【文章內(nèi)容簡介】 單片機程序調(diào)試 ......................................................................................................... 37 上位機程序調(diào)試 ......................................................................................................... 38 實驗演示結果 ............................................................................................................ 38 11 總結與展望 ........................................................................................... 39 總結 ................................................................................................................................ 39 展望 ................................................................................................................................ 39 謝辭 ............................................................................................................. 40 參考文獻 ...................................................................................................... 41 附錄一 ......................................................................................................... 42 附錄二 ......................................................................................................... 43 附錄三 ......................................................................................................... 44 第 1 頁 共 59 頁 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 1 緒論 選題背景 隨著社會的快速發(fā)展， 科學技術的迅猛發(fā)展，人民 生活水平的提高，工作效率的加快， 制造業(yè)也要不斷滿足人們生活的的各項需要，因此社會對制造業(yè)的要求也是越來越 em 鐵業(yè)的發(fā)展水平可以直接衡量這個國家的經(jīng)濟水平，鋼鐵的加工除了應用于人們的日常生活中，還工業(yè)，農(nóng)業(yè)，建筑行業(yè)，國防，軍事，防御，科技文化產(chǎn)業(yè)方面都 起著至關重要的作用，因此，鋼鐵加工技術和加工方法已經(jīng)越來越引起人們的關注。摩擦焊機就是一種典型的加工鋼鐵的機械設備。 而雙頭摩擦焊機是在普通的摩擦焊機基礎上進行的改造和提升制造出來的，控制系統(tǒng) 由可編程控制器（ PLC）或微型計算機組成的邏輯控制系統(tǒng)，正以很快的速度發(fā)展著?？删幊炭刂破鳎俏C技術與繼電器常規(guī)控制技術相結合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機控制器的基礎上發(fā)展起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計算機，它有良好的抗干擾性能，適應很多工業(yè)控制現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。但是由于 PLC 的針對性較強 ，每一臺 PLC 都是根據(jù)一個設備而設計的，所以價格較昂貴。而單片機價格相當便宜，如果在抗干擾功能上有所提高的話完全可以代替 PLC實現(xiàn)對工控設備的控制。