1、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
機(jī)械系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)，只是設(shè)計(jì)了全自動(dòng)化磁環(huán)繞線機(jī)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)部分，完整的全自動(dòng)繞線機(jī)系統(tǒng)還包括電氣控制部分。我們?cè)O(shè)計(jì)的全自動(dòng)繞線機(jī)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，電氣控制的主要作用是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，包括：執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)控制，檢測(cè)傳感器的信息處理和現(xiàn)場(chǎng)人員的人機(jī)交互等。主要分為以下的幾個(gè)單元來(lái)完成：
PLC 控制單元、人機(jī)界面單元、傳感檢測(cè)單元、執(zhí)行單元和報(bào)警裝置單元等。
2、全自動(dòng)繞線機(jī)系統(tǒng)流程圖
PLC 流程圖又稱為順序功能圖。所謂順序控制, 就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序, 在各個(gè)輸入信號(hào)的作用下, 根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間的順序, 在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地有秩序地進(jìn)行操作，便于調(diào)試。
我們?cè)O(shè)計(jì)的全自動(dòng)繞線機(jī)系統(tǒng)電氣控制部分相對(duì)比較復(fù)雜，整個(gè)系統(tǒng)控制由公司經(jīng)驗(yàn)豐富的電氣工程師負(fù)責(zé)。為便于 PLC 程序的順利編制，我們給出了全自動(dòng)繞線機(jī)整體運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)流程圖，流程圖相對(duì)較長(zhǎng)。
3、全自動(dòng)繞線機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
(1) 氣動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成
典型的氣動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)由氣壓發(fā)生裝置、執(zhí)行元件、控制元件和輔助元件四個(gè)部分組成。
1) 氣源
氣源是氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源，是由空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣。為保證氣動(dòng)系統(tǒng)的正常工作，必須對(duì)壓縮空氣進(jìn)行降溫、凈化、減壓、穩(wěn)壓以及提供油霧等一系列處理，因此必須設(shè)置壓縮空氣凈化裝置，包括冷卻器、油水分離器和儲(chǔ)氣罐等。
2) 執(zhí)行元件
執(zhí)行元件是以壓縮空氣為工作介質(zhì)，并將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，執(zhí)行元件包括：做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣缸，做連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的氣馬達(dá)和做不連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)氣缸等。我們所涉及到的執(zhí)行元件為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣缸和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)氣缸以及氣爪。
3) 控制元件
控制元件又稱操縱、運(yùn)算、檢測(cè)元件，是用來(lái)控制壓縮空氣的壓力、流量和流動(dòng)方向等，以便使執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律�？刂圃ǎ焊鞣N壓力閥、方向閥、流量閥、邏輯元件、射流元件、行程閥、轉(zhuǎn)化器和傳感器等。我們中用到的控制元件有方向閥和傳感器。
4、輔助元件
輔助元件是使壓縮空氣凈化、潤(rùn)滑、消聲以及元件間連接所需要的一些裝置。輔助元件包括：分水濾氣器，油霧氣、消聲器以及各種管路附件等。
(2) 全自動(dòng)繞線機(jī)系統(tǒng)電磁換向閥選擇
換向閥是氣動(dòng)控制中很重要的一類閥，用于改變氣流方向和控制管道中氣流的通斷，從而控制執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方向。電磁換向閥是利用電磁力來(lái)完成閥芯移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)換向功能。由于電磁閥是電氣操作，易與 PLC 等控制設(shè)備配合，因而得到廣泛應(yīng)用。
根據(jù)全自動(dòng)繞線機(jī)系統(tǒng)的要求，選用的電磁閥有兩類，三位五通電磁閥，另一類為二位五通電磁閥。選型中，三位五通電磁閥選用使用日本 SMC 公司生產(chǎn)的 SY5340 系列電磁閥，二位五通電磁閥型號(hào)是 SY5140 系列電磁閥。
換向閥的特點(diǎn)：①低功耗：0.5W；②小型、大流量；③高速響應(yīng)：15 毫秒以下；④可以多位集裝；⑤最高動(dòng)作頻率：10 次/秒。當(dāng)換向閥一端通電時(shí)，此端產(chǎn)生的電磁力推動(dòng)先導(dǎo)閥打開(kāi)，使氣源接通，從而推動(dòng)主閥移動(dòng)，完成指定工作。閥體上均有手動(dòng)開(kāi)關(guān)，用于斷電情況下以機(jī)械方式移動(dòng)閥芯。
