1、數(shù)控繞線機(jī)研制問題的提出
隨著電子電器工業(yè)的發(fā)展, 線圈的需求量越來越大、品種也越來越多, 從大型的電力變壓器、牽引電機(jī)繞組到充電用的微型線圈、節(jié)能燈具用線圈, 以及各類電子設(shè)備都使用線圈。繞線機(jī)是用來繞制線圈的設(shè)備。在使用的各種繞線機(jī)中, 有最早的手工繞線,現(xiàn)在國(guó)內(nèi)繞線機(jī)已有了全自動(dòng)繞線機(jī)、多功能繞線機(jī)、自動(dòng)繞線機(jī)等產(chǎn)品。從線圈生產(chǎn)的上線、排線、饋線、到線圈繞制下線等, 都實(shí)現(xiàn)了過程自動(dòng)化。從繞線機(jī)的控制形式上看, 從單一的開環(huán)控制發(fā)展到使用直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制, 已經(jīng)形成了由單軸繞制線圈到多軸同時(shí)繞制多個(gè)線圈的系列產(chǎn)品。但這些先進(jìn)的繞線機(jī)產(chǎn)品價(jià)格很高, 對(duì)中小型電機(jī)制造企業(yè)的繞線使用來說, 功能有比較大的冗余,價(jià)格太高, 一旦出現(xiàn)故障自己難以維修, 所以作者針對(duì)某中小型電機(jī)制造廠使用機(jī)械式繞線機(jī)的缺點(diǎn),根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)不需要排線的要求,研制成本低、功能滿足使用要求、簡(jiǎn)單易學(xué)、操作方便的數(shù)控繞線機(jī)。
2、數(shù)控繞線機(jī)總體方案的制定
2.1 總體方案的制定
如圖 1 所示, 16 位單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng), 通過一級(jí)齒輪降速把轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到繞線軸, 當(dāng)即將繞滿匝數(shù)時(shí), 單片機(jī)控制抱閘制動(dòng)器使線滾子制動(dòng)。根據(jù)生產(chǎn)中小型電機(jī)的需要, 本繞線機(jī)繞線的直徑為0.8- 2mm, 最大可回旋直徑 220mm,不需要排線功能。
2.2 有關(guān)參數(shù)的選擇
①轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖當(dāng)量的選擇: 轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖當(dāng)量取決于負(fù)載精度, 將負(fù)載的最小分辨率( 當(dāng)量) 換算到電機(jī)軸上, 即得步進(jìn)電機(jī)的步距角。因繞線首尾重合為一匝, 選轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖當(dāng)量 =0.5 度。
②步進(jìn)電機(jī)選擇: 選步進(jìn)電機(jī)步距角 0.6 度, 齒輪變速 Z1=25,Z2=30,模數(shù) m=1,繞線軸的轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖當(dāng)量為:
φ=α/i=0.6/(30/25)=2.5( 度)
步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定, 我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載, 而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。
直接起動(dòng)時(shí)( 一般由低速) 二種負(fù)載均要考慮, 加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載, 恒速運(yùn)行只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下, 靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的 2- 3 倍為好。繞線最大張力經(jīng)機(jī)械式繞線機(jī)試驗(yàn)為 3.4 千克,摩擦負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 3.40～4.55Nm。