當然單片機并不象 PLC 那么有針對性，所以由單片機設計的控制系統(tǒng)可以隨著設備的更新而不斷修改完善，更完美的實現(xiàn)設備的升級。 雙頭摩擦焊接機，它由臥式床身，主軸箱、導軌、頂鍛裝置構成，主軸箱兩端各有一個與主軸剛性連接的卡盤，在卡盤對面的導軌上各帶有頂鍛裝置，采用多片式摩擦片做為啟剎車裝置，啟剎車均由繼電器控制下的液壓油缸驅(qū)動多片式摩擦片來完成，使主軸在工作 時同時受大小相等方向相反的軸向力，使推力軸承基本不受力，極大提高了軸承壽命，同時多片式摩擦片也極大的提高了機床壽命，本實用新型生產(chǎn)效率高，工作精度高，適于金屬或高分子材料焊接使用。 研究現(xiàn)狀 隨著科學技術的發(fā)展，社會對金屬加工的要求也是越來越高，各種加工技術也不斷提升，為此，人們也研制出各式各樣的摩擦焊機系統(tǒng)。 摩擦焊機 是 利用工件端面相互摩擦產(chǎn)生的熱量使之達到塑性狀態(tài)，然后頂鍛完成焊接的方法。因車削工件時切屑往往牢牢地粘在刀頭上，軸與軸瓦之間潤滑不良時也會產(chǎn)生局部焊合，摩擦焊就是從這些現(xiàn)象出發(fā)而發(fā) 明的。 摩擦焊可分為連續(xù)驅(qū)動摩擦焊和慣性摩擦焊兩種。 (1) 連續(xù)驅(qū)動摩擦焊 :由電動機帶動一個工件旋轉 ,同時把另一工件壓向旋轉工件，使其接觸面相互摩擦產(chǎn)生熱量和一定塑性變形 ,然后停止旋轉 ,同時施加頂鍛壓力完成 焊接 。焊接質(zhì)量與轉速、摩擦時間、摩擦壓力、頂鍛壓力和工件頂鍛變形量有關。 (2) 慣性摩擦焊 :由電動機驅(qū)動飛輪達到要求的轉速，然后把一個工件壓向夾持在飛輪軸上的轉動工件，工 件間的摩擦阻力使飛輪減速 ,并將飛輪的動能轉換成焊接所需的熱能。焊接質(zhì)量與飛輪慣性矩、轉速和頂鍛力有關。摩擦焊所用的摩擦焊機包括驅(qū)動系統(tǒng)（慣性摩擦焊機還包括飛輪）和加壓裝置。全自動焊機還有上、下料裝置、去飛邊裝置和參數(shù)自動監(jiān)控系統(tǒng)。 國內(nèi)最大的是 400 噸摩擦焊機，能夠焊接截面積高達 36000mm 的超大型工件。目前國內(nèi)焊接精度最高的是成品活塞桿摩擦焊機，用于液壓缸活塞桿鍍鉻后進行摩擦焊接。國內(nèi)最新的是雙頭車橋摩擦焊機，可以對車橋橋殼的兩上接頭同時進行摩擦焊接。國內(nèi)大噸位慣性摩擦焊，應用最廣泛的在石油鉆桿焊接應用 上，如 160 噸慣性摩擦焊接鉆桿， 250 噸焊接加重鉆桿等，國內(nèi)大噸位慣性摩擦焊技術已經(jīng)日趨成熟。 國內(nèi)的大噸位慣性摩擦焊，在航天及軍工領域也有廣泛的應用前景。 第 2 頁 共 59 頁 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 幾種國產(chǎn)的尖端摩擦焊機 (1) 400 噸摩擦焊機 圖 11 400 噸摩擦焊機 這是目前國內(nèi)最大的摩擦焊機，也是目前全球最大的連續(xù)驅(qū)動摩擦焊機，用來焊接鋼鋁導電桿，最大焊接面積高達 36000 平方毫米。 (2) 雙頭車橋摩擦焊機 取代電子束焊接和氣保焊的雙頭車橋摩擦焊機，兩個焊口同時焊接，焊接節(jié)拍約三分鐘。與電子束焊接相比，摩擦焊接車橋焊接效率高、成本低、 無輻射污染。 (3) 成品活塞桿摩擦焊機 液壓缸活塞桿鍍鉻后再進行摩擦焊接，不僅提高生產(chǎn)效率，還能夠降低成本，在國外是成熟工藝。隨著國產(chǎn)成品活塞桿摩擦焊機的研制成功，液壓缸活塞桿成品摩擦焊接工藝會慢慢在國內(nèi)普及。 (4) 國產(chǎn)先進的 160 噸、 250 噸慣性摩擦焊機 這是目前國內(nèi)最先進，技術最成熟的 YL160， YL250 慣性摩擦焊機，廣泛應用于國內(nèi)外的石油鉆桿生產(chǎn)線中，目前提供的慣性摩擦焊機為國內(nèi)自主研制，經(jīng)過多年生產(chǎn)實踐中持續(xù)不斷的改進，慣性摩擦焊機質(zhì)量可靠，性能穩(wěn)定，各項靜態(tài)及動態(tài)參數(shù)指標均已達到國際同類產(chǎn)品先進水平。 圖 12 YL160 型慣性摩擦焊機 研究目的與意義 傳統(tǒng)的摩擦焊機在市面上存在很多缺陷，比如說控制系統(tǒng)復雜，不易于操作，工藝 第 3 頁 共 59 頁 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 流程繁瑣，生產(chǎn)效率比較低等。而雙頭 摩擦焊適合于 焊接 桿件和 管件 ，工藝簡單、質(zhì)量好，勞動條件好，生產(chǎn)率高，耗電量少，易于機械化和自動化。 雙頭 摩擦焊在工廠生產(chǎn)線上廣泛用于發(fā)動機燃燒室、 排氣閥 、軸、軸套、桿件、管子與法蘭、石油鉆桿和鉆芯的連接和變截面桿件的連接。接頭焊后不會產(chǎn)生金屬間化合物。 