电子摇床头的设计与研究

论文摘要

论文以电子摇床头为研究对象,把电子“凸轮”机构应用到云锡式凸轮杠杆摇床头中进行了理论和试验研究。阐述了电子摇床头和电子“凸轮”机构的定义及其研究内容,确定了电子摇床头的整体设计方案。本文对电子摇床头和机械凸轮杠杆式摇床头进行了对比。介绍了了电子摇床头的工作原理,采用西门子S7-300CPU317T-2DP PLC控制SINAMICSS120驱动器配套的1FK7标准型伺服电机作为电子摇床头的执行机构。根据西门子S7-300CPU317T-2DP PLC的控制原理,将T-CPU的运动控制过程分为5个步骤。概述了云锡Ⅰ型摇床头和云锡Ⅱ型摇床头的构造,具体应用了数学分析在凸轮杠杆式摇床头运动曲线分析中,应用了凸轮杠杆式摇床床面的位移方程,即普拉特-奥运动方程。具体阐述了电子摇床头的功能、整体设计方案和结构设计。介绍了伺服系统的研究内容及其选用原则,经过伺服电机选用步骤选定了西门子SINAMICS S120驱动器配套的西门子1FK7标准型伺服电机作为本设计的动力源。通过比较增量式光电编码器和绝对式光电编码器,本设计确定选用增量式编码器实现半闭环控制。同时根据滚珠丝杠的众多优点确定本设计选用滚珠丝杠作为电子摇床头的传动机构。具体阐述了电子摇床头的硬件设计与实现,绘制了由电子摇床头代替传统的机械凸轮杠杆式摇床头组成的摇床的三维图。具体阐述了电子摇床头的软件设计与实现。最终通过STEP-7编程精确模地拟普拉特-奥运动曲线实现对摇床的运动控制,最终实现了对机械凸轮杠杆式摇床头的机电一体化改造。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外电子摇床头的研究状况
• 1.2.1 国内外电子摇床头和电子“凸轮”的研究现状
• 1.2.2 电子“凸轮”机构的原理和组成
• 1.3 研究电子摇床头的目的和意义
• 1.3.1 研究电子摇床头的目的
• 1.3.2 研究电子摇床头的意义
• 1.4 电子摇床头与机械杠杆式摇床头的对比
• 1.5 论文的主要研究内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 电子摇床头的运动控制理论
• 2.1 电子摇床头的工作原理
• 2.2 电子摇床头运动控制系统的运动控制器
• 2.2.1 制造业的发展趋势和过去的控制器
• 2.2.2 西门子T-CPU的设计思路和优点
• 2.2.3 T-CPU的硬件结构和原理
• 2.2.4 T-CPU系统原理
• 2.2.5 SIMATIC S7-Technology功能
• 2.2.6 凸轮组态
• 2.3 电子摇床头运动控制系统的伺服系统
• 2.3.1 伺服系统的基本结构
• 2.3.2 伺服系统性能的基本要求
• 2.3.3 按伺服系统的控制方式分类
• 2.3.4 交流伺服系统的构成
• 2.3.5 伺服系统的工作原理
• 2.4 本章小结
• 第三章 电子摇床头的设计
• 3.1 云锡式摇床头的构造
• 3.1.1 云锡Ⅰ型摇床头的构造
• 3.1.2 云锡Ⅱ型摇床头的构造
• 3.2 电子摇床头运动规律的数学分析
• 3.2.1 凸轮杠杆式摇床头床面运动位移方程
• 3.2.2 床面位移、速度及加速度计算
• 3.3 电子摇床头的整体设计方案
• 3.4 电子摇床头的结构设计
• 3.4.1 伺服电机的选型
• 3.4.2 光电编码器的选型
• 3.4.3 滚珠丝杠的选择
• 3.5 本章小结
• 第四章 电子摇床头的具体设计与实现
• 4.1 电子摇床头伺服电机的选型
• 4.1.1 计算负载惯量
• 4.1.2 计算负载转矩
• 4.1.3 计算加速转矩和减速转矩
• 4.1.4 与选用电机转矩比较
• 4.1.5 计算连续瞬时转矩
• 4.1.6 选用结果
• 4.2 电子摇床头的硬件设计与实现
• 4.3 电子摇床头的软件设计与实现
• 4.3.1 硬件设备及软件要求
• 4.3.2 使用HW Config组态CPU 317T-2DP
• 4.3.3 更改MPI/DP接口的传输速率
• 4.3.4 DP（驱动器）组态中至关重要的设置
• 4.3.5 生成技术系统数据
• 4.3.6 使用HW Config组态驱动器
• 4.3.7 PG/PC接口的组态
• 4.3.8 将硬件组态下载到目标硬件中
• 4.3.9 使用S7T Config组态SINAMICS驱动器
• 4.3.10 使用S7T Config组态轴
• 4.3.11 创建技术DB
• 4.3.12 编辑STEP 7用户程序控制轴
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文