立式高速自動繞線機設計【含CAD圖紙+文檔】,含CAD圖紙+文檔,立式,高速,自動,繞線機,設計,cad,圖紙,文檔 立式高速自動繞線機設計 I 摘要 由于電力系統中使用的變壓器容量越大 要求其安全性也越來越高 對變壓器 的質量要求不但體現在其他零部件的安全可靠 還表現在線圈的電磁平衡上 要求 線圈在軸向匝數緊密 且要求漆包線張力合格并為最佳 本文設計工作的主要內容是設計一款新型的繞制變壓器線圈的立式高速自動繞 線機 在系統設計中本文系統的介紹所設計繞線機的工作原理及各個子系統的工作 原理 在對帶有電機的系統 包括主動系統 進給系統和排線系統進行合理性分析 時 最佳方法是有限元分析法 此種方法可以對各個部件的瞬時狀態(tài)進行分析 此 法來源于高等數學里的微積分 但由于條件限制 本設計的設計方法是傳統的設計 方法 在經驗總結的基礎上 利用力學和數學知識 結合機械設計手冊等知識來簡 化現有繞線機的模型并對模型進行了改造 本設計中的繞線機系統就是利用此法所 設計出來的產物 在主體設計中 利用動力學設計方法 對繞線機機械結構的主要受力部件尺寸 和參數進行了設計并校核 包括主動軸 同步帶 同步帶輪軸承等參數進行了設計 確保其性能指標合格 滿足其使用要求 并對標準件包括聯軸器 花鍵等進行了周 密的分析與選擇 經過對比各類電動機的優(yōu)缺點 結合本設計中繞線機的工作要求 選擇了合適的電動機 關鍵詞 立式繞線機 系統設計 機械結構 立式高速自動繞線機設計 II Abstract Becauseofthepowersystemusedintransformercapacityislarger itssecurityisbecomingmo reandmoredemanding andrequirementsaboutthequalityofthetransformerisnotonlyreflectedin otherpartsofsafeandreliable butalsoonthecoilelectromagneticbalance requeststhecoilaxialcir clenumberclosely andrequirequalifiedenameledwiretensionandforthebest Themaincontentofthispaperistodesignanewtypeofhigh speedautomaticwindingmachinewhichiswindingandwinding Theworkingprincipleofthewin dingmachineandtheworkingprincipleofvarioussubsystemsaredesignedinthesystemdesign W ithmotorinthesystem includingsystemactively feedsystemandwiringsystem analysisoftherat ionalityofoptimummethodisfiniteelementanalysismethod thismethodcananalyzethetransient stateoftheparts whichisderivedfromthehighermathematicsinthecalculus Butbecauseofthecon straints designmethodofthedesignisoneofthetraditionaldesignmethod onthebasisoftheexperi ence theuseofmechanicsandmathematicsknowledge combiningknowledgesuchasmechanica ldesignmanualtosimplifyexistingcoilingmachinemodelandthemodeltransformation thedesig nofthewindingmachinesystemisdesignedbyusingthismethod 立式高速自動繞線機設計 III Inbodydesign theuseofdynamicdesignmethodofmainmechanicalpartsofwindingmachin esizeandparametersforthedesignandcheck includingthedriveshaft synchronousbelt synchron ousbeltwheelbearingparametersforthedesign toensuretheperformanceindexesofqualified sat isfytheuserequirement andthestandardpartsincludingcoupling splineandsoonhascarriedonth ethoroughanalysisandselection throughcomparingtheadvantagesanddisadvantagesofallkind sofmotor combinedwiththedesignofwindingmachineworkrequirements choosethesuitablem otor