本文介紹的是全自動多極外定子繞線機(jī)，可以繞制不同規(guī)格的外定子線圈，外定子線圈如圖1所示。由于工藝比較特殊（每個極內(nèi)部空間小，外部空間大，在靠近內(nèi)側(cè)要少繞，外部要多繞），用過去20PM常用的電子凸輪功能實(shí)現(xiàn)繞排線，比較困難。用20PM的強(qiáng)大的數(shù)控功能實(shí)現(xiàn)，簡單可靠。全程序只用一個G01直線插補(bǔ)功能，就實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的工藝控制。

　　圖1外定子線圈

　　一般普通繞線機(jī)采用內(nèi)置脈沖功能的小型PLC，通過繞線軸編碼器速度輸出到PLC內(nèi)置高速輸入點(diǎn)，將繞線軸與排線軸的速比進(jìn)行簡單速度同步，這種方法受PLC運(yùn)算影響，同步精度差、計(jì)算量大、CPU處理時間較長，因此會出現(xiàn)繞線不均勻、堆積、塌陷等問題。

　　還有的繞線機(jī)控制方式，是用現(xiàn)在具有高速脈沖輸出，具有直線插補(bǔ)指令的定位型PLC控制。一是現(xiàn)在市面上類似的PLC大多單獨(dú)高速輸出可達(dá)100K,但一旦用插補(bǔ)指令速度都在10k左右，速度較低。再就是利用電腦數(shù)控板卡，數(shù)控系統(tǒng)控制，一是成本比較貴，在系統(tǒng)抗擾方面也需要謹(jǐn)慎處理，不利于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。另外，現(xiàn)場編程人員不僅需要具有工業(yè)控制方面的經(jīng)驗(yàn)，更需要有計(jì)算機(jī)軟件如C語言等知識。

　　臺達(dá)DVP-20PM00D是一款專用運(yùn)動控制型PLC，采用高速雙CPU結(jié)構(gòu)形式，利用獨(dú)立CPU處理運(yùn)動控制算法，可以很好地實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動軌跡控制、邏輯動作控制、直線/圓弧插補(bǔ)控制等，在高速繞線機(jī)中正是利用了20PM運(yùn)動控制器的直線插補(bǔ)功能很好的解決了上述繞線在換向時出現(xiàn)的繞制不均勻、堆積、不平整等問題。

　　過去用繞線機(jī)都用的20PM電子凸輪方式比較多，因?yàn)楸竟に嚤容^特殊，采用20PM數(shù)控功能實(shí)現(xiàn)。

　　1高速多極外定子繞線機(jī)簡介

　　多極外定子繞線機(jī)是專用于各類多極外定子繞線的專業(yè)設(shè)備。設(shè)備繞線軌跡為矩形，自動排線，可以對槽寬較小的高槽滿率定子自動繞線，有效提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

　　1.1設(shè)備結(jié)構(gòu)

　　高速繞線機(jī)如圖2所示。

　　圖2高速繞線機(jī)

　　(1)機(jī)架

　　機(jī)架由角鋼框架及不銹鋼臺面組成，并設(shè)置腳輪便于移動，當(dāng)設(shè)備到位后可將支腳調(diào)低作為穩(wěn)定支撐。

　　(2)張力機(jī)構(gòu)

　　安裝于進(jìn)線部分，作為繞線張力調(diào)節(jié)，保證線圈繞制時維持張力恒定，張力調(diào)節(jié)器具有調(diào)節(jié)旋鈕可針對不同需求進(jìn)行張力調(diào)節(jié)設(shè)定，調(diào)整完畢后，張力調(diào)節(jié)器自動控制繞線張力。

　　(3)繞線機(jī)構(gòu)

　　主要由臺達(dá)伺服電機(jī)、同步齒形帶、繞線飛叉組成，是繞制主軸，銅線經(jīng)過飛叉旋轉(zhuǎn)繞制于繞線模頭上，是繞線機(jī)主要運(yùn)動部件之一。

　　(4)排線機(jī)構(gòu)

　　包括臺達(dá)伺服電機(jī)、精密直線螺桿、精密導(dǎo)軌、氣動滑叉等，是電子凸輪運(yùn)動中的排線從軸，在繞線運(yùn)動中跟隨繞線主軸正反向往復(fù)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)排線動作，是繞線機(jī)主要運(yùn)動部件之一。

　　(5)工作轉(zhuǎn)臺

　　由分度步進(jìn)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)臺、線叉、繞線模頭組成。

　　(6)剪線機(jī)構(gòu)

　　為氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要是將繞制完成的線圈兩端引線剪斷。

　　(7)電氣控制

　　包含電氣控制箱、觸摸屏操作盒。采用DVP-20PM00D運(yùn)動控制器作為控制核心，觸摸屏作為人機(jī)交換機(jī)構(gòu)，伺服電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸與排線的精確控制，從而保證繞線的精度。

　　1.2設(shè)備工藝流程

　　設(shè)備控制主要分為手動與自動模式。在手動模式下，可實(shí)現(xiàn)各軸歸原點(diǎn)，正反點(diǎn)動；在自動模式下，通過設(shè)定好相應(yīng)極數(shù)，層數(shù)等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)整個產(chǎn)品的全自動控制。具體相關(guān)邏輯控制這里就不在贅述，不同的繞線其控制邏輯千差萬別，但是利用EH2強(qiáng)大的邏輯控制功能，可輕易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制。本文重點(diǎn)介紹如何用20PM的數(shù)控功能實(shí)現(xiàn)外定子線圈的繞制。因?yàn)椴徽摵畏N形式的繞線機(jī)，其最核心的控制就在于繞線與排線的精密控制。

