数控多股簧加工机床运动控制系统的设计.doc
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数控多股簧加工机床运动控制系统的设计,（本科毕业论文设计）摘 要多股簧与单股螺旋弹相比，具有机械强度高，减振效果好，寿命和安全性较高等优点。因此主要用于对持久强度和安全性要求较高的场所，同时在民用系统也具有较大的应用潜力。但是多股簧制造工艺复杂，产品质量难以控制、制造成本较高，目前还主要用于有特殊要求的场合。因此，我们必...
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数控多股簧加工机床运动控制系统的设计（本科毕业论文设计）
摘 要
多股簧与单股螺旋弹相比，具有机械强度高，减振效果好，寿命和安全性较高等优点。因此主要用于对持久强度和安全性要求较高的场所，同时在民用系统也具有较大的应用潜力。但是多股簧制造工艺复杂，产品质量难以控制、制造成本较高，目前还主要用于有特殊要求的场合。因此，我们必须加强自主研发能力，研发出高精度和高生产效率的多股簧制造设备，生产出高质量的多股簧，从而满足我国国民生产和发展的需要。
本文通过分析国内外多股簧制造技术的现状，以及分析多股簧加工过程中的关键技术及难点，确定多股簧数控加工运动控制系统方案，建立基于“PC+PLC+伺服电机”的运动控制系统平台。在本文的设计中，主要分为三部分来研究，即运动控制系统中的硬件部分、软件部分以及计算机控制界面的设计。在运动控制中是通过伺服驱动器的模拟和脉冲输入指令实现对外层拧索电机、中层拧索电机和绕簧电机转速的控制。同时本文采用了S7-200的PID运算调节器，分别对各个伺服电机进行反馈调节，保证电机在运动调节过程中的平稳性。再次设计一个能在计算机界面上控制的软件，从而实现智能控制和监测。
本文设计的多股簧数控加工机床运动控制系统，在分析已有机床的基础上，对该机床的运动控制系统进行改造，满足了多股簧的产品质量和生产效率，并且成功降低了机床的制造成本，降低了工人的劳动强度。
关键词：多股螺旋弹簧，伺服驱动，PLC，PC
ABSTRACT
Stranded-wire helical spring has many predominant characters compared with single-wire helical spring. So it has been of great application value in many fields which require high permanence and safety. Furthermore, it also has important and potential value in civil use. However, the manufacturing technique of stranded-wire spring in our country is very strict. Therefore, it is critically important to strengthen the ability of self-developing and improve machining level and product quality of stranded-wire spring.
After analyzing the present manufacturing technology and key technologies in the manufacturing of stranded-wire spring, the whole control system are based on PC Programmable Logic Controller and servo motors. Three parts are researched in motion control system, which are the design of hardware, the design of software, and the design of computer interfaces. In the course of control,input order in driver controller is used to control the speed of motors to tweak outer wires , middle wires and stranded-wire spring.In order to make motion smooth, PID adjustor in S7-200 is used in the adjustment system. It can realize feedback adjustment on each motor.At last we design a software on the computer to realise the Intelligent control and monitoring.
The NC machining system of stranded-wire spring in this paper is not only able to solve relative technical difficulties, but also succeed to improve the quantity and productivity of stranded-wire spring, and depresses the work intensity of workers. Moreover, it can reduce the cost of NC machine，and is capable of achieving flexible manufacturing and satisfying the need of production and life in our country.
Keywords: Stranded-Wire Spring, Servo motors, PLC, PC
目 录
中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 数控技术的研究现状 1
1.2.1 数控技术的产生和发展 1
1.2.2现代数控关键技术 2
1.2.3 数控技术的前景趋势 3
1.3 多股簧概述 4
1.3.1 多股簧的类型 4
1.3.2 多股簧的结构与特性 4
1.3.3 多股簧的重要用途 5
1.4 多股簧制造技术国内外研究现状 7
1.4.1多股簧的制造方法 7
1.4.2 多股簧制造过程中的关键技术 7
1.4.3 国内外研究现状 9
1.5 论文研究内容 10
2多股簧数控机床运动控制系统方案研究 11
2.1多股簧加工过程理论基础 11
2.1.1多股簧的绕制方法 11
2.1.2多股簧加工过程中的速度匹配 12
2.2伺服控制系统的选择 13
2.2.1伺服控制的原理及组成 13
2.2.2 伺服系统的选取 13
2.3可编程控制器 15
2.3.1可编程控制器的特点 15
2.3.2 可编程控制器的选型 17
2.4运动控制系统接口信号线的连接 18
2.4.1 I/O口的分配 18
2.4.2伺服驱动器I/O连接信号线的说明 21
2.5运动控制系统的原理及组成 24
2.6本章小结 25
3 基于PID调节的运动控制系统程序设计 26
3.1运动控制系统主程序的设计 26
3.1.1运动控制系统主程序流程图 26
3.1.2加工前处理过程的程序设计 28
3.1.3主程序对子程序的调用 29
3.2 PID调节的基本原理 31
3.2.1 PID调节的基本原理 31
3.2.2可编程控制器PID算法简介 32
3.3模拟量PID控制子程序设计 34
3.3.1 PLC模拟量的输入和输出 34
3.3.2模拟量PID调节的原理 35
