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1、高速自动绕线机的设计摘要本文主要介绍的是高速自动绕线机的设计全过程，并对设备的整个工作、动作过程 和绕线机的工作原理进行了分析。设计了绕线机的硬件结构，对各部分的硬件设计进行 详细的校核工作。对于该自动绕线机的软件控制系统，本文提出运用三菱 PLC 进行控制的总方案， 对绕线机的各个动作进行控制，使三个轴的运动相互协调，以顺利完成整个绕线工作的 过程。通过设计，该绕线机通过运用高可靠性的 PLC 进行运动控制和使用触摸屏进行生 产条件的调节可以大大提高工作机的运行效率。能够较好地完成绕线机的高速自动绕线 的要求，该绕线机主要可应用于电机转子线圈的自动缠绕，可以达到比较好的生产效果， 满足产品的
2、质量要求。关键词：PLC,触摸屏，运动控制，交流驱动，自动绕线High speed automatic winding machine designABSTRACTThe whole process of design of the high-speed automatic winding machine is produced in this paper. The entire work process of the equipment and the mechanics of the winding process are analyzed. The hardware structure
3、of the various parts of the winding machine is designed. Conduct a detailed check of the various parts.For the software control system of the automatic winding machine, this paper proposes the use of Mitsubishi PLC to control the various movements. Through the use of the Mitsubishi PLC, the movement
4、s of the three-axis are coordinated very well! The whole process of winding can be completed very smoothly.Through the design, the machine with PLC which is highly reliable for motion control and with the use of touch-screen for the regulation of production conditions can greatly improve the efficie
5、ncy of machine operating. This machine can run automatically at a high speed. It can be applied to produce the rotor of motor for coil winding. It can meet the high quality and high efficiency requirement!Keywords: PLC, Touch-screen, Movements Control, AC drives, Automatic Winding目录摘 要 IABSTRACT II1
6、 绪论 21.1 设计要求 21.1.1 绕线机的含义 21.1.2 设计要求 21.2 当前发展状况 22 总体方案设计 42.1 机械设计的步骤和方法 42.2 绕线机总体结构的设计 63 转子主轴结构的设计 83.1 转子主轴的方案设计 83.2 转子主轴结构各部分的设计 83.2.1 三爪卡盘的设计 83.2.2 轴的设计及其校核 93.2.3 轴承的选用及校核 103.2.4 伺服电机的选型使用 113.2.5 减速机的选用 123.2.6 手轮和顶尖的设计及使用 124 机架导线机构的设计 144.1 伺服电机选用 144.2 挠性连轴器的选用 144.2.1 三木挠性连轴器使用范
7、围 144.2.2 SFC 连轴器具体特性如下154.2.3 SFC-080SA2 具体参数 164.2.4 SFC-080SA2 安装方式 165 送线进给机构的设计 185.1 送线进给机构总体设计 185.2 直线导轨的选择 185.2.1 导轨副的组成、种类及其应满足的要求 185.2.2 滚动导轨副的类型与选择 195.2.3 线性滑轨的配置 195.3 滚珠丝杠的设计 205.4 滚动轴承的校核 215.5 步进电机的选型 225.5.1 步进电机的特点种类 225.5.2 步进电机的选型过程 22致 谢 23参考文献 24引言目前绕线机市场可谓庞大，品种繁多，有平行绕线机、环型绕
8、线机、定转子绕线机、 纺织绕线机等等。本文主要介绍的是全自动高速自动电机转子高速绕线机的设计过程， 随着我国经济的发展，西部开发的实施，对于各种绕线电机的需求量不断的增加，但是， 传统的手工绕线工艺制约着电机产量的增加，并且，在交流电的产生过程中，绕组的质 量决定了电机的好坏。电机绕组是电机的重要部件，绕组的好坏直接影响到电机的运行 性能和可靠性。随着技术的进步，电机绕组的生产方式也在不断地更新，由最初的手工 绕制开始向半自动绕线机甚至是全自动绕线机方向发展。于是有必要开发一款全自动的绕线机械来代替这种手工绕制的小作坊式生产方式。 本文所设计之绕线机采用双伺服电机进行绕制，采用步进电机进行进给
