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學(xué)號(hào)：10406329 常州大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述 （2014屆） 題 目 線圈放線機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 生 王持濤 學(xué) 院 懷德學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) 機(jī)制（懷）010 校內(nèi)指導(dǎo)教師 孫波 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 講師 校外指導(dǎo)老師 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 二○一三年十一月 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述 題目：線圈放線機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、前言 1．課題研究的意義；國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 1.1課題研究的意義 目前電源線的傳統(tǒng)捆扎一般都是完全靠手工操作，這種方式效率低、繞線質(zhì)量參差不齊、人力成木高，勞動(dòng)強(qiáng)度大。電源線繞線扎線機(jī)是一種電線繞線和捆扎機(jī)器，尤其是對(duì)各種電器的電源線進(jìn)行繞線和扎線，代替了傳統(tǒng)的人工繞線和捆扎。電源線繞線扎線控制系統(tǒng)采用PLC模塊、交流步進(jìn)控制系統(tǒng)和觸摸屏相結(jié)合的方式可使電控系統(tǒng)簡潔緊湊，控制系統(tǒng)故障率低，軟硬件模塊維護(hù)方便，從而實(shí)現(xiàn)電源線繞扎的高程度自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成木，適合應(yīng)用于流水線進(jìn)行生產(chǎn)。 繞線機(jī)主要用于AC, DC電機(jī)，傳感器機(jī)芯等電器線圈的繞制，是電子工業(yè)中重要專用設(shè)備。隨著電子電器工業(yè)的迅速發(fā)展，線圈的需求量越來越大、品種越來越多、要求也越來越高。老式繞線機(jī)使用時(shí)存在匝數(shù)記數(shù)不清，繞制細(xì)微漆包線時(shí)無法整齊排線，繞線張力無法控制等問題，這些嚴(yán)重影響了繞線的質(zhì)量。本文旨在從繞線機(jī)的控制形式上改善繞線質(zhì)量，提高繞線機(jī)的可靠性。跟蹤自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，雙飛叉繞線機(jī)控制系統(tǒng)采用PLC:模塊、交流伺服控制系統(tǒng)和觸摸屏相結(jié)合的方式可使電控系統(tǒng)簡潔緊湊，控制系統(tǒng)故障率低，軟、硬件模塊便于修改和維護(hù)，可大大提高生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)流水線的監(jiān)控生產(chǎn)。繞線機(jī)作為電子工業(yè)專用設(shè)備之一，在我國已生產(chǎn)和使用了多年，改革開放以來，我國元器件廠也引進(jìn)了許多國外的繞線機(jī)常見的有平行繞線機(jī)、環(huán)行繞線機(jī)及各種特種繞線機(jī)等在繞制細(xì)微漆包線時(shí)，這些機(jī)器都會(huì)遇到共同的問題，如無法達(dá)到整齊排線，繞線張力無法控制等，特別是繞制0 lmm以下的一些音圈、傳感器機(jī)芯等線圈時(shí)，問題尤為突出。針對(duì)這種情況，我們研制了這種適用于細(xì)微漆包線的繞線機(jī)，很好地解決了這個(gè)問題，用它繞制的磁電式測(cè)振傳感器機(jī)芯線圈，張力穩(wěn)定，線圈直流電阻一致性好，排線整齊，外觀達(dá)到了“鏡面”效果。 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 繞線機(jī)在電子電器行業(yè)運(yùn)用十分廣泛，它是將線狀的物體纏繞到特定的工件上的機(jī)器，例如在生產(chǎn)環(huán)形變壓器時(shí)，繞線機(jī)的任務(wù)就是將銅線繞制成線圈后套到變壓器的鐵芯柱上。目前市場(chǎng)上對(duì)繞線機(jī)的控制常見的有兩種，一種是由PLC控制，另一種是由單片機(jī)控制，本文采用的是由單片機(jī)控制繞線機(jī)這種方式，它可以實(shí)現(xiàn)繞線機(jī)工作狀態(tài)的自動(dòng)控制和精確控制，精確控制體現(xiàn)在精密排線和閉環(huán)反饋檢測(cè)系統(tǒng)，精密排線通過單片機(jī)發(fā)出CP脈沖和方向信號(hào)，準(zhǔn)確控制步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)和跳段等工作狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)。閉環(huán)反饋檢測(cè)是將光電計(jì)數(shù)器測(cè)出電機(jī)轉(zhuǎn)速，發(fā)出計(jì)數(shù)脈沖送到單片機(jī)控制系統(tǒng)，再通過變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速。除此之外，單片機(jī)繞線機(jī)體積小、價(jià)格低、自動(dòng)化程度高、控制精確、能節(jié)省許多人力、物力、財(cái)力，能很好的滿足機(jī)電產(chǎn)品對(duì)繞組質(zhì)量的高要求，具有良好的推廣市場(chǎng)和廣闊的發(fā)展前景。 