钢管自动倒棱系统的研究与开发

论文摘要

根据实际应用的需要,钢管应进行平端面加工,用于焊接的钢管还应进行倒焊接坡口的加工。倒棱机是钢管端面加工的专用设备。目前传统倒棱机的加工质量仍无法满足市场要求,而进口倒棱机价格昂贵,且安装周期长,因此,研发加工质量和生产能力均满足实际要求的新型国产倒棱机迫在眉睫。本文以“鞍钢股份无缝钢管厂φ180自动倒棱生产线的研制与开发”项目为背景,研究了钢管倒棱的工作原理,完成了倒棱机的总体方案设计:对其机械结构特别是倒棱主机做了详细的设计;用SINUMERIK 802D数控系统与工控机和PLC组成了倒棱机的控制系统;设计了SINUMERIK 802D数控系统应用程序、下位机PLC程序和上位机（工控机）监控程序。论文的具体内容安排如下:第一章主要通过介绍钢管端面倒棱加工的意义和工艺过程,阐述了开发钢管自动倒棱机的必要性,介绍了钢管自动倒棱机技术的研究现状和发展方向,提出了本文的主要研究内容。第二章根据自动倒棱系统基本功能和主要技术指标,提出了全自动倒棱机的总体设计方案,确定了各主要部件的功能和结构;并对系统运动控制进行了研究,提出了电气控制系统的方案。第三章设计了倒棱主机、辅机机械结构;计算了切削力并据此对主机主轴电机和伺服进给电机进行了选择。第四章对控制系统硬件结构进行设计,介绍了SINUMERIK 802D数控系统并研究了其伺服控制理论和方法;介绍了液压控制系统和S7-300 PLC主从控制结构在倒棱辅机中应用;在分析系统干扰源的基础上提出了相应的抗干扰措施。第五章根据实际工作要求,设计了SINUMERIK 802D数控系统倒棱应用程序、PLC控制程序和上位机监控软件。第六章对钢管自动倒棱系统的研制工作进行了总结,并对其进一步的开发研究做了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及来源
• 1.1.1 钢管制造过程和端面倒棱加工的意义
• 1.1.2 课题的来源
• 1.2 国内外钢管自动倒棱机技术研究现状和发展方向
• 1.2.1 钢管自动倒棱机技术的研究现状
• 1.2.2 钢管自动倒棱机技术的发展方向
• 1.3 课题研究的意义及主要内容
• 1.3.1 课题研究的意义
• 1.3.2 论文的主要内容
• 第二章 系统总体设计
• 2.1 系统设计要求
• 2.1.1 系统基本功能
• 2.1.2 主要技术指标
• 2.2 机械部分总体设计方案
• 2.2.1 工艺流程
• 2.2.2 总体布置
• 2.3 控制系统总体设计
• 2.3.1 系统动作控制分析
• 2.3.2 控制系统总体方案设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 机械部分设计
• 3.1 倒棱主机的设计
• 3.1.1 倒棱主机的结构
• 3.1.2 刀盘的设计
• 3.1.3 切削力的计算和电机的选择
• 3.2 倒棱辅机的设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 控制系统的研究及硬件设计
• 4.1 倒棱主机的控制研究
• 4.1.1 802D数控系统组成
• 4.1.2 802D实现主轴与进给轴同步
• 4.1.3 802D交流伺服控制结构
• 4.1.4 PMSM交流伺服控制系统数学模型
• 4.1.5 交流伺服控制环的优化调整
• 4.2 辅机及总体控制
• 4.2.1 钢管中心定位
• 4.2.2 液压控制系统
• 4.2.3 S7-300 PLC主从控制结构
• 4.3 干扰源及抗干扰措施
• 4.3.1 干扰源分析
• 4.3.2 抗干扰措施
• 4.4 本章小结
• 第五章 控制系统的软件实现
• 5.1 控制系统软件概述
• 5.2 SINUMERIK 802D倒棱主机控制软件设计
• 5.2.1 802D数控铣床PLC程序
• 5.2.2 自动倒棱数控程序
• 5.2.3 802D系统软故障分析及处理
• 5.3 PLC控制软件设计
• 5.3.1 PLC组态
• 5.3.2 PLC程序设计
• 5.4 上位机软件设计
• 5.4.1 上位机软件系统功能
• 5.4.2 上位机与下位机的通讯
• 5.4.3 上位机监控程序
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 相关工作展望
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 致谢