毛线绕线机开题报告.doc

毛线绕线机开题.doc 嘉兴学院南湖学院毕业,论文,开题报告 题目: 步进电动驱动绕线机的设计 专业: 班级: 姓名: 1、选题的背景、意义 随着我国经济的蓬勃发展，国民经济各领域对纺织产品的需求日益扩大，纺织制造业对丝线、毛线的质量要求也越来越高。丝线、毛线的质量好坏、直接关系到下道工序能否顺利进行，特别是超细规格的丝线、毛线制成品对卷取排线的质量要求很高;为在绕排过程中使丝线、毛线疏密均匀、松紧适度、整齐美观的 [1]排列在工字盘上，必须保持张力受限下的恒线速度卷取。目前国内使用的绕线机械，卷取主轴多用力矩电机驱动，排线机构与主轴采用机械齿合传动的硬耦合连接，通过丝杠或光杆带动导线器左右平移、依靠齿轮或电磁铁的离合动作实现换向，达到往复排线的工艺要求。这种纯机械耦合机构存在零件加工和装配复杂、 [2]因频繁换向导致机械磨损大、噪声大、排线精度降低。 此外，由于丝线的规格品种繁多，每次改变品种规格、都要重新调整绕线机的机械参数，甚至更换机械零件，一套排线机构无法同时满足对不同规格丝线的绕排线需要。基于此，我们提出了本课题的研究。 本文介绍一种新型绕线装置，利用先进的数字控制技术，将绕线主轴的卷取传动与排线器的往复传动机械解耦，分别用两只电机独立驱动、实现对绕线与排线轴的柔性连接。两只电机的速度控制设置成主一从方式，即:排线步进电机作为从动机，其转速跟随绕线主轴电机同步运行。采用FX2N一32MT可编程序控制器、脉冲测速码盘及光电传感器控制，检测步进电机的工况，实现了计算机数字控制和柔性化参数设置。新系统具有:稳定、准确、灵活、快速的特点，适用于对各种规格丝线的绕排线控制。 2、相关研究的最新成果及动态 绕线机发展经历了多次技术革新，从早期的手摇式绕线机到现在的采用高精度控制系统的全自动型，不光是效率和性能得到了大幅的提升，线圈绕线机的自动化程度也越来越高。在整个线圈绕线机发展历程中大致可分为三个阶段。即简易控制系统，CNC控制系统、伺服高精度控制三个阶段。 一、简易控制系统 该系统应用于早期的简易数控线圈绕线机中，功能非常简单，仅能实现电子计数，产量累计、主轴正反向控制等简易功能，核心控制单元一般都采用单片机。 二、CNC控制系统 CNC控制系统，也就是我们日常所说的全自动数控绕线机，经过了几年的技术消化和投入，CNC控制器是目前线圈绕线机使用最多的控制器，其优越的扩展性能使CNC线圈绕线机的分类非常多，有单轴，多轴等。 三、伺服高精度控制系统 高精度控制系统的出现是为了满足现代高品质漆包线线圈的要求，由于系统采用了双伺服加PLC的设计，其控制精度要远远高于普通线圈绕线机的，PLC控制单元使绕线机的功能自定义性更强，常用于超细线的线圈加工和高精度要求的 [3]线圈加工。 2.1、国内绕线机的发展状况 目前我国绕线机行业处于非常困难的时期，如何才能使整个行业从技术的互相模仿与残酷的价格战等困境中脱身而出,从业企业只有放下急于求成的心态，从基础理论、新技术研发等领域出发，一丝不苟地修炼自己的自主创新能力。 绕线机结合了机械、传动、电气控制等多方面的技术，所以基础理论研究是开发新技术的基础，只有核心技术的发展才能推动绕线设备的进步，各方面为技术开发做努力，这样才会使我国的绕线设备逐步走上自主创新的道路。 国产的绕线机自动化水平低、控制手段落后是普遍存在的问题。只能应用于绕线要求相对不高的场合，高端设备都有日本、瑞士、德国等进口设备占领市场，而国产设备只能在很小的市场份额里以低价来争得客户， 我国绕线机市场目前处于高速发展的时期，相反我国的绕线机生产企业的处境却相当的艰难，不难看出，极大的市场份额都是进口设备，在国内市场获得高利润的回报，在新机 型的开发上就有了强大的资金保障，而我们国内企业的销售利润偏低，去掉销售环节中存在的费用，留给企业的回报已经所剩无及了，所以不断的提升自主创新 [4]能力，才能市场份额较大的中高端市场，来打破目前的艰难局面。 