Keywords Verticalwindingmachine systemdesign mechanicalstructure 立式高速自動繞線機設計 IV 目錄 摘要 I Abstract II 第 1 章緒論 1 1 1 引言 1 1 2 常用繞線機的介紹 1 1 3 課題背景 1 1 4 課題目的 3 1 5 課題任務 4 1 6 課題難點 4 第 2 章總體方案設計 5 2 1 繞線機的原理 5 2 2 主動系統的工作原理 6 2 3 進給系統工作原理 6 2 4 氣動夾緊系統原理 8 第 3 章主動系統設計 9 3 1 各部件運動參數設計 9 3 2 主動軸電機的選擇 11 3 3 電機型號選擇 11 3 4 同步帶及同步帶輪參數設計 13 3 5 聯軸器選擇 16 3 6 主動軸設計 16 3 7 軸承的校核 19 立式高速自動繞線機設計 V 3 8 傳動軸參數校核 21 3 9 花鍵的設計及校核 21 第 4 章進給系統設計 23 4 1 傳動方案的設計與選擇 23 4 2 張緊裝置中螺栓強度的校核 24 第 5 章氣動夾緊系統 26 5 1 夾具與工作軸的配合 26 5 2 氣缸的選擇與尺寸計算 26 5 3 導軌的選擇 27 結論 28 致謝 29 參考文獻 30 附錄一 1 附錄二 12 立式高速自動繞線機設計 1 第 1章緒論 1 1引言 隨著工業(yè)的發(fā)展 繞線機在線圈的生產行業(yè)中已經不可或缺 縱觀線圈繞制的 發(fā)展歷史 繞線機繞制線圈已經完全取代了人工繞制 地位舉足輕重 繞線機的型 號也不盡相同 尤其是在現代的機械行業(yè)中 新的電動機器不斷被人類發(fā)明出來 這些機器內部無疑都會用到各類線圈 這就催生了各種能夠生產此類線圈的繞線機 隨著國內清潔能源的利用越來越廣泛 變壓器線圈的需求越來越高 這就推動了繞 制變壓器線圈的立式繞線機飛速發(fā)展 1 2常用繞線機的介紹 市面上常見的繞線機有全自動繞線機 半自動繞線機 伺服精密繞線機等 全自動繞線機自動化程度高 而價格都比較昂貴 由于經濟性原因 不能被廣 泛地使用 此類繞線機繞制的線圈體積通常比較小 如電子玩具線圈 鐘表線圈 手機震動馬達線圈 耳機的音圈等等 生活中常見的線圈很大一部分是由全自動繞 線機繞制生產出來 由于運用場合較多 自動化程度高 節(jié)省了很大一部分人力 一個操作工即可操作幾臺全自動繞線機 并且集合數控技術 光控技術 氣動技術 于一體 制造出來的產品質量高且穩(wěn)定 還能適應不同的工作環(huán)境 故價格十分昂 貴 全自動繞線機的部分零部件是非標準的零件 有些還是專門為這種機型設計的 零件 故損壞后 維修困難 周期長 半自動繞線機 CNC 的性價比在繞線機中是最高的 故應用得最為廣泛 發(fā) 展得也最為成熟 多采用 CNC 控制器 也有部分使用自主研制的控制器 半自動繞 線機價格比全自動的低廉 操作也十分簡便 缺點就是人力消耗較大 每臺機器必 須由一位操作員來看守與操作 通常在生產電感線圈和鎮(zhèn)流器的車間內常見 伺服精密繞線機的控制系統閉環(huán)控制 能夠自動校準誤差 是目前世界上最先 進 功能最完備的一種機型 它的系統采用的是伺服系統 控制方式采用是閉環(huán)控 制 閉環(huán)控制的工作原理是將電腦的輸出的信號與反饋信號比較 來判別誤差 并 自動對產生誤差的系統位置進行自動補償 伺服精密繞線機內部使用的電機均為伺 服電機 伺服電機的有點事無論在高轉速工作情況下還是低轉速工作情況下 都能 保持優(yōu)良的穩(wěn)定性 此類繞線機全自動化需要與電磁控制系統配合使用 由于精度 立式高速自動繞線機設計 2 較高 其部分零件需要專門定制 1 3 課題背景 在全世界工業(yè)起步初期 線圈的繞制全由工人手工完成 即工人把漆包線按著指 立式高速自動繞線機設計 3 定要求繞到轉子上 并且通過人工來對線圈的匝數進行確定 這樣的生產方式既消耗人 力效率又不高 而且人工繞制無法保證線的張力 故生產出來的線圈問題百出 調研發(fā)現 繞線機市場十分混亂 質量也是參差不齊 有國外先進的繞線機 也有國內落后的半自動繞線機 相對國內生產的繞線機 這種舶來品價格昂貴 對 國內一些中小型企業(yè) 選擇進口繞相機顯然不是明智之舉 出于經濟方面的考慮 大部分企業(yè)仍在沿用扁線平繞的落后加工工藝 部分不能用機器自動完成的工作 還需人工完成 如果使用傳統漆包線 線圈體積就會變大 為了適應小型機器的體 積 不得不 使用價格較高絲包扁銅線 而經過傳統工藝生產出來的線圈散熱性不佳 故內 圈容易被燒壞 由于國內繞線機越來越不能滿足繞制變壓器線圈的要求 國內變壓器線圈生產 商想要生存 就必須從國外進口先進的繞線機 然而昂貴的價格 依然讓國內廠商 感到巨大的壓力 隨著變壓器行業(yè)的發(fā)展 我國務必要研制出具有自主知識產權的 新型全自動繞線機 使我們能在世界的繞線機行業(yè)中占有一席之地 為了滿足國內 的生產需求 促進繞線機行業(yè)的發(fā)展 需要借鑒國外先進經驗 研制出性價比高的 自主知識產權的繞線機 在當局的重視之下 在政策與方針指導之下 我國變壓器 的發(fā)展成果令人矚目 無論是系統 還是品種 都開創(chuàng)了一個新的紀元 1 3 1 繞線機的技術趨勢 繞線機歷經半個世紀從最初的手工繞制發(fā)展到現在的半自動 