1、數(shù)控繞線機研制問題的提出
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, 以及各類電子設備都使用線圈。繞線機是用來繞制線圈的設備。在使用的各種繞線機中, 有最早的手工繞線,現(xiàn)在國內(nèi)繞線機已有了全自動繞線機、多功能繞線機、自動繞線機等產(chǎn)品。從線圈生產(chǎn)的上線、排線、饋線、到線圈繞制下線等, 都實現(xiàn)了過程自動化。從繞線機的控制形式上看, 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繞制多個線圈的系列產(chǎn)品。但這些先進的繞線機產(chǎn)品價格很高, 對中小型電機制造企業(yè)的繞線使用來說, 功能有比較大的冗余,價格太高, 一旦出現(xiàn)故障自己難以維修, 所以作者針對某中小型電機制造廠使用機械式繞線機的缺點,根據(jù)實際生產(chǎn)不需要排線的要求,研制成本低、功能滿足使用要求、簡單易學、操作方便的數(shù)控繞線機。
2、數(shù)控繞線機總體方案的制定
2.1 總體方案的制定
如圖 1 所示, 16 位單片機控制步進電機轉(zhuǎn)動, 通過一級齒輪降速把轉(zhuǎn)動傳遞到繞線軸, 當即將繞滿匝數(shù)時, 單片機控制抱閘制動器使線滾子制動。根據(jù)生產(chǎn)中小型電機的需要, 本繞線機繞線的直徑為0.8- 2mm, 最大可回旋直徑 220mm,不需要排線功能。
2.2 有關參數(shù)的選擇
①轉(zhuǎn)動脈沖當量的選擇: 轉(zhuǎn)動脈沖當量取決于負載精度, 將負載的最小分辨率( 當量) 換算到電機軸上, 即得步進電機的步距角。因繞線首尾重合為一匝, 選轉(zhuǎn)動脈沖當量 =0.5 度。
②步進電機選擇: 選步進電機步距角 0.6 度, 齒輪變速 Z1=25,Z2=30,模數(shù) m=1,繞線軸的轉(zhuǎn)動脈沖當量為:
φ=α/i=0.6/(30/25)=2.5( 度)
步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定, 我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負載, 而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。
直接起動時( 一般由低速) 二種負載均要考慮, 加速起動時主要考慮慣性負載, 恒速運行只要考慮摩擦負載。一般情況下, 靜力矩應為摩擦負載的 2- 3 倍為好。繞線最大張力經(jīng)機械式繞線機試驗為 3.4 千克,摩擦負載轉(zhuǎn)矩為 3.40～4.55Nm。
擇靜力矩一樣的步進電機, 由于電流參數(shù)不同,其運行矩頻特性差別很大, 可依據(jù)矩頻特性曲線圖,判斷電機的驅(qū)動電壓和電流。步進電機一般在較大范圍內(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, 步進電機的計算選擇步驟如圖 2 所示。
選擇 130BC3100 型步進電機, 三相六拍工作方式, 步距角 0.6 度, 驅(qū)動電流 8A, 高低驅(qū)動電壓 80 伏和 300 伏, 保持靜轉(zhuǎn)矩 11.76Nm, 滿足負載轉(zhuǎn)矩4.55Nm 的要求, 該步進電機運行頻率比較高,為15000Hz,矩頻特性比較好,在較高頻下輸出轉(zhuǎn)矩不下降。
③抱閘制動器的選擇: 制動器工作原理是利用摩擦副中產(chǎn)生的摩擦力矩來實現(xiàn)機械軸停止運轉(zhuǎn),引入抱閘制動器解決了停止繞線時, 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, 降低了勞動強度, 提高了產(chǎn)品質(zhì)量和材料利用率, 通過計算和比較選擇短行程電磁鐵雙瓦塊式制動器,制動器的型號為 JCZ200/15, 制動器上電磁鐵型號為 MZS1- 15, 線圈電壓為 380 伏三相交流電壓。
3 數(shù)控繞線機控制部分設計
3.1 數(shù)控繞線機步進電機控制部分設計
步進電機控制部分主要有如下功能: 人工通過鍵盤向微機輸入繞線匝數(shù)、輸入速度級數(shù), 開發(fā)控制程序定義鍵盤有運行鍵、暫停鍵, 開機首次繞線時,先輸入匝數(shù)和速度級數(shù)后, 按運行鍵則微機控制步進電機自動升速繞線, 當升速到要求的速度級數(shù)時就恒速運行, 當快到達要求的匝數(shù)時( 具體匝數(shù)實驗確定) 自動降速運行, 微機控制抱閘制動器抱閘, 到達要求的匝數(shù)則線模和金屬線滾子停止運轉(zhuǎn)。當再次繞同樣規(guī)格的線時只按運行鍵即可, 不用重復輸入匝數(shù)和速度級數(shù),框圖如圖 3 所示。
3.2 抱閘制動器控制設計
抱閘制動器控制為弱電控制強電設計, 其控制原理圖如圖 4 所示。微機并行輸出口D1 位發(fā)出高電平, J1 繼電器線圈帶電, 其常開觸點閉合, 電磁鐵線圈帶電, 實現(xiàn)抱閘; 微機并行輸出口 D2 位發(fā)出高電平, J2 繼電器線圈帶電, 其常閉觸點斷開, 電磁鐵線圈失電, 抱閘松開。
4 結(jié)論
本數(shù)控繞線機克服了機械式繞線機精度較差,效率較低的缺點, 降低了勞動強度, 提高了產(chǎn)品質(zhì)量, 具有設定匝數(shù)、顯示繞線信息、自動停機、暫停和線圈自動抱閘停轉(zhuǎn)等功能, 適用于各種中小型企業(yè)的繞線, 成本低、精度高、操作簡單方便、使用前景廣闊。
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