一.簡介

      隨著家用電器、電動工具、儀器儀表、電動玩具、通信和交通等領(lǐng)域產(chǎn)品的發(fā)展, 微電機(jī)的需求增長很快。其中微電機(jī)繞組是微電機(jī)的重要部件， 繞組的好壞直接影響到電機(jī)的可靠性和運(yùn)行性能。一種高質(zhì)量的繞組離和高性能的繞線機(jī)是密不可分的，而制造高性能的繞線機(jī)離不開高性能的伺服驅(qū)動器。

     而目前繞線機(jī)的市場可謂龐大，品種繁多，有平行繞線機(jī)、環(huán)型繞線機(jī)、定轉(zhuǎn)子繞線機(jī)、轉(zhuǎn)子繞線機(jī)和紡織繞線機(jī)等。本文介紹一種使用英威騰伺服驅(qū)動器作為驅(qū)動部件的全自動雙飛叉繞線機(jī)，以及英威騰伺服在該繞線機(jī)上的應(yīng)用案例。該繞線機(jī)主要用于電機(jī)，電器繞組的制造，是電子工業(yè)中的重要工裝設(shè)備。

二.工作原理

     雙飛叉數(shù)控全自動轉(zhuǎn)子繞線機(jī)采用的是有三套伺服電機(jī)的控制系統(tǒng), 兩個電機(jī)用于雙飛叉, 一個電機(jī)用于分度?？刂葡到y(tǒng)主要采用氣動控制, 氣動系統(tǒng)主要由電磁閥和氣缸并配合傳感器來實現(xiàn)。為便于程序控制和檢修, 整機(jī)可分為手動操作和自動操作兩種,采用PLC和觸摸屏相結(jié)合的方案。系統(tǒng)框圖如圖所示。

三.工藝流程及主要技術(shù)指標(biāo)

     全自動雙飛叉轉(zhuǎn)子繞線機(jī)的工藝流程為: 操作者放好工件, 按下啟動按鈕, 系統(tǒng)初始化( 參數(shù)輸入輸出及顯示、故障檢測報警及處理、人工復(fù)位處理程序、張力控制程序、各參數(shù)運(yùn)算及處理) →繞線主程序→飛叉定位→夾具合攏、轉(zhuǎn)子定位→轉(zhuǎn)子分度處理、嵌線→飛叉繞線→整個轉(zhuǎn)子是否完畢→嵌最后一次線→是否停止工作→結(jié)束。

     繞線機(jī)要求完成自動裝夾、自動繞線、自動分度、自動嵌線、自動夾線、自動剪線等工序。在整個工藝流程中, 根據(jù)操作者的設(shè)置, 程序能自動進(jìn)行判斷。如可根據(jù)不同品種的轉(zhuǎn)子、不同槽數(shù)的要求, 程序會自動判斷分度的角度, 繞制是否完成、轉(zhuǎn)子嵌線的槽溝是否準(zhǔn)確( 通過編碼器檢測) 和自動反饋校準(zhǔn)等功能。由于考慮了不同規(guī)格的工件, 因而在程序設(shè)計與夾具制造上更具靈活性, 加工的產(chǎn)品可靠性及成品率高于國外設(shè)備。

主要技術(shù)指標(biāo)如下:

1) 電源為三相380V±15%, 50 /60Hz;

2) 輸入容量為4.5kVA;

3) 氣源壓力為0.4～0.6MPa;

4) 最高繞線速度為2500r /min;

5) 最大分度速度為2000r /min;

6) 電動張力機(jī)構(gòu)為20g～12kg;

7) 轉(zhuǎn)子外徑!20～!60mm;

8) 適用線徑為!0.4～!1.0mm;

9) 控制方式采用PLC 控制;

10)參數(shù)輸入方式采用觸摸屏輸入。

四.方案設(shè)計

     繞線部分采用雙飛叉結(jié)構(gòu)同時繞線, 兩個繞線頭由英威騰CHS100-1R5-2伺服驅(qū)動器驅(qū)動的電機(jī)分別驅(qū)動, 繞線伺服電機(jī)通過同步帶傳動至繞線主軸上, 傳動速比可以根據(jù)繞線線徑的要求設(shè)計, 以滿足不同線徑的電機(jī)繞線生產(chǎn)效率的要求。