全自動繞線機 國內繞線機仍在以迅猛的速度發(fā)展 通過單片機系統控制 計算機顯示 傳感器的 測量 繞線機閉環(huán)控制功能已經越來越完善 故為了延長繞線機的生命周期 就必 須開發(fā)出功能更全面 柔性化程度更高的繞線機 目前半自動繞線機應用最為廣泛 繞線機的技術趨勢勢必會朝著以下方面發(fā)展 1 高產能 多功能 隨著人工的成本提升和市場對產品性能的提高 繞線機也在不斷更新換代 價 格也會隨之攀升 雖然價格會比之前貴上幾倍 但是新型繞線機的使用不但大大提 升了工作效率 也使工人繞制線圈出現的質量上的問題大大降低 還能給企業(yè)帶來 巨大的利潤 綜合考慮 高產能 多功能繞線的出現已是必然 立式高速自動繞線機設計 4 2 具有模塊化的功能 根據使用要求 可以自己搭配模塊 模塊化控制器的比單片機的計算能力還要 強 通訊也更加方便 成本也比單片機低 操控也相對簡單 只要稍加培訓 素質 較低的工人就可熟練操作 完成復雜的工作 3 研發(fā)與定制專用機型 線圈的種類繁多 使用的材料也是各不相同 國內的許多廠家都對制造特殊的線 圈望而卻步 然而 專用機型出現的腳步已經不能被阻擋 而新機型的出現勢必會 推 立式高速自動繞線機設計 5 動繞線機的發(fā)展 催生出更多的專用機型 以滿足各類線圈的功能要求 1 3 2 立式繞線的趨勢 傳統繞線方式是扁線平繞 而近幾年來出現了扁線立繞的先例 而這種新的繞 線方式正在成為一種繞線潮流 顧名思義 這是一種扁線 站立 在鐵芯上的繞線 方式 如圖 1 1 所示 圖 1 1 立式繞線 扁線立繞工藝有如下優(yōu)點 1 在鐵芯上套好絕緣紙就可以直接繞制 2 散熱性能優(yōu)越 線 站立 在鐵芯上 線暴露在空氣中的面積比較大 不但能 這樣匝間距會相增加匝數 提高線圈性能 1 4 課題目的 國外的繞線機產業(yè)發(fā)展迅猛 尤其是德國 意大利 美國等國家技術先進 世界知名 企業(yè)比比皆是 而國內的繞線機基本都停留在半自動層面上 偶有全自動的繞線機也由 外國進口 整體水平遠遠落后于以上國家 國內應用的各式線圈花樣變得越來越多 這也推動著國內繞線機的大力發(fā)展 然而其發(fā)展卻及其緩慢 技術落后 使得企業(yè) 利潤下滑 只有自力更生 自主研發(fā)出性能優(yōu)越的繞線機 才能不依賴于國外的技 術 扭轉被動局面 振興國民經濟需要有先進技術與設備的支持 否則就成了竹籃打水 而數控全 自動繞線機效率高 穩(wěn)定性好 柔性強 諸多功能集于一身 在推動經濟發(fā)展的過 立式高速自動繞線機設計 6 程中作用不可小覷 本次畢業(yè)設計就是在參考大量國外文獻的基礎上 結合中國國 情 在正確指導方針之下 設計一款新型立式高速自動繞線機 以滿足國內市場需 求 1 5 課題任務 設計變壓器線圈立式數控繞線機 要求能夠實現繞制線圈過程的自自動控制 各個坐標軸采用較先進的伺服電機控制 使用光電編碼器來進行測量反饋 能夠對 整個過程實現閉環(huán)控制 為了順應以人為本的理念 設計的繞線機必須具備高精度 自控能力 自動化 以減少工人的勞動強度 使工人能在安全的環(huán)境工作 此次畢業(yè)設計工作需要很多參考資料 故需要養(yǎng)成一定搜集信息的能力 在做 設計的過程當中 必然會遇到不解的地方 還需要具備勤學好問的精神 如有 疑惑 及時與導師溝通 1 6 課題難點 1 6 1 由于本設計中 線的繞制方式扁線立繞 這就要求在繞制過程中 保證線 狀態(tài)良好能夠不發(fā)生扭轉 保持與鐵芯的垂直度 1 6 2 要保證線圈繞線匝與匝之間緊密相挨 一定要保證進給運動和主運動的嚴 密配合 1 6 3 一定要嚴格避免線骨和其夾具之間的相對運動 嚴格保證二者轉速的一致性 否則 線骨磨損 線圈質量達不到要求 由于線骨長度較大 要保證在轉動過程中 的穩(wěn)定性 立式高速自動繞線機設計 7 第 2 章總體方案設計 繞線機由多種系統組成 內部的機械構造比較復雜 內部電器元件的使用數量 也比較多 需要對系統組成的整體有一個全面的了解與把握 下面將會整個系統進 行剖析 2 1 繞線機的原理 繞線機內部機械系統之間的關系如圖 2 1 模型所示 圖 2 1 繞線機機械系統 主動系統 自動繞線機的主動系統由電動機 主軸 聯軸器 減速器 同步帶 同 步帶輪 傳動軸 工作軸及支撐件等組成 主動系統的作用主要是對整個系統提供 穩(wěn)定的動力 當工作時 電機 1 轉動 帶動聯軸器 1 所在的軸同時轉動 經過減速 器減速增距 將動力傳遞給聯軸器 2 所在的軸 再將動力依次傳遞給同步帶輪及同 步帶 傳動軸 工作軸 當動力傳遞給工作軸的時候 就可帶動線骨轉動 與其他 系統協調配合工作完成對線圈的繞制 氣動夾緊系統 氣動夾緊系統安裝在工作軸上 工作軸和部分夾緊元件組成 通過圖 2 1 很明顯可以知道其工作原理 氣缸能夠在工作軸上反復運動 并且能夠 立式高速自動繞線機設計 8 充當夾具從左側夾緊線骨 其不但能夠在軸向限制線骨滑動 也能跟隨工作軸一起 轉動 這就對氣動夾緊系統和工作軸之間的連接緊固性要求很高 只有氣動夾緊系 統不能與工作軸之間發(fā)生先對轉動 才能確保繞線質量 進給系統 從圖 2 1 中可以看出 電機 2 滾珠絲杠 排線機構構成了進給系統 主要功能是排線 繞制出來的線圈 外觀一定要耐看 