擇靜力矩一樣的步進(jìn)電機(jī), 由于電流參數(shù)不同,其運(yùn)行矩頻特性差別很大, 可依據(jù)矩頻特性曲線圖,判斷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓和電流。步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的, 一般只用力矩來換算功率, 力矩與功率換算如下: 根據(jù)功率 P=ωM,ω=2πn/60, ω 為角速度, 單位為弧度 / 秒, n 為轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn) / 分, 所以 P=2πnM/60,其中 P 為功率, 單位為瓦,M為力矩, 單位為牛頓米。綜上所述, 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算選擇步驟如圖 2 所示。
選擇 130BC3100 型步進(jìn)電機(jī), 三相六拍工作方式, 步距角 0.6 度, 驅(qū)動(dòng)電流 8A, 高低驅(qū)動(dòng)電壓 80 伏和 300 伏, 保持靜轉(zhuǎn)矩 11.76Nm, 滿足負(fù)載轉(zhuǎn)矩4.55Nm 的要求, 該步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率比較高,為15000Hz,矩頻特性比較好,在較高頻下輸出轉(zhuǎn)矩不下降。
③抱閘制動(dòng)器的選擇: 制動(dòng)器工作原理是利用摩擦副中產(chǎn)生的摩擦力矩來實(shí)現(xiàn)機(jī)械軸停止運(yùn)轉(zhuǎn),引入抱閘制動(dòng)器解決了停止繞線時(shí), 因線滾子慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)散線劃傷線表面絕緣層, 省去了人工控制, 降低了勞動(dòng)強(qiáng)度, 提高了產(chǎn)品質(zhì)量和材料利用率, 通過計(jì)算和比較選擇短行程電磁鐵雙瓦塊式制動(dòng)器,制動(dòng)器的型號(hào)為 JCZ200/15, 制動(dòng)器上電磁鐵型號(hào)為 MZS1- 15, 線圈電壓為 380 伏三相交流電壓。
3 數(shù)控繞線機(jī)控制部分設(shè)計(jì)
3.1 數(shù)控繞線機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制部分設(shè)計(jì)
步進(jìn)電機(jī)控制部分主要有如下功能: 人工通過鍵盤向微機(jī)輸入繞線匝數(shù)、輸入速度級(jí)數(shù), 開發(fā)控制程序定義鍵盤有運(yùn)行鍵、暫停鍵, 開機(jī)首次繞線時(shí),先輸入匝數(shù)和速度級(jí)數(shù)后, 按運(yùn)行鍵則微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)升速繞線, 當(dāng)升速到要求的速度級(jí)數(shù)時(shí)就恒速運(yùn)行, 當(dāng)快到達(dá)要求的匝數(shù)時(shí)( 具體匝數(shù)實(shí)驗(yàn)確定) 自動(dòng)降速運(yùn)行, 微機(jī)控制抱閘制動(dòng)器抱閘, 到達(dá)要求的匝數(shù)則線模和金屬線滾子停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)再次繞同樣規(guī)格的線時(shí)只按運(yùn)行鍵即可, 不用重復(fù)輸入匝數(shù)和速度級(jí)數(shù),框圖如圖 3 所示。
3.2 抱閘制動(dòng)器控制設(shè)計(jì)
抱閘制動(dòng)器控制為弱電控制強(qiáng)電設(shè)計(jì), 其控制原理圖如圖 4 所示。微機(jī)并行輸出口D1 位發(fā)出高電平, J1 繼電器線圈帶電, 其常開觸點(diǎn)閉合, 電磁鐵線圈帶電, 實(shí)現(xiàn)抱閘; 微機(jī)并行輸出口 D2 位發(fā)出高電平, J2 繼電器線圈帶電, 其常閉觸點(diǎn)斷開, 電磁鐵線圈失電, 抱閘松開。
4 結(jié)論
本數(shù)控繞線機(jī)克服了機(jī)械式繞線機(jī)精度較差,效率較低的缺點(diǎn), 降低了勞動(dòng)強(qiáng)度, 提高了產(chǎn)品質(zhì)量, 具有設(shè)定匝數(shù)、顯示繞線信息、自動(dòng)停機(jī)、暫停和線圈自動(dòng)抱閘停轉(zhuǎn)等功能, 適用于各種中小型企業(yè)的繞線, 成本低、精度高、操作簡(jiǎn)單方便、使用前景廣闊。
精密平行繞線機(jī)
精密環(huán)型繞線機(jī)
自動(dòng)飛叉繞線機(jī)
全自動(dòng)設(shè)備系列
精密線圈
包膠線圈
精密馬達(dá)線圈
空芯線圈
變壓器線圈