     分度部分采用的是英威騰CHS100-0R7-2伺服驅(qū)動器帶動電機(jī), 通過同步帶傳給分度軸, 夾緊氣缸推動分度軸使彈簧夾頭夾緊轉(zhuǎn)子。平行氣缸推動鉤線外套, 配合分度電機(jī)實現(xiàn)轉(zhuǎn)子整流子的自動掛鉤。鉤線套固定在箱體上,松開三個固定螺釘, 可以調(diào)整鉤線套的掛鉤角度。整個箱體通過導(dǎo)軌固定在臺面上, 可以前后移動,以調(diào)整轉(zhuǎn)子疊片在繞線模間的位置。

     張力部分采用電控張力器, 漆包線通過夾緊毛氈, 產(chǎn)生一定的預(yù)張力, 然后在張力輪上纏繞至圈, 通過導(dǎo)輪進(jìn)入彈力臂, 彈力臂的作用主要能使漆包線始終處于拉緊狀態(tài), 再通過導(dǎo)輪進(jìn)入繞線主軸。電控張力器的核心部分是電控張力單元, 通過給它加上不同的電壓, 在它的輸出軸上產(chǎn)生不同的靜力矩, 從而帶動張力輪使漆包線產(chǎn)生不同的張力。

     PLC是整個控制系統(tǒng)構(gòu)成的核心, 采用三菱FX2N-80MR PLC，動作傳輸信號采用按鈕、接近開關(guān)、磁性開關(guān)等與輸人端相連, 輸出端直接和主要控制信號的電磁閥、指示燈、 報警信號等相連。各種控制邏輯及時間控制全在PLC內(nèi)部實現(xiàn), 工作過程可在觸摸屏上進(jìn)行動態(tài)顯示。PLC控制流程如下圖所示：

     繞線機(jī)與人的交互通過來觸摸屏來實現(xiàn)，繞線機(jī)控制系統(tǒng)軟件有三種工作狀態(tài): 編輯狀態(tài)、手動狀態(tài)和自動狀態(tài)。在編輯狀態(tài)下, 進(jìn)行參數(shù)輸入、讀出和修改, 使機(jī)器能適應(yīng)不同繞線線徑、不同規(guī)格轉(zhuǎn)子的繞制; 手動狀態(tài)下, 通過點動按鈕控制機(jī)器動作完成繞線運(yùn)動; 自動狀態(tài)下, 繞線機(jī)按工作流程自動執(zhí)行轉(zhuǎn)子線圈的繞制。軟件界面: 整機(jī)電源接通后, 顯示主頁, 之后顯示如下 所示畫面。

     這時用手觸摸“參數(shù)修改”, 會彈出“請輸入密碼”及彈出一鍵盤, 在鍵盤上輸入密碼, 密碼正確, 就會進(jìn)入?yún)?shù)讀出及參數(shù)修改畫面。每一屏可以顯示六個參數(shù)號碼、參數(shù)意義及單位。如果要修改參數(shù), 用手輕觸參數(shù)號碼鍵, 在彈出的鍵盤上按動數(shù)字鍵, 輸入所需的參數(shù)值。本機(jī)參數(shù)設(shè)定包括繞線加速時間、自動繞線速度、點動繞線速度、分度加速時間、自動分度速度、點動分度速度、換向器嵌槽數(shù)、線包匝數(shù)、鐵芯迭片槽數(shù)、轉(zhuǎn)子定位微調(diào)角、飛叉掛線擺角、飛叉擺動速度、繞線張力、延時剪嵌線時間、剪嵌線保持時間等等, 本設(shè)計可存儲二十個不同規(guī)格的轉(zhuǎn)子型號及其參數(shù)。

五.總結(jié)

     使用英威騰伺服驅(qū)動器的該全自動雙飛叉轉(zhuǎn)子繞線機(jī)達(dá)到以下性能指標(biāo)：

1. 飛叉額定繞線轉(zhuǎn)速可以達(dá)到2500rpm以上；
2. 飛叉、分度加速度均可達(dá)到200KHz以上；
3. 繞線飛叉電機(jī)精度0.2度、分度電機(jī)精度0.01度 ；
4. 飛叉到位收斂速度快，無拖尾現(xiàn)象。

      除此之外，英威騰伺服驅(qū)動器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于雕銑機(jī)、剝線機(jī)、水焰切割機(jī)、定子繞線機(jī)、包裝機(jī)等多個行業(yè)。在一些關(guān)鍵性能指標(biāo)上已經(jīng)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。