這就要求線與線之間十分緊 密 不會出現過大縫隙和線與線之間出現重疊的情況 這一點需要排線機構可線骨 之間天衣無縫的配合 線骨轉一圈 滾珠絲杠在電機 2 的帶動下轉過一定的角度 進給系統的精度由伺服電機和滾珠絲杠來保證 放線系統 放線系統由電機 支撐件和輔助件構成 的主要作用在于通過張緊 裝置來保證漆包線的張力 使線圈緊湊 防止扁線出現松垮的現象 線圈更 結實 2 2 主動系統的工作原理 繞線機中主動系統是一個至關重要的系統 其結構比其他系統的結構復雜 使 用的各類元件較多 其工作原理如圖 2 2 所示 圖 2 2 主動系統工作圖解 主動系統中各個部件之間的聯系和動力工作順序通過圖 2 3 一目了然 其動力 傳遞順序也比較簡單 在這里不再贅述 立式高速自動繞線機設計 9 圖 2 3 動力傳遞順序 2 3 進給系統工作原理 進給系統是故是一種能量轉換系統 此系統通過將電機的旋轉運動通過滾珠絲 杠 立式高速自動繞線機設計 10 的傳動副來轉換為移動工作臺在導軌上的往復運動 也同時帶動轉線骨在工作軸上 左右移動 通過與主動系統配合 完成對漆包線的纏繞 使線十分緊密地 站立 在線骨上 進給系統的局部放大圖如圖 2 4 所示 圖 2 4 進給系統局部放大圖 進給系統的三維立體圖如圖 2 5 所示 圖 2 5 進給系統局部三維圖 立式高速自動繞線機設計 11 2 4 氣動夾緊系統原理 氣動夾緊系統原理是將氣缸作為氣動夾緊系統的動力源 將繞線機的左夾具安 裝在能夠移動的滑臺上 不但能夠在滑臺上做往復的直線運動 還能隨著工作軸進 行同步的轉動 夾具在直線導軌上進行往返運動 同時夾具對線骨做安裝與拆卸工 作 其行程為 使繞制線圈的工作能夠連續(xù)不斷地進行 圖 2 6 為氣動夾緊系20mm 統工作原理示意圖 圖 2 6 氣動夾緊系統工作原理 立式高速自動繞線機設計 12 第 3章主動系統設計 3 1 各部件運動參數設計 主運動的系統圖如 3 1 所示 圖 3 1 從圖 3 1 所示可以了解本設計中繞線機的工作原理 首先電機轉動將動力輸送 給減速器 減速器 也叫增距器 是一種比較精密的儀器 通過自身減速增矩的作 用再將動力通過同步帶輸送給傳動軸 帶動傳動軸轉動 因傳動軸兩端都有同步帶 傳動 再通過另一端的同步帶 將轉動傳遞給工作軸 整個系統得以有條不紊地進 行 從理論上來說 只要設定了工作軸的轉速 計算得到整個傳遞過程的總效率就 可推算出電動機的轉速范圍 計算過程就是利用工作軸轉速除以總效率 立式高速自動繞線機設計 13 為 軸的傳動比 為 傳動比 為 傳動比 為 傳動比 為減速器自 5 5 4 4 3 3 2 2 1 身的傳動比 傳動帶 與 的傳動比都為 5 3 1 1 在設計中一般工作軸的轉速都存在著一定的范圍 這是長期的設計積累和實驗 的結果 總體來說不能夠低于 如果低于此數 不但浪費能源 工作效率500 低下 而且由相對性原理 機器的體積就會相對變大 浪費地理資源 如果高于轉 速的上限 整個系統就會變得不再穩(wěn)定 機器工作時震動比較大 同時噪音也會變 得異常強烈 而噪音對環(huán)境來說也是一種污染 對工人也附近的居民都會造成不良 影響 在此取除了軸意外的轉動機構的轉速相同 即 5 4 3 2 500 根據此繞線機的工作條件 技術參數 工作性能等因素 結合經濟性考慮 選 用單級圓柱齒輪減速器 齒輪為淬硬齒輪 查表知此種減速器傳動比 i 1 故軸承有向左竄動的趨勢 1 號軸承被 壓緊 2 號軸承被 放松 因為工作 時 軸不可能竄動 則被 壓緊 的軸承會產生一個力與派生軸向力之和來抵消使 軸竄動的力 則有 1 夾 2 100 398 498 2 號軸承承受的力只有派向力 即 2 2 867 3 7 4 軸承的當量載荷的計算 軸承的當量載荷的計算公式為 P 軸承 1 的當量動載荷X 1 44 1 37 1 1 4 0 44 1275 1 37 967 1886 由軸承 2 的當量動載荷系數 X 1 0 2 1 4 1 2776 0 3886 3 7 5 軸承壽命的計算 10660 2 103 10660 500 905003886 103 118905 軸承壽命滿足要求 軸承的參數符合設計要求 3 8 傳動軸參數校核 由于本設計中的傳動軸長度大 如果用實心軸 它的質量就會變得很大 軸本 身會發(fā)生變形 這樣在工作的時候 軸的震動就會很大 產生噪聲 更為嚴重的是 立式高速自動繞線機設計 28 工作時的穩(wěn)定性極差 嚴重時可導致機身震動 繞制的線圈不都會不符合要求 為 了增強穩(wěn)定性又能使軸滿足足夠的剛度 將軸設計為空心軸 傳動軸質量 外圓直徑 內圓直徑 傳動軸的長度 m 5 D 30 d 10 l 510 查表可知此類傳動軸的彈性模量 傳動軸工作時受力如圖 3 8 所示E 210 圖 3 8 傳動軸受力模型 單位長度的傳動軸所受的載荷 q 5 9 80 51 96 抗扭截面系數 64 4 4 3 192 10 8 由于傳動軸受力均勻 則可知傳動軸的中點的撓度最大 根據材料力學知識可知 348 1 9 10 2 最大轉角在 a b 兩端 由材料力學知識可知 216 5 6 10 5 經過計算傳動軸撓度的極值和轉角極值的計算 再與軸的標準極值和轉角對比 顯 然軸的各項指標都符合設計要求 立式高速自動繞線機設計 29 3 9 花鍵的設計及校核 鍵是一種標準件 