摘 要

轴承是各类机械设备的重要部件，球轴承的制造必须使用钢球，它发挥着至关重要的作用。滚珠轴承的传动装置必须通过钢球负责承载和传输负载的钢球。钢球均匀的分布于滚动轴承的内外圈之间。它的形状、材质、大小和数量直接影响到滚动轴承的使用寿命和使用性能。在不同的使用条件下，所需要的钢球材质不同，所需达到的硬度、耐磨性等也不同，需要特殊的热处理工艺来达到相应的性能。近年来钢球需求量不断上升，许多老旧设备无法满足大量、高质量钢球的供应。因此，研究、设计一种能够处理、生产大批量各种类型钢球自动化生产线就显得很有必要。本文旨在采用马弗罐式滚筒作为传动元件。三相调功调压器、高温电阻丝等为主要部件，配合PLC控制温度控制系统来控制各加热区的温度，电磁振动给料机作为主体作为进料装置。选用MCGS软件作为上位机监控软件，配合PLC实时监控、调整热处理生产线的生产进程。

关键词：PLC,MCGS，钢球，滚筒，热处理

Abstract

Bearings are an important part of all types of machinery and equipment. The manufacture of ball bearings must use steel balls, which play a crucial role. Ball bearing transmissions must be carried by steel balls to carry and transmit loaded steel balls. The steel balls are evenly distributed between the inner and outer rings of the rolling bearing. Its shape, material, size and quantity directly affect the service life and performance of rolling bearings. Under different conditions of use, the required steel balls have different materials, and the required hardness, wear resistance, etc. are also different. A special heat treatment process is required to achieve the corresponding performance. In recent years, the demand for steel balls has been rising, and many old equipment cannot satisfy the supply of large quantities of high-quality steel balls. Therefore, it is necessary to research and design an automated production line capable of processing and producing large quantities of various types of steel balls. This article aims to use a muffle tank roller as a transmission element. Three-phase regulator voltage regulator, high temperature resistance wire and other major components, with the PLC control temperature control system to control the temperature of the heating zone, electromagnetic vibration feeder as the main body as a feeding device. MCGS software was selected as the host computer monitoring software, with the PLC real-time monitoring, adjusting the production process of the heat treatment production line.

Keywords: PLC, MCGS, steel ball, roller, heat treatment

目录

第1章 绪论 1

1.1 背景及意义 1

1.2 国内外钢球生产现状 1

1.2.1国外钢球生产现状 1

1.2.2 国内钢球生产现状 1

1.3课题主要工作 2

第2章 热处理生产线基本结构 3

2.1热处理炉选择 3

2.2热处理工艺 3

2.3 生产线结构单元 4

2.3.1 上料装置 4

2.3.2淬火炉 4

2.3.3淬火槽 4

2.3.4清洗槽 5

2.3.5 回火炉 5

2.4 运动执行单元 5

2.4.1 电动推杆 5

2.4.2 电磁振动机 6

2.4.3 三相异步电动机 6

2.4.4 变频器 7

2.5 温度控制系统 8

2.6 控制系统总体方案 9

第3章PLC硬件组态设计 10

3.1 PLC选型 10

3.2 输入/输出模块电气设计 10

3.2.1 输入模块 10

3.2.2 输出模块 12

3.3 加热系统电气设计 13

3.4 传动系统电气设计 14

第4章 PLC控制程序设计 16

4.1 手动控制程序 16

4.1.1 手动上料控制程序 16

4.1.2手动控制滚筒运行程序 18

4.2 自动控制工作程序 19

4.2.1 自动上料控制程序 19

4.2.2 自动控制滚筒运行程序 21

4.2.3 故障检测及报警程序 23

第5章 上位机软件设计 25

5.1 MCGS简介 25

5.2 MCGS上位机设计 26

5.2.1通信 26

5.2.2设备通道的连接 29

5.2.3 用户操作界面设计 30

第6章 总结 34

致谢 35

参考文献 36

第1章 绪论

背景及意义

轴承是机械设备的重要组成部分。它主要用于支撑机械旋转体，以及降低运动过程中的摩擦系数，从而保证机械设备的回转精度。轴承类型广泛，又主要分为滑动轴承和滚动轴承，其中滚动轴承通用性较强，在机械设备中运用较为广泛。钢球是滚动轴承的核心部件，具有承载和传递力的作用。它的大小和质量对轴承承受载荷的能力以及运转性能起到决定性作用。为获得符合工业应用标准的钢球，使它形成优异的力学性能，化学性能及物理性能，除选取各种合金材料和先进成形工艺，它还需热处理以确保其高可靠性和使用寿命。

