单片机在感应淬火设备上的应用

ByGrith4

/ H3 z, @- U$ _$ |[摘要]目前工业发达国家解决中碳结构钢机床主轴感应淬火问题的方法是:采用计算机控制加热设备功率输出或用计算机对淬火移动速度的变化规律
进行程序控制，达到锥孔淬火硬度，硬化层深均匀的技术要求。本文介绍了感应淬火温度控制的原理，设计出以单片机为核心的温度控制的硬件、软件。
7 r  V3 W( M0 A应用表明:热分析仪抗干扰能力强，温度控制效果好，能够用于现场生产控制。
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" D: H$ p$ F. M0 B! J0 ~) G[关键词]温度控制感应淬火 单片机
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% i( L2 g( }* w( e( I一、前言
目前，德国、日本等工业发达国家解决中碳结构镧机床主轴感应淬火
; m  c8 Z6 C% ?+ J' M- g问题的方法是:采用计算机控制加热设备功率输出或用计算机对淬火移动速度
0 ]2 @) W" X* O4 y的变化规律进行程序控制，达到锥孔淬火硬度，硬化层深均匀的技术要
6 F* w# Y# ], L& ]# r' K求。现在国内生产的感应加热设备和淬火机床都不能满足主釉内锟孔连续淬
火时功率、速度随工件淬火移动过程自动调节的特殊要求。目前，我国仍
, P5 l6 W5 I' r有不少厂家使用的感应淬火设备，是依靠人工调节工件与愿戍线圈之间的相
对位移速度挖制淬火温度:通过人工调节冷却介质的压力和喷射时间控制冷
1 @" m6 S9 w2 w0 R, P却速度。这很难保证淬火工件表面温度与冷却速度的稳定。在生产中，淬
火后的工件往往会出现软带或软点、变形、裂纹。另一方面，对于某台
具体感应淬火设备，谐振频率变化不大。尺寸较小的工件淬火，表面容易
出现过热、氧化、脱碳;尺寸较大的工件淬火，淬火深度不够。若采用
计箅机对感应淬火设备的淬火工艺参数进行适时监挖，根据零件尺寸大小
工艺要求进行修改生产过程中的工艺参数，则能使淬火零件的金相组织和性
* k1 {5 d% ^9 X1 \0 B4 l% I能处于最佳状态。本文以单片机在ICBT并联型感应淬火电源中的应用为
例，分析说明淬火工件表面温度如何控制和增加工件淬硬层深度的方法，
并给出实验结果。
) }' f  b) t& B6 H6 `二、工作原理
' U! {# R8 w% v4 ]2 A, e6 \ICBT并联型感应淬火电源主电路主要由三部分组成:晶闸管V1-V6组
" F2 h, X- g* ~成的三相全控整流电路，实现电源的功率调节和保护:电抗器Ld,用于
减少输出电流的脉动值，提高负载抗短路的能力: IGBT 管Vs1 -Vs4组成逆
5 Y: O+ d4 t2 Z# R0 b$ {4 ^变器，将直流电能送入由L、c组成的并联谐振回路。由于IGBT管具有自
6 A  s# C: A& r$ E1 _( P' b; [关断能力，其逆变器I.作频率可大于电源的固有频率f0进行强迫换流，也
, Q& e  K2 x" q! Q( `0 [可小于电源的固有频率f0进行强迫换流.
IGBT逆变器的起动可通过他激转自激方法实现。由于整流与逆变输出
频率相差较大，工作时间上又是重叠的，系统须采用双CPU并行处理。以
; Y9 N; h8 o: V1 b5 [! T; Y单片机1为核心组成整流控制系统。它包括;电源同步识别:三相全控
7 D) w- c$ V  ^" I$ G桥的整流触发:电流、电压、温度调节:过流、过压、停机保护:报
% N, G( _7 ~" H# o警和运行状态显示。以单片机2为核心组成逆变控制系统。它包括:中频
频率自动跟踪:单相逆变桥敷字脉冲触发控制;任意超前角的处理，换
流或逆变失败保护等。
1 d0 B2 T. a2 _. s在感应淬火过程中，负载等效参数的变化会引起负载固有频率的变化。
当输出负载电压低于某-值U0时,逆变器为开环控制，工作于他激状态，
  t7 W7 m5 e1 S: Z而当输出负载电压>U0后进行自动切换，使逆变器工作于自激闭环状态。为
" [7 Z- e% d2 p: G. l防止电流型逆变器开路引起过电压，上下桥臀模块驱动信号需-重叠导通时
间。保护主要利用驱动模块EXB841的慢关断特性。如果电流传感器检测到
6 ~8 D' G1 \" Y" ?1 ^6 E: D# l) h  w1 q过流或电压传感器检测到过压，单片机中断发出慢关断信号，使逆变器关
7 c: `1 P; g' X4 Z* X$ |: P断。另一方面，为了满足不同淬火工件淬硬层深度的要求，还可以通过改
6 X- ^/ n" x+ }  @变谐振问路电容的容量，改变电源的固有频率f0.
三、软件设计
; m$ W+ E2 _+ g* ~% I1、整流系统控制算法



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在感应淬火过程中，负载等效参数的变化会引起负载固有频率的变化