作用是連接軸和輪轂以達到傳遞扭矩的功能 也可以使零件 固定在軸上 也可實現在軸向上的導向作用 再本設計中 花鍵的作用是連接軸和 聯軸器 花鍵的載荷分布不均與系數 取 0 7 0 8 0 7 計算花鍵的最小直徑 d 3 3 114 32 16500 17 1 根據最小直徑選擇花鍵副 選擇 6 32 7 7 36 10 10 6 11 10 引入的系數 是用來考慮實際載荷在花鍵上非配不均的影響 花鍵連接的強度 校核分為靜連接校核和動連接的校核 靜連接 2000 41 67 100007 8 35 1 88 5 2 24 60 100 動連接 p 4 103 2 24 30 60 故花鍵符合設計要求 立式高速自動繞線機設計 30 第 4 章進給系統設計 4 1 傳動方案的設計與選擇 要設計出合理的進給系統方案需要知道此系統的運動方式 知道了系統的運行 方式再反推出進給系統方案 經過這種程序設計出來的方案 才是最符合要求的方 案 設計過程中需要反復進行實驗 通過仔細觀察 確定所選擇的方案一定會使進 給系統反復得平穩(wěn)得做直線運動 經過各個方案的對比最終敲定使用伺服電機和滾珠絲杠的方案 伺服電機加滾 珠絲杠的優(yōu)點十分明顯 首先這種方案消耗能量少 運行時的平穩(wěn)性非常高 而且 這種結構易于安裝 維護方便 省時省力 這種結構性價比也非常高 綜合各種情 況與因素 最終決定使用滾珠絲杠和旋轉伺服電機的組合方案 4 1 1 滾珠絲杠 由于繞線機中使用了滾珠絲杠這種傳動副零件 在傳動過程中一定會受到力和 力矩的作用 理論上要對滾珠絲杠的各項指標進行校核 根據繞線機的工作情況 進給過程需要有很高的精度要求 而精度高是基于靈 敏度高 間隙小的基礎之上 又由于滾珠絲杠能承受的負載遠遠大于繞線機的額定 負載 但根據實際情況 滾珠絲杠的性能不需要校核 4 1 2 張緊裝置 在本設計中不需要設計新的夾緊元件 使用市面上的張緊裝置即可 因為當前 的電氣夾緊控制技術已經十分完善 只需按照自己的需要來選擇即可 唯一需要改 進的地方就是要使之適應新型繞線機的工作要求 本設計中使用的張緊裝置要求較高 不但可以自動檢測繞線機繞制線圈的銅線 張力 還能實時對張緊力進行控制 該張緊裝置要安裝在滑動工作臺上 其功能還兼 有排線 導向等作用 圖 4 1 為市面上常見的張緊裝置 立式高速自動繞線機設計 31 圖 4 1 市面上的張緊裝置 4 2 張緊裝置中螺栓強度的校核 本設計中的螺栓使用普通螺栓 在張緊裝置中 螺栓的排列結構和受力模型如圖 4 2 所示 且對其受力進行分析 得螺栓 2 所受的力最大 圖 4 2 螺栓排列結構及受力分析 在橫向力 的作用下 六個螺栓所受的橫向力相同 F橫 F 總6 11006 183 33 則螺栓 所受力 2 2 6 1 1 2 3240 5 199 4 10 2 8 立式高速自動繞線機設計 32 3 螺栓直徑 合 2 d 4 1 3 合 9 8 由計算結果選用 M10 的螺栓 立式高速自動繞線機設計 33 第 5 章氣動夾緊系統 5 1 夾具與工作軸的配合 夾具在工作軸上的位置不固定 因為 在裝卸的過程中 夾具要在工作軸上滑 動 在繞制線圈的過程中 夾具要隨著工作軸轉動 夾具與工作軸的此種相對狀態(tài) 的實現基于夾具上設有軸承 外圈固定在夾具上 套筒和工作軸之間要用花鍵連接 為了直觀體現夾緊元件的的工作過程 用圖 5 1 表示 圖 5 1 加緊原件工作過程 5 2 氣缸的選擇與尺寸計算 氣缸在氣動夾緊系統中的安裝方式如圖 5 2 所示 立式高速自動繞線機設計 34 圖 5 2 氣缸的安裝方式 由于繞線機的工作頻率低 則設定負荷率 計算氣缸的缸徑時 須知道 0 8 夾緊力 和氣缸的工作壓力 設夾緊力為 氣缸壓力 則缸徑 100N P 0 6MPa D 4 4 1003 14 0 6 0 8 16 氣缸的選用都有推薦值 根據推薦值選擇直徑 的氣缸 選擇 系列氣缸中20mm QGX 型號 的氣缸 QGD20 20 5 3 導軌的選擇 本設計中 繞線機在工作時 它的進給系統做的是反復的直線運動 故進給需 要有一個導軌進行導向 經過對比與考察 發(fā)現直線導軌具有與承載負載力大 互 換性較高 安裝起來也十分方便 故最終采用了直線導軌 根據負載大小 使用時的條件和預期的使用壽命 來選擇直線導軌副 目前的 直線導軌的生產廠家都對自己的產品進行了系列劃分 本設計中的夾具質量小 形 成小 安裝時的空間也不大 綜合各種原因 選用臺灣 HIWIN 生產的 MGW 系列的 窄型導軌 滑塊的安裝方式和直線導軌的安裝方式如圖 5 2 1 和圖 5 2 2 所示 圖 5 3 滑塊安裝方式 立式高速自動繞線機設計 35 圖 5 4 直線導軌安裝方式 立式高速自動繞線機設計 1 結論 繞線機是把漆包線纏繞在工件上的電氣加工設備 自動完成排線與繞線 而構 成這樣一臺機器 需要很多自動化的系統和控制類元件 例如控制系統 傳動系統 進給系統 人機交互界面和各種傳感器 本設計中的立式高速自動繞線機與傳動繞 線機相比較有很大的改進 閉環(huán)系統的應用 提高了生產的精度 全自動化替代了 半自動化 生產效率大大提高 降低來了操作工人的勞動強度 本設計中的繞線機結構相對于老式繞線機結構比較明晰 因為在設計過程中對 各個系統的位置和系統中得各個部件的相互關系進行了最優(yōu)的布置 還用 CAD 繪圖 