自動繞線機主要用于繞制、生產(chǎn)科研中使用的不同規(guī)格的微細線圈，比如傳動線圈、鉑銠合金絲材、鎢錸絲材等特種材料。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，越來越多的科研企事業(yè)單位在繞制細微絲產(chǎn)品時，都希望其生產(chǎn)設(shè)備性能穩(wěn)定、操作方便、功能齊全、外型美觀。但是，我國一些企業(yè)自主研制的繞線機在繞制細微漆包線和貴金屬細絲時，會遇到一些共同的問題，比如斷絲、排線不整齊、張力控制不穩(wěn)定等，它們嚴重影響了產(chǎn)品的性能。特別是低速繞制Ф0.05 mm 和外徑更小的微細絲材時，這些問題尤為突出。針對這種情況，我們介紹一款線圈繞線機，它能很好地解決這些問題，用它繞制的產(chǎn)品張力穩(wěn)定、排線整齊、外型美觀，外觀達到了“鏡面”的效果。
1 線圈工藝要求和主要技術(shù)指標
線圈骨架如圖 1 所示。通過精確定位夾具，保證了骨架的同心度和有效運行。在繞制線圈時，要求速度從 0 開始，緩慢勻速上調(diào)，保證繞線主軸在任何速度下都能穩(wěn)定、平滑、無抖動運行。在繞制Ф0.05 mm 的合金細微絲時，要保證其不斷絲，繞圈排線整齊、無刻傷、無明顯機械折痕、無壓疊，并且無斷開、堆槽、松散和設(shè)備故障等情況發(fā)生。其主要技術(shù)指標如表1 所示。
表 1 微細絲繞線機技術(shù)參數(shù)
排線線徑范圍/mm Ф0.05～0.2（0.05 工作線徑）
排線行程范圍/mm 0～99
可繞線圈直徑范圍/mm ≤100
排線初始位置重復精度/mm ≤0.02
工位數(shù) 2 工位
制動精度 0.1 匝
繞線模式 存儲 6 組
主軸轉(zhuǎn)速范圍/（r/min） 0～500（0～50 為工作速度） 無級調(diào)速
2 繞線機結(jié)構(gòu)組成
繞線機主要是由機架、繞線主軸機構(gòu)、排線機構(gòu)、繞線夾具、張力機構(gòu)和控制系統(tǒng)等組成。繞線機結(jié)構(gòu)示如圖 2 所示。
2.1 繞線主軸機構(gòu)
該設(shè)備是由三相交流異步電機帶動同步帶和傳動軸轉(zhuǎn)動的。這樣做，保證了繞線兩側(cè)主軸的轉(zhuǎn)動是等速和同步的。通過加工提高裝配精度，進而保證線模具同心和繞線質(zhì)量。
2.2 排線機構(gòu)
排線機構(gòu)一般采用步進電動機作為低速繞線機排線機構(gòu)的驅(qū)動源，主要采用步進電動機經(jīng)同步齒型帶驅(qū)動滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)或采用經(jīng)聯(lián)軸器驅(qū)動滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)的方式。本文采用的是第一種方式，即步進電動機經(jīng)同步齒型帶驅(qū)動滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)的形式。由于滾珠絲桿與步進電動機軸之間采用的是柔性連接方式，所以，對步進電動機機座定位面的要求和滾珠絲桿與導向桿件的裝配要求也相應(yīng)降低了。為了達到設(shè)計要求，采用復合排線法有針對性地改進了排線機構(gòu)。排線機構(gòu)的換向控制是控制繞制線圈質(zhì)量的關(guān)鍵。在設(shè)計中，可通過軟件控制異步電機在換向時速度與時間的配合，這樣就不會造成壓疊或松散等情況。
2.3 張力機構(gòu)
在繞制細微漆包線和貴金屬合金細絲時，由于線徑細，如果張力太大，就會斷絲或?qū)⒕�拉長，增大線圈的直流電阻；如果張力太小，就會出現(xiàn)亂排線現(xiàn)象，降低繞制品質(zhì)。因為該設(shè)備的放線張力器是固定在滾珠絲桿排線桿上的，所以，采用毛氈壓緊方式控制張力。在實際生產(chǎn)過程中，可在重要的工藝環(huán)節(jié)中增加張力裝置，以控制張力的大小，保證排線整齊、無壓疊、無松散，經(jīng)過細致的調(diào)節(jié)完全可以滿足不同線徑的需求。
生產(chǎn)線張力裝置如圖 3 所示。
2.4 控制系統(tǒng)
