一.簡介

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

     而目前繞線機的市場可謂龐大，品種繁多，有平行繞線機、環型繞線機、定轉子繞線機、轉子繞線機和紡織繞線機等。本文介紹一種使用英威騰伺服驅動器作為驅動部件的全自動雙飛叉繞線機，以及英威騰伺服在該繞線機上的應用案例。該繞線機主要用于電機，電器繞組的制造，是電子工業中的重要工裝設備。

二.工作原理

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

三.工藝流程及主要技術指標

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

     繞線機要求完成自動裝夾、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, 根據操作者的設置, 程序能自動進行判斷。如可根據不同品種的轉子、不同槽數的要求, 程序會自動判斷分度的角度, 繞制是否完成、轉子嵌線的槽溝是否準確( 通過編碼器檢測) 和自動反饋校準等功能。由于考慮了不同規格的工件, 因而在程序設計與夾具制造上更具靈活性, 加工的產品可靠性及成品率高于國外設備。

主要技術指標如下:

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) 電動張力機構為20g～12kg;

7) 轉子外徑!20～!60mm;

8) 適用線徑為!0.4～!1.0mm;

9) 控制方式采用PLC 控制;

10)參數輸入方式采用觸摸屏輸入。

四.方案設計

     繞線部分采用雙飛叉結構同時繞線, 兩個繞線頭由英威騰CHS100-1R5-2伺服驅動器驅動的電機分別驅動, 繞線伺服電機通過同步帶傳動至繞線主軸上, 傳動速比可以根據繞線線徑的要求設計, 以滿足不同線徑的電機繞線生產效率的要求。

     分度部分采用的是英威騰CHS100-0R7-2伺服驅動器帶動電機, 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子。平行氣缸推動鉤線外套, 配合分度電機實現轉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, 可以調整鉤線套的掛鉤角度。整個箱體通過導軌固定在臺面上, 可以前后移動,以調整轉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, 產生一定的預張力, 然后在張力輪上纏繞至圈, 通過導輪進入彈力臂, 彈力臂的作用主要能使漆包線始終處于拉緊狀態, 再通過導輪進入繞線主軸。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, 在它的輸出軸上產生不同的靜力矩, 從而帶動張力輪使漆包線產生不同的張力。

     PLC是整個控制系統構成的核心, 采用三菱FX2N-80MR PLC，動作傳輸信號采用按鈕、接近開關、磁性開關等與輸人端相連, 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內部實現, 工作過程可在觸摸屏上進行動態顯示。PLC控制流程如下圖所示：

     繞線機與人的交互通過來觸摸屏來實現，繞線機控制系統軟件有三種工作狀態: 編輯狀態、手動狀態和自動狀態。在編輯狀態下, 進行參數輸入、讀出和修改, 使機器能適應不同繞線線徑、不同規格轉子的繞制; 手動狀態下, 通過點動按鈕控制機器動作完成繞線運動; 自動狀態下, 繞線機按工作流程自動執行轉子線圈的繞制。軟件界面: 整機電源接通后, 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, 就會進入參數讀出及參數修改畫面。每一屏可以顯示六個參數號碼、參數意義及單位。如果要修改參數, 用手輕觸參數號碼鍵, 在彈出的鍵盤上按動數字鍵, 輸入所需的參數值。本機參數設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、線包匝數、鐵芯迭片槽數、轉子定位微調角、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, 本設計可存儲二十個不同規格的轉子型號及其參數。

五.總結

     使用英威騰伺服驅動器的該全自動雙飛叉轉子繞線機達到以下性能指標：

1. 飛叉額定繞線轉速可以達到2500rpm以上；
2. 飛叉、分度加速度均可達到200KHz以上；
3. 繞線飛叉電機精度0.2度、分度電機精度0.01度 ；
4. 飛叉到位收斂速度快，無拖尾現象。

      除此之外，英威騰伺服驅動器已經廣泛應用于雕銑機、剝線機、水焰切割機、定子繞線機、包裝機等多個行業。在一些關鍵性能指標上已經達到國內領先水平。