自動繞線機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品，在電子電氣行業(yè)運(yùn)用廣泛，它的功能是將線狀物體（如漆包線）纏繞在特定工件上。在電動機(jī)、變壓器、揚(yáng)聲器等各類電氣產(chǎn)品中，內(nèi)部含有的各式各樣的線圈都是由繞線機(jī)繞制 ，而線圈繞制的精度直接影響到其作為電感類元器件的電氣參數(shù)，進(jìn)而影響到相應(yīng)電氣產(chǎn)品的整體質(zhì)量。目前市場上常見的繞線機(jī)都是采用步進(jìn)電機(jī)提供動力，并以 PLC 或單片機(jī)控制核心。步進(jìn)電機(jī)有個(gè)很嚴(yán)重的問題是容易產(chǎn)生累積誤差 ，導(dǎo)致出現(xiàn)排線不緊密、重疊、張力不均勻等現(xiàn)象。本文所述繞線機(jī)以單片機(jī)作為控制核心 ，采用運(yùn)動精度更高的交流伺服電機(jī)作為動力源 ，提高了繞線精度。
1 系統(tǒng)方案
這里所述繞線機(jī)系統(tǒng)技術(shù)特色是在精密機(jī)械裝置的基礎(chǔ)上 ，利用單片機(jī)結(jié)合兩套交流伺服電機(jī)系統(tǒng)的方案，避免了在高精度運(yùn)動控制中單片機(jī)進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算 ，單片機(jī)僅需負(fù)責(zé)兩軸協(xié)調(diào)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)繞排線高精度控制。
1.1 繞線機(jī)的機(jī)構(gòu)和原理
龍鑫繞線機(jī)的工作示意圖如圖1 所示。繞線機(jī)的機(jī)械運(yùn)動分為兩個(gè)完全獨(dú)立的運(yùn)動 ，一個(gè)是主軸運(yùn)動 ，另一個(gè)是排線運(yùn)動。
其中主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 ，即繞線模具隨主軸伺服電機(jī)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 ，使漆包線在繞線模具上繞制；排線運(yùn)動 ，即漆包線沿繞線模具的軸向做點(diǎn)動直線運(yùn)動，通過控制排線軸的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線輪左右往復(fù)運(yùn)動。漆包線能夠緊密而均勻地繞制在繞線模具上 ，其工作原理是當(dāng)主軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周時(shí) ，排線軸帶動絲桿上導(dǎo)線輪平移一個(gè)線徑的單位。主軸和排線軸的同步性決定了繞線的質(zhì)量。
1.2 繞線機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理
繞線機(jī)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，該系統(tǒng)主要由單片機(jī)、交流伺服電機(jī)及驅(qū)動、LCD、鍵盤組成。設(shè)計(jì)的雙伺服（主軸、排線軸各一套伺服電機(jī)）系統(tǒng) ，主要原理是：單片機(jī)以脈沖的形式向伺服驅(qū)動器發(fā)送控制信號 ，伺服驅(qū)動器利用編碼器發(fā)回的反饋信號，再通過其內(nèi)部的算法對電機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確的位置和速度控制。單片機(jī)通過對編碼器的讀取及處理 ，發(fā)出相應(yīng)的控制指令 ，實(shí)現(xiàn)整個(gè)繞線功能。
1.3 繞線軸電機(jī)旋轉(zhuǎn)伺服控制
根據(jù)電機(jī)的啟動特性 ，在啟動電機(jī)時(shí)必須保證有一定大小的力矩 ，因此單片機(jī)發(fā)送脈沖頻率大小的變化趨勢是由零開始逐漸增大并趨于穩(wěn)定的過程。脈沖頻率的變化曲線大致為一條拋物線，在轉(zhuǎn)速低時(shí) ，頻率變化快 ；轉(zhuǎn)速高時(shí) ，頻率變化慢并趨于平穩(wěn)。單片機(jī)根據(jù)參數(shù)設(shè)定，自動形成運(yùn)動控制曲線 ，同時(shí)對繞線圈數(shù)進(jìn)行控制。
1.4 排線往返直線運(yùn)動伺服控制
根據(jù)繞線原理 ，排線軸與繞線軸是以一定的速度比同步運(yùn)動的，因此單片機(jī)兩軸電機(jī)發(fā)送的控制脈沖的頻率也成一定的比例并同步。排線軸轉(zhuǎn)速依據(jù)繞線軸轉(zhuǎn)速 ，實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)送脈沖數(shù)。排線軸用于傳動的滾珠絲桿存在著機(jī)械系統(tǒng)死區(qū) ，要保證位置上的同步 ，必須對排線軸進(jìn)行脈沖補(bǔ)償。補(bǔ)償?shù)臅r(shí)機(jī)可選擇在排線軸反轉(zhuǎn)的時(shí)候，因?yàn)闄C(jī)械系統(tǒng)的死區(qū)主要源于零部件的間隙 ，而反向時(shí)間隙的影響最大。具體根據(jù)δc=Phδ/2πi（式中 δc 為死區(qū)誤差 ，Ph 為絲杠導(dǎo)程 ，δ為傳動副傳動間隙量 ，i 為傳動副至絲杠的傳動比），換算成脈沖數(shù)后補(bǔ)償發(fā)送。
2 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的程序流程如圖 3，單片機(jī)初始化后 ，通過讀取伺服電機(jī)編碼器反饋信號獲得兩軸的位置參數(shù)，進(jìn)而設(shè)定兩軸的轉(zhuǎn)速 ，使之協(xié)調(diào)同步。設(shè)定轉(zhuǎn)速即設(shè)定脈沖的發(fā)送頻率。K 是設(shè)定的單層的線圈匝數(shù) ，若繞線匝數(shù)達(dá)到 K 時(shí) ，單片機(jī)要控制兩軸運(yùn)動減速到停止。
3 結(jié)論
實(shí)驗(yàn)證明龍鑫的繞線機(jī)系統(tǒng)能夠完成精密繞線的功能 ，工作穩(wěn)定可靠 ，繞制的線圈均勻緊密。加之開發(fā)周期短，成本低等優(yōu)點(diǎn) ，有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。
精密平行繞線機(jī)
精密環(huán)型繞線機(jī)
自動飛叉繞線機(jī)
全自動設(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