軟件對內部系統做出來簡圖 其結構簡單性可見一斑 已存的繞線機內部結構比較 混亂 這就浪費了部分不必要的空間 本設計中的繞線機具有精度不俗的特點 主要是經過仔細斟酌對比使用了最合 適的部件 比如聯軸器 電機 花鍵 螺栓等這些標準件 都是經過多方對比有確 定選擇出來的 而對于軸 同步帶 同步帶輪等的尺寸首先進行了周密的設計計算 并對其強度進行了校核確保其能達到使用標準 就目前能源的發(fā)展來看 電能的應用越來月廣 而電能轉換成其他的能源需要 電動機這類設備 而這些設備中的關鍵在于線圈的繞制 故全自動新型繞線機的研 制變得非常關鍵 立式高速自動繞線機設計 2 致謝 畢業(yè)設計歷經四個月終于完成了 內心十分高興 更多的感激 在畢業(yè)設計的 過程中 我遇到了很多困難 我去請教老師 我去請教同學 我去查閱資料 是老 師 同學與諸多的科研工作者的工作成果的幫助 我才得以順利解決困難 在這里我感謝我的指導老師蔡軍老師 是她為我提供了立式高速自動繞線機這 樣一個緊跟時代潮流的項目 經過本次設計 我真的學會了很多東西 內心特別充 實 而且在設計中 我遇到困難就去請教老師 全程老師其力親為 孜孜不倦地為 我解答 幫我搜集資料等 在大學生涯當中能遇到這樣一位良師益友 我真是感到 莫大的榮幸 在這里 我要對老師說聲謝謝 也要對幫助過我的同學說聲謝謝 是 你們的幫助才能使我順利地完成本次畢業(yè)設計 立式高速自動繞線機設計 3 參考文獻 1 趙曉東 董哲 王敏 全自動繞線機的研制 J 電子工業(yè)專用設備 2010 39 11 41 45 2 王學智 王臧 龔東軍 電壓互感器繞線機 PLC 控制系統設計 J 武漢輕工大學學報 2016 35 1 56 60 3 趙鋼 羅銀賓 全自動繞線機 專利 2014 4 金晶 節(jié)能燈鎮(zhèn)流器線圈全自動繞線機的研發(fā) 浙江理工大學 2012 立式高速自動繞線機設計 4 5 王超 一種能自動調速的繞線機設計 J 機械工程與自動化 2016 6 6 張晶晶 立式繞線機的研究與設計 J 電氣制造 2011 6 58 59 7 熊勁松 自適應式繞線機的設計與實現 J 機械研究與應用 2010 3 133 134 8 伍曉亮 田懷文 江曉亮 徐志彪 精密電阻繞線機送絲機構的設計與改進 J 現代制造工 程 2016 1 105 109 9 王敏 楊兆建 張建軍 細微線空心繞線機的研究 J IC 制造與設備 2009 173 44 46 10 歐陽一鵬 趙汝炫 電阻繞線機的設計與改進 J 硅谷 2013 5 22 23 11 許中明 董逢 周利明 一種新型數控立式繞線機的研制 J 順德職業(yè)技術學院學報 2009 7 2 12 何國強 胡梓玉 切割鋼絲用拉絲機和收線機的電氣控制原理分析 C 2011 金屬制品行業(yè)技 術信息交流會論文集 中國金屬學會 2011 125 127 13 William D Brown Advanced Electronic Packaging with Emphasis on Multichip Modulse M 14 JEDEC Solid State Technology Association JESD22 A104C S Temperature Cycing May 2005 15 Betthu J D Engineering Design and Graphics with Autodesk Inventor 2008 M Upper Saddle River Prentics Hall Press 2007 39 42 立式高速自動繞線機設計 5 附錄一 材料加工技術雜志 140 2003 211 216 精密光學產品虛擬加工的數控工具 WB Lee D Gao C F Cheung J G Li 工業(yè)和系統工程系 香港理工大學 HungHom 香港 香港 中國公共關系 摘要 在本論文中 提出了超精密金剛石車削的虛擬加工系統 VMS 并討論了該 系統中數控刀具軌跡編譯器的功能 區(qū)別于基于刀位數據文件的商業(yè) CAD CAM 軟 件 本文所開發(fā)的虛擬加工系統是基于數控程序開發(fā)的 在該系統中 采用實際機 床的數控程序來控制虛擬機床 數控刀具軌跡編譯器包括詞法和詞義分析 語法和 語義解析 驅動代碼生成等幾部分 本文以制造衍射透鏡的模具襯墊作為研究實例 闡述了所開發(fā)的虛擬加工系統的性能 關鍵詞 虛擬制造 數控刀具軌跡 金剛石車削 光學產品 引言 虛擬制造 VM 是一項新興技術 區(qū)別于對實物的真實操作 該技術包含了建 模 模擬和人工智能等計算機制造活動 1 最近幾年來 許多研究工作 2 9 一直致 力于研究虛擬加工的框架 圖形界面和可視化算法 實際生產前的模擬可以提高生 產效率 已做的研究工作為優(yōu)化生產活動 提高生產效率提供了工具 但很很好有 人注意到數控刀具軌跡編譯有助于數控機床的數控代碼在執(zhí)行前被驗證 數控刀具 立式高速自動繞線機設計 6 軌跡編譯器是虛擬加工系統中最重要的功能模塊之一 本文中的虛擬加工系統應用 于超精密金剛石車削光學產品 本文詳細討論了該系統中軌跡編譯器的設計 2虛擬加工系統和虛擬加工系統的優(yōu)勢 超精密光學產品的傳統設計和制造方法 2 如圖 1 a 所示 在圖 1 a 中 設 計 