.操作方便.同时可以储存多种加工程序等优点。 检测系统是利用先进的检测系统实现电源功率.感应加热时间.加热温度等参数的实时控制。数控系统还可以在显示屏上以图表形式显示工艺参数。10 总 结随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值!有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。在此要感谢我的指导老师郭老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。推荐阅读：大学四年就会在这最后的毕业设计总结划上一个圆满的句号。我曾经以为时间是一个不快不慢的东西，但现在我感到时间过的是多么的飞快，四年了，感觉就在一眨眼之间结束了我的大学生涯。毕业，最重要的一个过程，最能把理论知识运用到实践当中的过程就数毕业设计了。这也是我们从一个学生走向社会的一个转折。另一个生命历程的开始。毕业设计的这半个学期，我学到了很多，也成熟了很多。我现在将我的过程以及所学到的总结如下:我选择的毕业设计题目是齿条热处理自动控制。由于我对热处理这方面不是很了解，所以刚拿到毕业题目时我有担心，但后来通过我对热处理的学习，还是找到了一点头绪。我的毕业设计课题主要的步骤是:（1）在网上或图书馆收集一些资料。例如CNKI网站。（2）了解齿条材料组成及其性能。（3）了解齿条热加工和冷却设备的使用方法和注意事项。（4）学习单片机软件。（5）用单片机编程软件实现齿条热处理自动控制。（6）用plc模拟齿条热处理自动控制过程。参考文献1王爱珍.热加工工艺基础M.北京航空航天大学出版社，20092王忠诚，齐宝森，李杨.典型零件热处理技术M.化学工业出版社，20103王有祈.热处理工艺与典型案例M.化学工业出版社，20124马伯龙.热处理工艺设计与选择M.机械工业出版社，2013.55王军.计算机在热加工工程中的应用M.化学工业出版社，2012.86王淑花，刘爱莲，钱兵羽.热处理设备M.哈尔冰工业大学出版社，2010.107文九巴.机械工程材料M.北京机械工业出版社，2009.78王淑花，刘爱莲，钱冰羽.热处理设备M.哈尔滨工业大学出版社，2010.109张毅坤，梁莉，陈善久.单片微型计算机原理及应用M.西安电子科技大学出版社，2013.210崔继仁.电气控制与PLC应用技术M.中国电力出版社，2010.211张宝芬，张毅，曹丽.自动检测技术及仪表控制系统M.北京化学工业出版社，2003.812艾学忠，翟玉文，杨潇.基于单片机控制的热处理炉温度控制系统J.吉林化工学院学报，2005.313许天已.钢铁热处理实用技术M.北京化学工业出版社，2005.214Implementation of New Self-Tuning Fuzzy PID Controller on PLCJ. Author：Onur KARASAKAL,Mu jde GU ZELKAYA. Turk J Elec Engin15ANALOG DEVICES INC.Design-in Reference ManualM,1994致 谢本学位论文是在我的指导教师郭永生的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到毕业设计的最终完成，郭老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。这半个学期以来，郭老师在毕业设计上给予我细心地指导，在此谨向郭老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。此外，我还要感谢在一起愉快度过大学生活的舍友们，正是由于你们的帮助和支持，我才能