　　1.3電氣系統(tǒng)主要配置

　　電氣控制主要包括繞排線部分、步進(jìn)分度部分、氣缸動作控制部分。主要配置如表1所示。

　　表1電氣系統(tǒng)主要配置

　　2數(shù)控功能具體應(yīng)用介紹

　　本高速繞線機(jī)的主要控制功能在于20PM數(shù)控的應(yīng)用，使繞制產(chǎn)品的成品品質(zhì)及效率大大提高。以下對數(shù)控功能作簡單介紹：

　?。?）DVP20PM特色。多段速執(zhí)行及中斷定位，利用此項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的平滑性及準(zhǔn)確定位。64k步程序容量，100段運(yùn)動程序，滿足不同加工需求；在20PM中最大可設(shè)置100種運(yùn)動軌跡，同時利用64k的程序容量，預(yù)先將需要執(zhí)行的各種不同運(yùn)行曲線的G碼存儲在PLC中，當(dāng)需要加工某種規(guī)格時，可以采用文本顯示器、觸摸屏等來調(diào)用。支持G碼的直接匯入，當(dāng)采用CAM軟件生成文本格式的G碼后，可利用PMSOFT的匯入菜單直接匯入到PLC運(yùn)動程序中。脈沖輸入輸出采用差動方式，最高達(dá)500kHz，滿足了絕大多數(shù)應(yīng)用中速度的要求。支持手搖輪應(yīng)用，這是運(yùn)動控制中的一個基本功能，可做一些手動的調(diào)整。具備電子原點(diǎn)返回模式，在20PM內(nèi)存中加入了原點(diǎn)記憶功能，只要設(shè)定了電子原點(diǎn)，即使設(shè)備斷電，在下次上電后也可以輕松找到原點(diǎn)位置。支持PLC順序語言及定位語言（G碼與M碼），實(shí)現(xiàn)了通用PLC與數(shù)控技術(shù)的一個完美結(jié)合。配置運(yùn)動軌跡的離線仿真功能，在實(shí)際加工前利用該項(xiàng)功能可以檢查運(yùn)動程序是否存在問題，可及時減少錯誤發(fā)生，如圖3所示。

　　圖3離線仿真器

　?。?）軸控方式。DVP20PM是實(shí)現(xiàn)兩軸（X、Y軸）聯(lián)動插補(bǔ)的產(chǎn)品，支持?jǐn)?shù)控程序中的G碼功能指令，同時可以處理第三軸的動作。

　　20PM支持的G代碼功能如下：G0高速定位；G1雙軸聯(lián)動直線插補(bǔ)；G2順時針圓弧插補(bǔ)（設(shè)定圓心位置）；G3逆時針圓弧插補(bǔ)（設(shè)定圓心位置）；G2順時針圓弧插補(bǔ)（設(shè)定半徑長度）；G3逆時針圓弧插補(bǔ)（設(shè)定半徑長度）；G4停頓時間；G90設(shè)定絕對坐標(biāo)系統(tǒng)；G91設(shè)定相對坐標(biāo)系統(tǒng)。

　　3外定子繞排線難點(diǎn)分析及程序概要

　　圖4每極內(nèi)部空間小，外部空間大

　　由圖4可以看出每極內(nèi)部空間小，外部空間大，在靠近內(nèi)側(cè)要少繞，外部要多繞，如圖5為繞出效果。

　　圖5繞出效果

　　相應(yīng)的對每極排線要求如下：

　　排線形狀繞線結(jié)束點(diǎn)，第四層

　　——————————————

　　繞線起點(diǎn)，第一層

　　因?yàn)閳A形定子，外面的空間大，里面空間小，所以靠外面要多繞線，里面少繞線。如圖6所示。

　　圖6繞線示意圖

　　這要求每次到下一層時，先排預(yù)設(shè)的幾毫米，再按預(yù)定的匝數(shù)開始繞，每層都如圖7所示設(shè)定空位、匝數(shù)。

　　圖7空位、匝數(shù)設(shè)定

　　用電子凸輪方式做，存在的難點(diǎn)主要在于：主軸是繞線軸，從軸是排線軸，主軸必須運(yùn)動，從軸才能開始運(yùn)動，從而使排線軸每次先走，不好實(shí)現(xiàn)。而用20PM的數(shù)控功能，激活OX運(yùn)動子程序，則可輕松實(shí)現(xiàn)。如圖8所示，每次X軸先排一空位，然后XY插補(bǔ)，繞排到預(yù)定匝數(shù)。只用了一個直線插補(bǔ)指令，解決工藝難點(diǎn)。

　　圖8每次X軸先排一空位，然后XY插補(bǔ)，繞排到預(yù)定匝數(shù)

　　用EH2作為主機(jī)執(zhí)行邏輯及順控，20PM作為從機(jī)數(shù)據(jù)交換十分便利，如圖9所示。

　　圖9用EH2作為主機(jī)執(zhí)行邏輯及順控

　　4結(jié)束語

　　客戶反映繞線質(zhì)量與效率有了大幅提升，繞制產(chǎn)品品質(zhì)達(dá)到用戶需求，臺達(dá)20PM電子數(shù)控功能成功應(yīng)用于高速外定子線圈繞線機(jī)中。在后續(xù)工作中，客戶準(zhǔn)備將20PM用于如轉(zhuǎn)子等其他繞線設(shè)備上。