国内外钢球生产现状

1.2.1国外钢球生产现状

1883年，德国FAG公司发明钢球研磨机，开创人类钢球制造先河。国外钢球生产近几十年来发展迅猛，特别是在热保护气氛淬火工艺、钢球精磨工艺等创新技术的发明与应用，和高精度精磨机、自动冷镦机等钢球处理设备的发明、利用之后，使得钢球生产效率、质量不断上升^[1]。在现阶段的钢球生产企业中，日本的NTN轴承公司和德国的FAG轴承公司的技术最为雄厚。这两家公司的生产工艺先进，简洁、实用，在减少了软磨工艺和细磨工艺缩短生产周期后，依然能够保证钢球生产的质量。从投料到生产完成，最快仅需七天，平均十天即可完工。采用保护气氛淬火工艺，钢球表面氧化深度低至0.02mm,批量生产的钢球硬度差在1.0HRC以下，使得生产的钢球内外质量很高。热处理后对钢球进行的表面强化工艺，保障了钢球的硬度和均匀性。在出产前对钢球进行两次精研，提高钢球的精度和质量，以达到工业使用标准。

1.2.2 国内钢球生产现状

近几十年来，我国的钢球生产工业，相比于初创时，已经有了充分的发展。解放之初，国内的钢球生产工厂主要来自于苏联的援建，包括技术人才援助，设备援助。在苏联的帮助下，我国逐渐培养出自己的钢球制造人才。直到20世纪80年代初，国内的钢球生产行业主要是依据苏联模式，且设备也主要从苏联进口。80年代的“六五”期间，由于钢球质量问题导致国产轴承无法出口，引起国家轴承局的重视，派出考察团，研究得出结论后认为，应使用大循环超精研工艺来提高钢球球形精度，并且淘汰掉传统的抛光工艺。此外，为了使国内钢球生产水平向国际水平靠近，我国一些企业派出考察人员赴日本NTN公司，学习钢球制造技术。“七五”期间，国内许多钢球制造商开始从德国、日本进口钢球生产设备。有少部分企业还引进了先进生产线，引进的较具代表性的钢球生产线有日本NTN公司的钢球生产线。现阶段，我国钢球工业已经取得较大的发展，能够生产出0.5mm到200mm尺寸的钢球，所采用的材料也呈现多元化，包括陶瓷类、非金属类和低碳类等材料，钢球年产量位居世界第一。但是中国现阶段的钢球生产工业仍然存在诸多问题，能够制造多种材料的钢球但是产能不足，许多设备还需要依靠进口，无法自主研制高新钢球制造设备，钢球规范性也不足^[2]。

1.3课题主要工作

（1）设计钢球热处理生产线控制系统的基本结构，对生产线的控制系统各个元件进行选型

（2）明确控制系统总体方案，设计生产线控制系统所需电气原理图

（3）应用MCGS技术实现人机交互功能。

第2章 热处理生产线基本结构

2.1热处理炉选择

热处理是指一种现代金属热加工工艺，把固态材料，经过加热、保温和冷却，以获得所需结构和性能。金属热处理是钢球制造热处理的重要工艺之一，它只改变钢球的显微组织来提高钢球的使用性能，而几乎不改变钢球的化学成份和形状。

为使金属工件获得工业应用级别所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除了采用恰当的制造材料和先进的成型工艺，还应采用可靠的热处理工艺来提高钢球的各项性能。

轴承钢球热处理是指将已加工成型的钢球工件在某些特定介质中进行加热处理至适宜温度，并在此温度下保持一定时间后，使钢球工件整体达到相应的温度。待加热处理形成相应的显微组织后，再将钢球工件置于介质中进行冷却，最终使得钢球整体性能发生变化。要想使钢球具备突出的强度、刚度和韧性，则必须经过热处理，而热处理能否有效提升钢球整体性能，热处理炉的选用也十分重要。

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