9、操作，通过具有 高可靠性能的PLC来进行三个轴的动作协调，可以很好的完成绕线动作。它操作简便, 节省人工，可提高产量，产品品质好；其绕线、排线完全按程序自动执行；排线宽幅可 调，圈数准确；生产速度快，并能大量节省线材本设计极大的提高了绕线的生产效率，降低了操作工人的劳动强度，提高了工厂的 自动化水平，产生了较好的社会效益和经济效益。该绕线机器人具有结构设计新颖、动 作巧妙、易于控制、效率较高等优点，极大的改善了目前该种线圈全靠手工绕制这一原 始做法。但是本设计存在一定的局限性，它只是进行了绕线机的硬件部分的设计，对于它的 控制软件部分并没进行分析设计。通过此次设计，可以看到未来绕线机随着驱动装
10、置和控制软件的发展，将向着一个 更加快速的，可以进行柔性加工的方向发展。1 绪论1.1 设计要求1.1.1 绕线机的含义组成绕组的基本元件是漆包线。通过在绕线骨架上按一定的规律形状缠绕而成，绕 线的匝数直接和电机的性能有重要影响。电机主要是进行电能和机械能的转换，在电机 中，电能向机械能转化主要是通过线圈进行的，电机的通电边在磁场中会受到电磁力， 从而使电机轴转动。绕线机的作用，顾名思义，就是用来绕制绕组的。1.1.2 设计要求本次毕业设计的题目是高速自动绕线机的设计，因此，本次设计，要本着实用 的要求，达到高速自动这两个质量指标，要求该绕线机能够工作在一定的工作范围。绕 制的漆包线的线径要求
11、是可调的，以适应不同的型号的电机的转子的绕线要求。能够对 绕线进行自动排线 ，绕线的外观要求美观整洁，并且，要求能够自动根据设置对绕线 匝数进行计数。设计的参数要求为转子的轴向尺寸为150m m,径向可进给100m m。每分钟最大绕 线速度要求可达到 600r/min。1.2 当前发展状况最初的绕组的生产是完全手工生产的,就是依靠人用手将电磁线按照一定的规律绕 制到电机转子上,并且由人来对骨架上的电磁线圈匝数进行计数的。生产效率低下,工 作强度很大,完全已经不再适用于现代工业生产。半自动绕线机的工作是将一个绕组的骨架,固定在一个由电机带动的轴上。通电以 后电机带动轴以一定的速度旋转,将电磁线缠
12、绕到骨架上。同时,在电机的输出端装一 个计数装置来对电机的旋转圈数进行计数,来控制缠绕的匝数。但是,在缠绕过程中, 排线还是由手工完成的,半自动绕线机的操作者,必须同时进行排线和观察注意电磁线 的匝数,这样操作者才能在适当的时候停机,控制线圈的绕制。半自动比以前的纯手工生产在一定的程度上提高了生产的效率,但是线圈的生产在 一定的程度上还是依赖手工,线圈的质量与操作者的技术水平和工作状态还有很大的联 系。难以生产出质量完全一致符合生产要求的产品来。随着微电子技术的发展，控制技术也得到了空前的发展，各种单片机，PLC,微型 计算机开始应用于机械控制系统中。自动绕线机基本上由三部分组成。一部分基本和
13、半自动绕线机相同，是由电动机带 动一个夹头，夹头上固定绕组的骨架。电机的转动带动骨架按照要求的速度和方式转动， 来完成绕线工作过程。另一部分是自动排线机构。由于各种自动绕线机生产的绕组特点 不同，生产方式也不一样，所以自动排线的机构有很多种。根据不同的生产要求，自动 绕线机的结构和形式也有着很大的差别。第三部分是软件控制部分，不管是绕线机构还 是排线机构都是在控制部分的控制与管理之下进行的。生产不同的绕组应该是用不同的 绕线方法，来完策划过年不同的绕线工作。而这都是由控制部分来完成的，当参数的设 定不同时，控制部分将会对绕线部分还排线部分实行不同的控制策略。这样就能在同一 台绕线机上生产不同的
14、规格的绕组，使得生产有了一定的柔性，生产的产品范围也相应 的得到加宽了。自动绕线机虽然结构形势有所不同，但是基本原理都是相同的。绕线机构带动绕组 骨架按照规定的方式旋转，将电磁线缠绕在绕组的骨架上。同时电磁线给线的位置由排 线机构来确定，并且保证给线的位置由控制单元控制按照一定的方式不断变化。这样， 电磁线就按照一定的规律被缠绕到了绕组的骨架上了。整个过程中各个动作都是由电脑 控制的，无论是绕线机构中电机的转速还是排线机构的给线位置都是经过电脑计算的， 通过各种控制算法精确控制的。自动绕线机有其自身的明显优点:它将人从繁重的绕线劳动中解放了出来，不紧绕 线有机械来完成，就连排线也是在电脑的控制
15、下由机械完成的。它不仅减轻了劳动的强 度，也大大提到了劳动生产效率。由于有了电子设备的控制，无论绕线排线都能以最高 的速度进行，不再受到人脑的反应速度的限制。自动绕线机不在依赖于人工的操作，这 样就可以使生产质量得到保证。操作者在生产过程中只是在运行前设定参数，而绕线过 程中人不参与，这样无论操作者有没有经验懂不懂绕线技术，只要设定同样的参数都可 以生产出同样的质量的绕组。这样产品的质量和可靠性有了很大的提高。2 总体方案设计2.1 机械设计的步骤和方法一部机器的质量基本上决定于设计质量。制造过程对机器所起的作用，本质上就在 于实现设计时所规定的质量。因此，机器的设计阶段是实现机器好坏的关键。我们在设计过程中要尽可能多的利用已有的成功经验来工作。要很好的把继承与创 新结合起来，才能设计出高质量的机器。作为一部完整的机器，它是一个复杂的系统。 要提高设计质量，必须有一个科学的设计程序。它基本上包含四个过程：（1）计划阶段；（2）方案设计阶段；（3）技术设计；（4）技术文件的编制根据以上设计程序图，我首先对绕线机的工作原理进行了分析，以确定绕线机的总体结构。电机的转子结构和绕线机送线部分的位置关系示意图如图 2-2所示。转子实物图 2-1如下：图 2-1 转子实物图（1）送线机构下移和上移 这一动作的完成要靠导线机构的上下来进行,本人完成这一动作的机构设计