2.2、绕线机的发展趋势 绕线机是纺织业中的主要加工设备，绕线机的质量、数量及自动化水平，直接影响整个纺织业的发展;绕线机的自动化水平对提高生产效率和产品质量，减轻操作人员的体力劳动等方面都起到极为重要的作用。 先进的机械制造技术能在很大程度上提高绕线机的自动化水平。机械制造技术是研究产品设计、生产、加工制造、销售使用、维修服务乃至回收再生的整个过程的工程学科,是以提高质量、效益、竞争力为目标,包含物质流、信息流和能量流的完整的系统工程。随着社会的发展,人们对产品的要求也发生了很大变化,要求品种要多样、更新要快捷、质量要高档、使用要方便、价格要合理、外形要美观、自动化程度要高、售后服务要好、要满足人们越来越高的要求,就必须采用先进的机械制造技术。 (1) PLC在绕线设备中的应用 PLC具有很强的抗干扰能力及高可靠性，这点对绕线设备非常重要，设备的稳定性很大程度上依赖于电气控制系统的稳定性，PLC和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障率也就大大降低了;如今的绕线设备由于加工特性的关系，其控制功能和要求都不相同，PLC很好的满足了设备的要求，如今功能单元大量出现，使PLC可以同时应用于位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中，在研发绕线设备时通常都需要定制控制系统，由于PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线， [11]使控制系统设计及建造的周期大为缩短。在绕线设备中控制系统中PLC的使用情况大致可归纳为如下几类: 1、开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制。 2、模拟量控制 在绕线设备生产过程当中，有许多连续变化的量，如速度、圈数、排线杆位置等都是模拟量，PLC将以上数据采集后加以运算。 3、运动控制 如今的绕线机都配置有步进电机或伺服电机，可以通过PLC直接对这些执行 [5]单元进行驱动控制。 (2) 测试和测量系统在绕线机中的运用 测试技术是测量和实验技术的统称。在现代机电设备的研发和创新设计、老产品改造以及机电产品全寿命的各个过程的研究中，实验研究是必不可少的环节。在工程试验中，需要进行各种物理量的测量，以得到准确的定量结果。当然，不仅是各类工程试验需要测量，机器和生产过程的运用监测、控制和故障诊断也 [6]需要在线测量。这时，测量系统大多就是机器和生产线的重要组成部分。 (3) 机电一体化在切带机中的应用 机电一体化是随着生产和技术的发展，在以机械、电子技术等为主的多门技术学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术科学。性能上，向高精度、高生产效率、高性能、智能化的方向发展。功能上，向小型化、轻型化、多功能化方向发展。通过机电一体化技术的运用使得整体结构最优化、系统控制智能化、操作性能柔性化。通过测试系统、自动控制系统、伺 [7]服系统达到机电一体化的目的。 3、课题的研究内容及拟采取的研究方法(技术路线)、研究难点及预期达到的目标 3.1、研究内容 本课题的主要研究内容是利用CAD软件来进行绕线机设计开发，根据企业需求设计出一台步进驱动自动绕线机。