雙頭 摩擦焊也常用于異種金屬焊接，如鋁與銅、鋼、鎳、鎂合金；銅與鋼、銀等。摩擦焊在鋁 銅導線過渡接頭的焊接方面應用尤廣。 研究的主要內(nèi)容 各部分原理的了解 (1) 了解雙頭摩擦焊機的工作原理 (2) 了解雙頭摩擦焊機測控系統(tǒng)的基本構成 (3) 了解雙頭摩擦焊機測控系統(tǒng)個模塊的原理 (4) 搭建系統(tǒng)硬件環(huán) 境，包括 PCI卡及光柵尺數(shù)據(jù)采集卡的裝配，傳感器的連接和安裝。 (5) 一些必要的電路模塊繪制、制作。 (6) 在電腦上編寫上位機程序，程序功能 (7) 編寫界面窗口 (8) 讀取 PCI－ 1712 卡信息（轉速、壓力信號） (9) 讀取光柵尺數(shù)據(jù)采集卡信息（位移信號） (10) 整合讀取到的信息并顯示到界面，判斷焊機工作狀態(tài) (11) 跟據(jù)焊機工作狀態(tài)給 PLC 發(fā)送相應的控制信號 (12) 接收 PLC 返回信號 注：上位機程序應可視化，顯示參數(shù)信息，并在界面設置按鍵等輸入控件，以對系統(tǒng)進行輸入調(diào)整設置。 編寫單片機程序，程序功能 (1) 實現(xiàn)與上位機的通信 (2) 處理上位機發(fā)送的控制信號 (3) 向上位機發(fā)送狀態(tài)信號 (4) 控制焊機調(diào)整工作狀態(tài) 系統(tǒng)檢測和調(diào)試 2 總體方案 實現(xiàn)方案 該系統(tǒng)主要由左右側編碼器，左右側光柵尺，左右側壓力傳感器等輸入系統(tǒng)和單片機控制系統(tǒng)及焊機輸出系統(tǒng)構成。右側編碼器的作用主要是檢測左右側旋轉夾具的轉速。壓力傳移動夾具朝著工件的移動速度感器的功能是檢測旋轉夾具對工件的壓力大小。左右光柵尺主要作用是檢測左右夾具向工件移動的速度，能夠精確的控制前進的速度， 從而能夠保證摩擦焊機的加工的精度，由于光 第 4 頁 共 59 頁 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 柵尺的精度能夠達到 mm，所以可以控制量誤差在 以內(nèi)。下面是方案實現(xiàn)的結構分析圖。 圖 21 系統(tǒng)方案圖 精度控制的實現(xiàn)方法 由于控制焊接階段的關鍵參數(shù) ——— 摩擦時間和摩擦縮短量都是在定時器中計算，因此為了保證兩側焊接質(zhì)量的一致性，提高系統(tǒng)的采樣周期和采樣精度是整個測控系統(tǒng)的關鍵。 Windows 系統(tǒng)定時器是 IBM PC 硬件和 ROMBIOS 構造的定時器邏輯的一個簡單擴展。 PC 的 ROM 初始化 8253 定時器 芯片每隔 54． 915 ms 產(chǎn)生一次中斷，導致 Windows 系統(tǒng)定時器的最小掃描周期約 55 ms，而且這個定時器消息的優(yōu)先級很低，所以利用普通系統(tǒng)定時器無法準確控制兩側焊件的摩擦縮短量或摩擦時間，不能獲得兩側質(zhì)量一致的焊接接頭。為解決上述問題，本測控系統(tǒng)采用微軟公司的多媒體定時器控制采樣間隔和采樣精度，多媒體定時器的采樣精度高達 1 ms，中斷優(yōu)先級別高，相當于硬件中斷。 調(diào)用多媒體定時器需要在工程中添加 mmsystem． h 頭文件，并將庫文件 winmm． lib鏈接到工程中，程序初始化時調(diào)用函數(shù) MMRESULTtimeGetDevCaps(lpTIMECAPS＆ ptc，UINT cbtc)獲得多媒體定時器的分辨率范圍，調(diào)用函數(shù) timeBeginPeriod(UINTuPeriod)設置系統(tǒng)需求的定時器分辨率，本系統(tǒng)設置為 1ms。程序運行時，先使能一個普通系統(tǒng)定時器，在該定時器中上位機實時讀取 PLC 傳輸過來的串口數(shù)據(jù)，當接收到摩擦開始信號 后 ， 調(diào) 用 函 數(shù) MMRESULT timesetEvent(UINT uDelay ， UINT uResolution ，LPTIMECALLBACK lpTimeProc， DWORD dwUser， UINT fuEvent)設置多媒體定時器，采樣 第 5 頁 共 59 頁 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 間隔 uDelay 設置為 5 ms，聲明全局回調(diào)函數(shù) void PASCA L TimeProc(UINT wTimerID,UINT msg， DWORD dwUser， DWORDdw1， DWORD dw2)，系統(tǒng)回調(diào)函數(shù)完成多媒體定時器的事件消息觸發(fā)，實現(xiàn)壓力采集、焊接縮短量、轉速測量，焊接時間的計算等需