繞線機的控制核心采用的是可編程控制器，以人機交換界面為觸摸屏，執(zhí)行機構(gòu)為直流步進電機，主軸傳動機構(gòu)為變頻電機。如果能夠精確控制排線和繞線的主軸，就能保證繞制線線圈的精度。在此期間，主要執(zhí)行部件采用的是進口產(chǎn)品，具有響應(yīng)快、可靠性高的特點。控制系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容如圖 4 所示。
工作過程：啟動繞線編制程序，調(diào)出繞線參數(shù)，根據(jù)線徑大小和起始點調(diào)整參數(shù)和原點，固定繞線夾具和骨架，手動調(diào)線并固定。將電位器開關(guān)置于 0 速度的位置，待啟動按扭后，將速度由低到高勻速調(diào)試并執(zhí)行自動繞線。繞線工作流程如圖5 所示。
繞制貴金屬合金，比如Ф0.05 mm 的細微絲線時，對其的要求是密繞均勻、美觀、無斷線。具體的參數(shù)設(shè)置如表 2所示。
3 繞線機低速運動的設(shè)計
繞線機低速運動的設(shè)計如圖 6所示。
針對主軸轉(zhuǎn)速要求在 0～50 r/min 緩慢平滑上調(diào)，提出了以下設(shè)計方案：①根據(jù)機械傳動原理，采用同步帶 2 級傳動的運動方式改變速比，盡可能地降低起始轉(zhuǎn)速。②在以前的設(shè)計中，采用額定轉(zhuǎn)速為 2 800 r/min 的對極電機，但是，經(jīng)過一段時間的運行后，起始速度（繞線主軸）并非是由 0 緩慢勻速上調(diào)的，瞬間加速會拉斷試繞絲材。之后采用了額定轉(zhuǎn)速為 1 400 r/min的四極電機 YS6334 型。該繞線機采用變頻器控制電機作為驅(qū)動力，有效地保證了變頻器在低速狀態(tài)下對電機的穩(wěn)定控制。
③改變了線圈定位基座和自動線圈的連接。更換電機后，重新設(shè)計制作了定位基座，保證了線圈定位基座與電機端面連接的牢固性，且端面平整，避免了自動線圈連接后不能有效制動剎車的情況；同時，也保證了自動線圈運行的穩(wěn)定性。④設(shè)計制作主電機連接套。為了保證主軸與電機連接套的同心度，避免因摩擦造成運行不穩(wěn)定的情況，設(shè)計制作連接套并錐銷連接，裝配剎車阻力片、剎車片和同步帶輪。要保證剎車阻力片與自動線圈的裝配間隙為 0.8 mm，以便有效控制設(shè)備的啟、停柔性。
4 復合排線
在繞制細微線線圈時，一般采用兩種排線方式，即自由排線和強制排線。自由排線是靠線的張力和凸輪擺動來排線，只要調(diào)節(jié)得當，每匝線都能緊密排線。但是，調(diào)節(jié)起來比較困難，主要是在機械方面的調(diào)試量較大，并且穩(wěn)定性很差，合格率低。
強制排線是利用繞線主軸與排線絲桿軸做同步運動的技術(shù)，每繞 1 圈，排線機構(gòu)步進 1 個線徑的距離。在電子數(shù)控技術(shù)不斷發(fā)展的今天，這一點實施起來并不困難，只要事先設(shè)置好參數(shù)，不需要過多的調(diào)試即可繞線。
在實際繞制產(chǎn)品時，通常是將兩種方式復合，取長補短，以強制排線為主，自由排線為鋪。繞線時，排線電機帶動導線輪與繞線主軸同步運動，不過其擺動幅度比單獨采用強制排線時要小，需留出一定的余地讓自由排線發(fā)揮其排繞的特長。在排線時，如果出現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象，可以微調(diào)導向桿端面螺栓的左右位置，保證“鏡面”效果。
5 結(jié)論
我們在這里介紹的自動繞線機去除了傳統(tǒng)機械凸輪排線系統(tǒng)，通過簡化主機結(jié)構(gòu)優(yōu)化了控制系統(tǒng)，大大提高了其可靠性。生產(chǎn)現(xiàn)場的大量應(yīng)用證明，新設(shè)計的排線機構(gòu)系統(tǒng)還具有全自動繞線、排線等多種功能，大大提高了設(shè)備的自動化程度，繞制的絲材產(chǎn)品的質(zhì)量能夠滿足精密線圈的工藝要求，性能穩(wěn)定、可靠。
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