原型 評價的過程在本質上是個迭代累試的過程 這些步驟不僅昂貴 而且費 時 在虛擬加工中 產品從設計到實際投入生產的過程中 設計和資源優(yōu)化的可行 性可以先于任何制造資源 任何昂貴的廢料產生前被給予考慮 圖 1 b a 超精密光學產品的傳統設計和制造方法 b 超精密光學產品的虛擬加工設計和制造方法 圖 1 精密光學產品的傳統方法與制造方法的比較 圖 2 所示為虛擬加工系統的功能模塊 該虛擬加工系統應用于金剛石精密切削 光學產品 首先將光學產品的技術要求設計導入到光學產品的設計與最優(yōu)化功能模 塊 使用如 ZEMAX 軟件包等的計算機輔助光學設計軟件設計光學產品的技術要求 然后數控程序生成功能模塊使用如刀具軌跡生成器 TPG 軟件包等的計算機輔助 軟件生成該光學產品的數控程序 該數控程序在數控刀具軌跡編譯功能模塊被驗證 如果在數控程序中有任何詞法和語法錯誤 錯誤信息會反饋到數控程序生成功能模 塊 從而修改該數控程序 這一過程將一直繼續(xù)到沒有錯誤存在 驅動虛擬單點金 立式高速自動繞線機設計 7 剛石切削 SPDT 的命令代碼也在此時產生 在虛擬的單點金剛石切削模塊中 執(zhí) 行三維 3D 圖形仿真 評估切削用量 例如切削速度 主軸轉速和切削深度 像 干涉和碰撞這些切削錯誤會在該模塊中被檢測到 如果有干涉或碰撞發(fā)生 那么將 重新設置切削用量或者修改數控程序 在虛擬檢測功能模塊中 已加工的虛擬透鏡 被給予評價 該評估結果反饋到光學產品設計和最優(yōu)化功能模塊 用于改善透鏡的 設計 直到獲得滿意的透鏡 最后 合格透鏡的設計和制造信息被輸出到實際的生 產過程 即迭代的設計 加工 評估過程完全由虛擬加工系統所完成 而沒有任何 廢料產生 虛擬制造方法的主要過程示意圖如圖 3 所示 圖 2 虛擬加工系統的功能模塊 立式高速自動繞線機設計 8 圖 3 虛擬教工的主要過程示意圖 3虛擬加工系統中的數控刀具軌跡編譯模塊 數控程序的生成主要是通過兩個模塊 一個模塊是計算機輔助制造 CAM 模 塊 CAM 模塊根據所設計的零件 刀具路徑計算出刀具的運動軌跡 另一個模塊是 機床控制器獨立刀具位置數據 CLDATA 文件的輸出結果 刀具位置數據文件在 數控后處理模塊中產生 用于運行具體的數控程序的文件 這兩個步驟依舊涉及大 量的人為干預和指導 在數控程序中始終有可能存在錯誤 如出現意外事故 詞匯 錯誤 語法錯誤 加工參數錯誤 刀具和夾具之間的干涉等錯誤 盡管像 Unigraphics 和 MASTERCAM 等的商業(yè) CAD CAM 軟件可以執(zhí)行刀具軌跡模擬 但 是他們往往是根據刀具位置數據文件 本文中所開發(fā)的虛擬制造系統是基于數控程 序的系統 在虛擬加工系統中 真實機床的數控代碼控制機床三維圖形模型運動 數控加工刀具軌跡編譯器通常負責檢查數控程序和計算用來驅動虛擬機床的驅動命 令代碼 刀具位置編譯 CLT 的實施是很簡單的 而且刀具位置數據文件直接提 供了刀具位置 此外 這些刀具位置數據文件沒有語法和語義錯誤 然而因為數控 刀具軌跡編譯器包括詞法和詞義分析 語法和語義解析 驅動代碼的產生等功能 立式高速自動繞線機設計 9 所以數控刀具軌跡編譯的實施比刀具位置編譯要困難的多 圖 4 所示為擬議的數控刀具軌跡編譯器的框架 它由三個主要部分組成 第一 部分是預處理器 它是用來進行預處理工作的 如省去評論和空格有助于閱讀 但 是預處理器不負責驅動機床運動 第二部分主要是由詞法分析儀和語法分析器組成 它們分別檢查數控程序中的詞匯和語法錯誤 每當需要新的口令時 語法解析將調 用詞法分析儀 然后詞法分析儀將返回給語法分析器和該口令相關的詞位 數控刀 具軌跡編譯的第二部分將逐句地檢查數控程序 在數控程序中 如果有任何詞匯或 語法錯誤被發(fā)現 該數控系統不僅會報告錯誤的位置和類型 而且會給出一些糾正 錯誤的建議 該數控編譯的第三部分是基于數控程序對切削軌跡進行插補 第三部 分將輸出刀具位置信息的同時輸出機床狀態(tài) 例如機床的主軸轉速 刀具號 冷卻 條件等 第三部分有助于驅動虛擬機床 圖 4 數控刀具翻譯的骨架 3 1 詞法分析儀和語法解析器 LASP 設計詞法分析儀和語法解析器是為了檢查數控程序中的詞法和語法錯誤 詞法 分析儀和語法解析器的工作流程說明如圖 5 詞法分析儀首先從數控程序中讀取數 控代碼 被命名為塊 然后按單刀金剛石切削 G 代碼的標準符號表逐句檢查 NC 立式高速自動繞線機設計 10 代碼 如果有像字符錯誤 地址錯誤這樣的詞法錯誤被發(fā)現 計算機屏幕上將會顯 示出錯誤以及錯誤所在的位置 同時將錯誤報告保存 接下來 將已分析過的數控 塊輸入到語法解析器模塊 在語法解析器模塊中檢查 NC 程序的語法錯誤 如果發(fā) 現有例如錯誤的主軸速度 錯誤的刀具號等語法錯誤 那么錯誤和錯誤的位置也會 顯示和保存 詞法分析和語法解析的過程將一直重復分析其他的數控塊 直到分析 完所有的數控程序中所有的數控塊 如果分析和解析的結果表明 程序中仍然存在 某些錯誤 數控程序應當再次被糾正和編輯 直到在該數控程序沒有發(fā)現任何錯誤 如上所述的編輯過程才停止重復 最后 已校正的數控程序將進入下一部分 從而 生成驅動代碼 圖 5 詞法分析儀和原發(fā)解析器的工作流程圖 3 2 虛擬單刀金剛石切削的代碼生成器 立式高速自動繞線機設計 11 