在整个设计过程中，采用CAD软件来实现该机床各零件的实体建模设计及装配，并在产品设计及装配过程中，辅以必要的理论计算，将参数化设计与理论计算结合起来，从而大大缩短产品设计研发周期，提高机床设计的准确性以及可行性，降低产品设计研发的成本。 图1中，M1为主牵引电动机、由变频器1驱动，牵引线速度通过触摸屏数字设定值决定;M2为绕线收卷电动机、由变频器2驱动，卷取转速由数字控制器的输出决定。为保证恒线速度收线，引入张力检测变量，数字控制器综合线速度给定和张力反馈信号，根据恒线速度收卷数学模型，控制变频器2的输出频率按层递减。由于收卷辊速度跟随主令电机，而主令电机以设定的恒定线速度运行，因此收卷辊的运行线速度与主令电机同步，亦以恒定线速度运行。铜丝连续卷绕到收卷辊上，其卷径D呈离散递增变化，因此驱动收卷辊电机的转速要相应递减， [8]才能维持恒线速度收卷，以达到和主令牵引电机同步运行的目的。 与传统绕线机的绕线一排线机构相比，本设计的新颖之处在于将绕线主轴传动与往复排线机构的机械联接完全解耦，2轴分别采用主轴卷取交流电机(M2)和排线步进电机(SM)独立驱动，2只电机的速度控制设置成主一从方式，步进电机转速即与主轴电机保持同步运行、又可根据铜丝直径单独设置，实现了计算机数字控制和柔性化参数调整与设置，使一套绕线机无须更换或调整任何机械参数，最大限度适应对各种型号的丝线。 3.2、预期达到的目标 利用PLC丰富、灵活的编程指令，可预先编制卷取速度控制程序，并写入PLC的ROM中。生产中只要设定不同规格的针布片厚、用脉冲旋转编码器PG检测线速度口、并计数换层信号，PLC就可按预先编制的程序控制卷取速度咒，达到恒线速度卷取的目的。由于步进电机可直接数字控制，无需反馈以速度开环方式工作，无累积定位误差，控制精度高，因此被广泛用于数字控制系统和计算机控制系统。而可编程序控制器(PLC)是一种适于工业现场控制的、由单片计算机(CPU)、外围大规模集成电路(LSI)、系统软件及I,O接口等构成的新型控制器，用户通过软 [9]件设计，可实现以往难以实现的各种复杂逻辑控制。与通用PC机或单片机构成 的系统相比，PLC具有:可靠、抗扰能力强、编程简单等优点，已成为替代传统 [10]继电接触器控制线路的升级换代产品。因此，本系统采用以PLC为控制核心、交流电机和步进电动机为执行元件、脉冲旋转编码器和光电传感器为检测元件的新型系统，实现了卷取排丝的计算机数字控制。 利用先进的触摸屏、PLC、变频器和步进电机构成的绕线机数字控制系统具有传统机械耦合式绕线排线系统无法比拟的优点，实现了工艺参数或规格变化下的柔性调整与控制，系统具有控制精度高、操作简单、运行平稳、无噪音等优点，可实现各种规格丝线的恒张力、等间距、整齐、均匀的绕丝排丝。 4、研究工作详细工作进度和安排 5、参考文献 [1] 惠晶. 绕线机步进驱动自动控制系统.电气传动，2005 [2] 惠晶，陈剑，吴雷等(基于卷径参数的卷染机自适应速度控制系统[J](电 气传动，2003，33(6):8,11 [3] 百度知道.线圈绕线机的发展史[OL]. [4] 百度知道.国内绕线机行业的技术发展现状[OL]. [5] 百度知道. PLC在绕线设备中的应用[OL]. [6] 黄长艺.机械工程测试技术基础[M].机械工业出版社.2006:1-2. [7] 曾励.机电一体化系统设计[M].高等教育出版社.2004:1-84. [8] 綦建(QYC专用绕线机的计算机控制系统[J](电气传动，1997，Z7(5):32,35 [9] 胡学领.绕线机的数字化改进[J].中小型电机，2000年02期 [10] 方天红.全自动绕线机单片机控制系统的设计与开发, 2004 [11] 林锦实，LIN Jin-shi.基于PLC的绕线机自动控制系统.机电工程技术,2009