(3) 全自動(dòng)繞線機(jī)氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)
全自動(dòng)繞線機(jī)包含27個(gè)各類氣缸，因此氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是全自動(dòng)繞線機(jī)整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)中重要的一環(huán)。
2、系統(tǒng)調(diào)試
全自動(dòng)繞線機(jī)的調(diào)試包括：機(jī)械調(diào)試、電氣控制調(diào)試和氣動(dòng)回路調(diào)試等三個(gè)主要部分。以我們?cè)O(shè)計(jì)的全自動(dòng)繞線機(jī)為基礎(chǔ)的樣機(jī)整體如下圖所示。
(1)硬件調(diào)試中解決的問(wèn)題
l) 對(duì)各裝配部件的相對(duì)位置的進(jìn)行微調(diào)
考慮到全自動(dòng)繞線機(jī)部分部件加工出現(xiàn)的誤差，裝配調(diào)試過(guò)程中，在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)進(jìn)行微調(diào)，以滿足整機(jī)的工作要求。如同步帶的張緊力由一個(gè)調(diào)整輪調(diào)整，在調(diào)試時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行微調(diào)，以使同步帶張緊力達(dá)到要求。
2) 檢查系統(tǒng)中是否存在部件的干涉
全自動(dòng)繞線機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)已進(jìn)行虛擬樣機(jī)的仿真和干涉分析，但實(shí)體樣機(jī)有眾多氣管和電氣控制線，因此需要注意相關(guān)干涉問(wèn)題，以免運(yùn)行時(shí)發(fā)生事故。
(2)控制系統(tǒng)調(diào)試中解決的問(wèn)題
l) 檢測(cè)各磁性開(kāi)關(guān)和和檢測(cè)元件的安裝位置是否正確，各磁環(huán)開(kāi)關(guān)和檢測(cè)元件是確保系統(tǒng)順利運(yùn)行的關(guān)鍵，因此在調(diào)試中，需要對(duì)磁性傳感器和檢測(cè)元件安裝是否到位進(jìn)行細(xì)致檢查。
2) 協(xié)調(diào)好各驅(qū)動(dòng)元件的運(yùn)動(dòng)，以保證執(zhí)行元件動(dòng)作的協(xié)調(diào)性
調(diào)試時(shí)對(duì)各運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行單步逐步調(diào)試，以為防止調(diào)試中部件發(fā)生碰撞而使元件損壞。
3) 調(diào)試運(yùn)行程序，檢查在各氣缸的運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性和可靠性。
通過(guò)解決系統(tǒng)調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題，改善系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)整體性能。
3、全自動(dòng)繞線機(jī)樣機(jī)試運(yùn)行結(jié)果
在完成全自動(dòng)繞線機(jī)的單步調(diào)試后，進(jìn)行了整體試運(yùn)行。
(1) 試運(yùn)行條件 1：
磁環(huán)環(huán)規(guī)格：內(nèi)徑 Φ15mm，外徑 Φ25mm，磁環(huán)高度 10 mm；
銅線線徑：Φ0.6mm；
繞線圈數(shù)：20 匝。
(2) 運(yùn)行結(jié)果 1：
整個(gè)磁環(huán)上下料、繞線過(guò)程均可自動(dòng)完成；
系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間：5 分 30 秒；
完成繞線的磁環(huán)如圖 5-10所示，其繞線品質(zhì)與半自動(dòng)繞線設(shè)備繞線所繞成磁環(huán)相當(dāng)。
(3) 試運(yùn)行條件 2：
磁環(huán)環(huán)規(guī)格：內(nèi)徑 Φ15mm，外徑 Φ25mm，磁環(huán)高度 10 mm；
銅線線徑：Φ1.0mm；
繞線圈數(shù)：20 匝。
(4) 運(yùn)行結(jié)果 2：
整個(gè)磁環(huán)上下料、繞線過(guò)程均可自動(dòng)完成；
系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間：5 分 30 秒
繞線機(jī)的繞線品質(zhì)亦可達(dá)到半自動(dòng)繞線設(shè)備繞線所繞成磁環(huán)。
樣機(jī)試運(yùn)行結(jié)果顯示，樣機(jī)達(dá)到了整個(gè)繞線過(guò)程全自動(dòng)化這一最關(guān)鍵的設(shè)計(jì)技術(shù)要求，同時(shí)繞出來(lái)的磁環(huán)質(zhì)量也達(dá)到了相應(yīng)要求。
我們首先進(jìn)行了全自動(dòng)繞線機(jī)控制部分設(shè)計(jì)，主要完成了系統(tǒng)氣路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及各部分動(dòng)作分析，為便于進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，給出了完整的系統(tǒng)流程圖。最后對(duì)裝配出的樣機(jī)進(jìn)行了調(diào)試，改進(jìn)調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題，進(jìn)行了樣機(jī)的試運(yùn)行，結(jié)果顯示系統(tǒng)基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的繞線同時(shí)繞線品質(zhì)亦能達(dá)到相應(yīng)要求。
精密平行繞線機(jī)
精密環(huán)型繞線機(jī)
自動(dòng)飛叉繞線機(jī)
全自動(dòng)設(shè)備系列
精密線圈
包膠線圈
精密馬達(dá)線圈
空芯線圈
變壓器線圈