數控程序是一個用于控制數控機床工作的指令集 該程序包括一些塊 這些塊 包含塊編號 預備功能 坐標值 進給功能 主軸功能 刀具功能 輔助功能等的 信息 代碼生成器的作用是根據數控代碼找出相關信息用來驅動虛擬機床 G 代碼 通常被分成不同的組 不同組的 G 代碼可以被同一個塊多次調用 除非這些被分組 的 G 代碼在同組中被代替 否則分組后的 G 代碼都是模塊化且一直有效的 其他的 G 代碼只有在指定的塊中有效 也并非模塊化的 在這個虛擬加工中 G 代碼由下 面的結構 classCGCommand 代表 如圖 6 所示 在數控程序中 classCGCommand 結構方便了 G 命令的校正過程 圖 6 classCGCommand 的結構 圖 7 所示是帶刀具半徑補償的刀具軌跡插補說明圖 實線代表著工件的輪廓 虛線代表刀具軌跡 結果表明 在計算機的緩存中同時需要兩個塊的信息 用來計 算點 2 附近的補償值 點 2 是工件的角點 圖 7 帶刀具半徑補償的刀具軌跡插補 立式高速自動繞線機設計 12 圖 8 所示是生成虛擬單刀金剛石切削驅動代碼的過程 已模塊化的 G 代碼和一 些像 X Z 這樣的詞 通常在最開始被寫入 并且除非它們被改變 否則在以后的 數控代碼中它們將被省略 為了能在計算機中執(zhí)行刀具軌跡的插補 應按照塊結構 的格式填寫數控代碼 計算機同時讀入兩個塊 從而進行帶刀具半徑補償的刀具軌 跡插補 為了確定點 2 和點 3 的坐標 以及以何種方式對在點 2 附近進行刀具軌跡 插補 需要預處理塊 2 和塊 1 塊 1 是基于 SPDT 機床控制規(guī)范的刀具軌跡插補計 算 詳細說明見圖 9 所求插補結果用來驅動虛擬機床 圖 8 生成驅動代碼的過程 立式高速自動繞線機設計 13 圖 9 執(zhí)行塊 1 的過程 4實例研究 在本論文中 插入一個衍射透鏡模具襯墊的制造作為實例 用來說明 VMS 中 數控刀具軌跡編譯模塊的性能 圖 10 是衍射透鏡模具襯墊的設計技術要求 根據此 設計技術要求產生待加工模具的數控程序 加工模具襯墊之前 在所開發(fā)的虛擬 SPDT 系統中驗證數控程序和模擬襯墊的可加工性 圖 11 所示是數控程序的檢查結 果 圖 11 a 是在 NC 程序中有語法錯誤的情況 檢查結果不僅指出錯誤的位置和 類型 而且建議出糾正方法 圖 11 b 所示是沒有任何錯誤的數控程序的檢查結 果 圖 12 a 所示是被模擬的刀具軌跡 圖 12 b 和圖 12 c 所示是被加工模 具襯墊的 2 維和 3 維模型 它們均表明數控刀具軌跡的編譯可以有效的履行其職能 立式高速自動繞線機設計 14 圖 10 模具襯墊的設計技術要求 圖 11 數控程序的檢查結果 5結論 本文闡述了一種概念性的超精密金剛石車削的虛擬加工系統 并詳細討論了虛 擬加工系統中數控刀具軌跡編譯器模塊 數控刀具軌跡編譯器包括詞法和詞義分析 語法和語義分析 驅動代碼生成等部分 由于所開發(fā)的虛擬加工系統是由數控程序 控制 所以可以在實際生產之前確保數控代碼的正確性 通過引用實例 衍射透鏡 模具襯墊的制造 說明數控刀具軌跡編譯器的性能 模擬仿真結果表明 數控刀具 軌跡編譯功能可以有效的發(fā)揮其職能 立式高速自動繞線機設計 15 a 刀具軌跡 b 加工衍射透鏡的模擬結果 c 已加工模具沉淀的三維模型 圖 12 加工衍射透鏡的模擬結果 感謝 作者在此表示誠摯的感謝駐中國香港特別行政區(qū)的研究資助局對本項目的財政 資助 立式高速自動繞線機設計 16 參考文獻 1 M Onosato K Iwata 通過集成產品模型和工廠模式對虛擬制造系統的開發(fā) 機械工程研究所 42 1 1993 475 478 2 C F Cheung W B Lee 金剛石精密的虛擬加工的檢查系統的框架 J Mater Process 出版社 119 2001 27 40 3 巖田光 米小野里 光寺本 第大崎 虛擬制造虛擬加工系統作為集成制造 資源的先進信息基礎 機械工程研究所 46 1 1997 335 338 4 K I Lee S D Noh 虛擬制造系統 工程活動的測試床 機械工程研究所 46 1 1997 347 350 5 S Ho S Sarma Y Adachi 刀具和環(huán)境之間的實時分析與干預 電腦輔助設 計 33 2001 935 947 6 Y C Chung J W Park H Y Shin B K Choi 廣義數控加工的表面建模 計 算機輔助設計 30 1998 587 594 7 C L Liu D M Esterling J Fontdecaba 運用擴展四叉樹法對數控加工型 材的尺寸校核 計算機輔助 28 1996 845 852 8 D Blackmore M C Leu 凸線輥形包絡線微分方程的算法及其在數控加工應 用中的驗證 計算機輔助設計 29 1997 629 637 9 W B Lee C F Cheung J G Li 材料加工中的虛擬制造應用 J Mater Process 出版社 5054 2001 1 8 立式高速自動繞線機設計 17 附錄二 立式高速自動繞線機設計 18 立式高速自動繞線機設計 19 立式高速自動繞線機設計 20 立式高速自動繞線機設計 21 立式高速自動繞線機設計 22 立式高速自動繞線機設計 23 立式高速自動繞線機設計 24