3.4纵向进给电机的PID控制程序设计 38
3.4.1 PLC的高速计数器和高速脉冲发生器 38
3.4.2 纵向进给电机的PID调节原理 38
3.5 本章小结 40
4 多股簧数控系统的计算机界面设计 41
4.1加工主界面的设计 41
4.2数值输入界面的设计 43
5 结论和展望 46
致谢 47
参考文献 48
摘 要
多股簧与单股螺旋弹相比，具有机械强度高，减振效果好，寿命和安全性较高等优点。因此主要用于对持久强度和安全性要求较高的场所，同时在民用系统也具有较大的应用潜力。但是多股簧制造工艺复杂，产品质量难以控制、制造成本较高，目前还主要用于有特殊要求的场合。因此，我们必须加强自主研发能力，研发出高精度和高生产效率的多股簧制造设备，生产出高质量的多股簧，从而满足我国国民生产和发展的需要。
本文通过分析国内外多股簧制造技术的现状，以及分析多股簧加工过程中的关键技术及难点，确定多股簧数控加工运动控制系统方案，建立基于“PC+PLC+伺服电机”的运动控制系统平台。在本文的设计中，主要分为三部分来研究，即运动控制系统中的硬件部分、软件部分以及计算机控制界面的设计。在运动控制中是通过伺服驱动器的模拟和脉冲输入指令实现对外层拧索电机、中层拧索电机和绕簧电机转速的控制。同时本文采用了S7-200的PID运算调节器，分别对各个伺服电机进行反馈调节，保证电机在运动调节过程中的平稳性。再次设计一个能在计算机界面上控制的软件，从而实现智能控制和监测。
本文设计的多股簧数控加工机床运动控制系统，在分析已有机床的基础上，对该机床的运动控制系统进行改造，满足了多股簧的产品质量和生产效率，并且成功降低了机床的制造成本，降低了工人的劳动强度。
关键词：多股螺旋弹簧，伺服驱动，PLC，PC
ABSTRACT
Stranded-wire helical spring has many predominant characters compared with single-wire helical spring. So it has been of great application value in many fields which require high permanence and safety. Furthermore, it also has important and potential value in civil use. However, the manufacturing technique of stranded-wire spring in our country is very strict. Therefore, it is critically important to strengthen the ability of self-developing and improve machining level and product quality of stranded-wire spring.
After analyzing the present manufacturing technology and key technologies in the manufacturing of stranded-wire spring, the whole control system are based on PC Programmable Logic Controller and servo motors. Three parts are researched in motion control system, which are the design of hardware, the design of software, and the design of computer interfaces. In the course of control,input order in driver controller is used to control the speed of motors to tweak outer wires , middle wires and stranded-wire spring.In order to make motion smooth, PID adjustor in S7-200 is used in the adjustment system. It can realize feedback adjustment on each motor.At last we design a software on the computer to realise the Intelligent control and monitoring.
The NC machining system of stranded-wire spring in this paper is not only able to solve relative technical difficulties, but also succeed to improve the quantity and productivity of stranded-wire spring, and depresses the work intensity of workers. Moreover, it can reduce the cost of NC machine，and is capable of achieving flexible manufacturing and satisfying the need of production and life in our country.
Keywords: Stranded-Wire Spring, Servo motors, PLC, PC
目 录
中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 数控技术的研究现状 1
1.2.1 数控技术的产生和发展 1
1.2.2现代数控关键技术 2
1.2.3 数控技术的前景趋势 3
1.3 多股簧概述 4
1.3.1 多股簧的类型 4
1.3.2 多股簧的结构与特性 4
1.3.3 多股簧的重要用途 5
1.4 多股簧制造技术国内外研究现状 7
1.4.1多股簧的制造方法 7
1.4.2 多股簧制造过程中的关键技术 7
1.4.3 国内外研究现状 9
1.5 论文研究内容 10
2多股簧数控机床运动控制系统方案研究 11
2.1多股簧加工过程理论基础 11
2.1.1多股簧的绕制方法 11
2.1.2多股簧加工过程中的速度匹配 12
2.2伺服控制系统的选择 13
2.2.1伺服控制的原理及组成 13
2.2.2 伺服系统的选取 13
2.3可编程控制器 15
2.3.1可编程控制器的特点 15
2.3.2 可编程控制器的选型 17
2.4运动控制系统接口信号线的连接 18
2.4.1 I/O口的分配 18
2.4.2伺服驱动器I/O连接信号线的说明 21
2.5运动控制系统的原理及组成 24
2.6本章小结 25
3 基于PID调节的运动控制系统程序设计 26
3.1运动控制系统主程序的设计 26
3.1.1运动控制系统主程序流程图 26
3.1.2加工前处理过程的程序设计 28
3.1.3主程序对子程序的调用 29
3.2 PID调节的基本原理 31
3.2.1 PID调节的基本原理 31
3.2.2可编程控制器PID算法简介 32
3.3模拟量PID控制子程序设计 34
3.3.1 PLC模拟量的输入和输出 34
3.3.2模拟量PID调节的原理 35
3.4纵向进给电机的PID控制程序设计 38
3.4.1 PLC的高速计数器和高速脉冲发生器 38
3.4.2 纵向进给电机的PID调节原理 38
3.5 本章小结 40
4 多股簧数控系统的计算机界面设计 41
4.1加工主界面的设计 41
4.2数值输入界面的设计 43
5 结论和展望 46
致谢 47
参考文献 48