國內(nèi)立式繞線機(jī)技術(shù)處于起步階段，技術(shù)較為薄弱，品種也很少，主要用于繞制大型變壓器線圈，生產(chǎn)廠家主要有沈陽電工、西安啟源等，還沒有專門用于繞制大容量并聯(lián)空心電抗器的立式繞線機(jī)。 2．課題的研究目標(biāo)、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題 2.1課題的研究目標(biāo)、內(nèi)容 隨著生產(chǎn)自動(dòng)化和無人化以及批量化的發(fā)展，越來越多的生產(chǎn)環(huán)節(jié)使用自動(dòng)化機(jī)器操縱。本次課題是針對(duì)ABB公司在生產(chǎn)變壓器線圈時(shí)，需要將原始線圈通過一個(gè)放線裝置將線圈按照合理的速度放線，在這個(gè)過程中要求線圈速度既不能過快也不能過慢，過快會(huì)導(dǎo)致線圈打結(jié)無法順利切削，過慢會(huì)使線圈拉力增大，如何使線圈保持在一個(gè)合理的速度變化范圍之內(nèi)是本次設(shè)計(jì)所要解決的重點(diǎn)也是難點(diǎn)問題。 通過PLC裝置控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而獲得一個(gè)較穩(wěn)定的放線速度，同時(shí)對(duì)放線過快或者過慢能夠報(bào)警，從而調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。 2.2擬解決的關(guān)鍵問題 動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)變壓器線圈放線裝置的設(shè)計(jì)以及如何利用PLC控制裝置來實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。 二、設(shè)計(jì)方案的確定 1．方案的原理、特點(diǎn)與選擇依據(jù) 1.1原理 繞線扎線系統(tǒng)包含繞線單元、取線單元、抓線單元、送扎帶單元，扭線單元，原理如圖1所示。首先根據(jù)需要在觸摸屏上設(shè)定好繞線的圈數(shù)、送扎帶長度，左右行程的速度以及扭線的圈數(shù)，然后將線的一頭固定在繞線裝置上，啟動(dòng)開始按鈕，就可以全自動(dòng)完成完成電線的繞線和扎線。 工作過程為:繞線~取線~送扎帶~送線~扭扎帶~結(jié)束。 開機(jī)啟動(dòng)后，繞線電機(jī)通過傳動(dòng)帶帶動(dòng)繞線盤，繞線完畢后;取線爪通過氣缸驅(qū)動(dòng)向卜運(yùn)行，取線爪合攏取線，取傳動(dòng)電機(jī)通過傳動(dòng)帶驅(qū)使兩個(gè)機(jī)械手移動(dòng)裝置向左移動(dòng)(兩個(gè)機(jī)械手移動(dòng)裝置是連動(dòng)的)，在兩個(gè)機(jī)械手移動(dòng)裝置在左移的過程中，送扎帶電機(jī)驅(qū)動(dòng)送扎帶滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)扎帶導(dǎo)輪向右出扎帶，到達(dá)規(guī)定扎帶長度時(shí)，切扎帶刀動(dòng)作，規(guī)定長的扎帶剛好送到抓線爪上面的橡皮條上。當(dāng)取線爪的機(jī)械手移動(dòng)裝置向左移動(dòng)到抓線爪的正上方時(shí)停卜來，取線爪通過氣缸驅(qū)動(dòng)向卜送線，抓線爪上的橡皮條受到繞好的線的壓力而向卜彎曲，橡皮條上的扎帶也彎曲，抓線爪合攏露出扎帶兩頭等待扭線夾扭扎帶(同時(shí)取線爪也張開)，然后氣缸驅(qū)動(dòng)取線爪向上回升。傳動(dòng)電機(jī)通過傳動(dòng)帶驅(qū)使兩個(gè)機(jī)械手移動(dòng)裝置向右移動(dòng)(兩個(gè)機(jī)械手移動(dòng)裝置是連動(dòng)的)。當(dāng)扭線夾的機(jī)械手移動(dòng)裝置向左移動(dòng)到抓線爪的正上方時(shí)停卜來(取線爪也正好在繞線盤的正上方停卜來，這時(shí)候如果又有繞線完畢的話，取線爪又可以向卜去取線進(jìn)行卜一次的扎線)，扭線夾通過氣缸驅(qū)動(dòng)向卜運(yùn)行;接著扭線夾夾緊扎帶，扭線電機(jī)驅(qū)動(dòng)扭線夾進(jìn)行扭扎帶，扭線夾扭完線后，抓線爪松開，扭線夾通過氣缸馬區(qū)動(dòng)向上回升。傳動(dòng)電機(jī)通過傳動(dòng)帶驅(qū)使兩個(gè)機(jī)械手移動(dòng)裝置向左移動(dòng)(兩個(gè)機(jī)械手移動(dòng)裝置是連動(dòng)的)，當(dāng)扭線夾的機(jī)械手移 動(dòng)裝置向左移動(dòng)到最左邊時(shí)停卜來，扭線夾松開，完成扭線過程;同時(shí)取線爪的機(jī)械手移動(dòng)裝置也停在抓線爪的正上方，可以進(jìn)行卜一輪扭線，如果取線爪沒有取線，則整個(gè)過程結(jié)束，觸摸屏監(jiān)控繞線計(jì)數(shù)加1。 1.2特點(diǎn) 該系統(tǒng)操作簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，自動(dòng)化程度，適合應(yīng)用于流水線進(jìn)行生產(chǎn)，應(yīng)用前景廣闊。 1.3選擇依據(jù) 控制線圈放線速度v=0.7m/min左右。 針對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速快慢選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳌? 2 設(shè)計(jì)步驟 1、 明確設(shè)計(jì)任務(wù)，收集分析資料 認(rèn)真閱讀設(shè)計(jì)任務(wù)書，明確設(shè)計(jì)任務(wù)，查找收集有關(guān)資料，進(jìn)行認(rèn)真分析研究，了 解類似機(jī)器人底座的結(jié)構(gòu)和工作原理。 2、 總體方案設(shè)計(jì) 參考有關(guān)資料，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。為了滿足以上要求，本設(shè)計(jì)采用二級(jí)減速裝置最終 實(shí)現(xiàn)一級(jí)輸出轉(zhuǎn)速為150r/min，二級(jí)輸出轉(zhuǎn)速為30r/min~60r/min，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)數(shù)功能 設(shè)計(jì)變速箱外掛掛輪結(jié)構(gòu)。 3、 技術(shù)設(shè)計(jì) 根據(jù)總體方案的結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和動(dòng)力設(shè)計(jì)，選擇元件， 對(duì)主要零件進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算初步確定主要結(jié)構(gòu)尺寸。 4、 圖紙?jiān)O(shè)計(jì) 根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案和技術(shù)設(shè)計(jì)的結(jié)果，進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，按國家制圖標(biāo)準(zhǔn)完成圖紙?jiān)O(shè) 計(jì)。 5、 編制技術(shù)文件 按規(guī)定要求，編制設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。 三、階段性設(shè)計(jì)計(jì)劃、設(shè)計(jì)目標(biāo)與應(yīng)用價(jià)值 3.1設(shè)計(jì)計(jì)劃 周次 工作內(nèi)容 檢 查 方 式 2013-2014(1) 第10周~第11周 文獻(xiàn)檢索，寫出文獻(xiàn)綜述 交文獻(xiàn)綜述 第12周 英文閱讀，翻譯>2萬字符 交翻譯 第13周~第14周 方案構(gòu)思、比較、分析 匯報(bào)所定方案 第15周~第16周 調(diào)研 交調(diào)研報(bào)告 第17周~第19周 設(shè)計(jì) 匯報(bào)設(shè)計(jì)過程 2013-2014(2) 第1周~第3周 編寫PLC程序 檢查程序 第4周~第5周 撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 匯報(bào)說明書撰寫思路、內(nèi)容 第6周~第7周 設(shè)計(jì)資料整理、裝訂、答辯 畢業(yè)答辯 3.2設(shè)計(jì)目標(biāo) 學(xué)生在本次設(shè)計(jì)中要鍛煉查找資料和英文科技論文的翻譯能力；通過查閱一定數(shù)量的中英文資料和翻譯英文資料，了解與課題有關(guān)的國內(nèi)外研究動(dòng)向；學(xué)習(xí)動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)變壓器線圈放線裝置的設(shè)計(jì)以及如何利用PLC控制裝置來實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制；通過自學(xué)相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，為以后繼續(xù)學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)打下較好的基礎(chǔ)。 3.3應(yīng)用價(jià)值 電源線繞線扎線機(jī)以PLC為控制核心，利用觸摸屏提供友好的人機(jī)界面，采用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行繞線，送扎帶，扭線以及左右行程運(yùn)動(dòng)，由于安裝調(diào)試方便，現(xiàn)場(chǎng)操作操作簡化，人機(jī)界面靈活，使系統(tǒng)更加安全可靠。木繞線機(jī)具有繞線速度快、工效高、繞圈準(zhǔn)確，操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，又降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，不管普通的電源線還是復(fù)雜的電源線，都可以保持600條/小時(shí)之上，一個(gè)熟練的員工可以達(dá)到 800條 /小時(shí)左右，這樣既可節(jié)省人工，也可以大大提升企業(yè)的競爭力。 四、參考文獻(xiàn) [1] 吳宗澤．機(jī)械設(shè)計(jì)教程[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009 [2]　鄭文緯，吳克堅(jiān)．機(jī)械原理[M].南京：東南大學(xué)機(jī)械學(xué)學(xué)科組，1997， [3]　駱?biāo)鼐?，朱詩順．機(jī)械課程設(shè)計(jì)簡明手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工出版社，2011 [5] 吳宗澤．機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 [6]　賀哲榮，石帥軍，王志云.流行PLC實(shí)用程序及設(shè)計(jì)[M].西安：西安電子科技大學(xué) 出版社，2006 [7] 何立民.M CS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1990. 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