立式高速自動繞線機設計

立式高速自動繞線機設計,立式高速自動繞線機設計,立式,高速,自動,繞線機,設計 大大連大大學學2017屆屆學學生生畢業(yè)論文文(設計)中中期期檢查表表題目立式高速自動繞線機設計指導教師蔡軍職稱高級工程師學生姓名田程林閱讀文獻數(shù)12初稿完成時間2017-05-12工 作 量較少 適中較多 出勤情況較好一般 較差 工作進度快 按進度進行慢 任 務 書有開題報告有中期工作結論良調(diào)整情況無教研室主任意見同意教研室主任(簽名)：賈衛(wèi)平日期：2017-04-24學院意見同意教學院長(簽名)：賈衛(wèi)平日期：2017-04-24畢業(yè)論文(設計)任務書 論文(設計)題目：立式高速自動繞線機設計 工作日期：2016年12月09日 ~ 2017年05月26日 1.選題依據(jù): 通過完成總體設計、主動系統(tǒng)設計、進給系統(tǒng)設計、啟動夾緊機構設計等，通過進行相關的設計與計算，可以促使學生對科學的機械設計方法的掌握；在完成本設計的過程中，需要繪制一定數(shù)量的CAD圖紙，可以提高學生的CAD繪圖水平，通過完成論文的撰寫，可以培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，形成認真、細致的工作方法。 2.論文要求(設計參數(shù)): 完成立式高速自動繞線機設計。要求繪制包括總體設備全部圖紙等在內(nèi)的4張零號圖紙，撰寫設計說明書20000字以上。 3.個人工作重點: 立式高速自動繞線機工作原理設計、總體設計分析、主動系統(tǒng)設計、進給系統(tǒng)設計、啟動、夾緊機構設計，繪制圖紙，撰寫設計說明。 4.時間安排及應完成的工作: 第1周：完成立式高速自動繞線機調(diào)研第2周：完成立式高速自動繞線機資料查閱與翻譯工作 第3周：完成立式高速自動繞線機文獻綜述工作第4周：完成立式高速自動繞線機開題報告撰寫工作第5周：提出幾個設計方案第6周：分析比較各個方案 第7周：確定總體設計方案，繪制總圖第8周：主動系統(tǒng)設計第9周：選擇動力系統(tǒng)第10周：進給系統(tǒng)設計 第11周：啟動、夾緊機構設計第12周：進行相關的設計與計算第13周：控制系統(tǒng)設計第14周：撰寫設計說明 第15周：修改、補充、整理，準備答辯 5.應閱讀的基本文獻: [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(tǒng)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. [5]王超.一種能自動調(diào)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(xiàn)[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(xiàn)代制造工程, 2016，(1):105-109 [9]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 [10] 許中明，董逢，周利明.一種新型數(shù)控立式繞線機的研制[J].順德職業(yè)技術學院學報，2009，（7）2 . （設計） 題目名稱： 立式高速自動繞線機設計 所在學院： 專業(yè)（班級）： 學生姓名： 指導教師： 評閱人： 院 長 ：  立式高速自動繞線機設計 總計：畢業(yè)論文： 49 頁 表 格： 1 表 插 圖： 24 幅  大 連 大 學 本科畢業(yè)論文 (設計 )開題報告 論 文 題 目： 立式高速自動繞線機 學 院： 機械工程學院 專 業(yè) 、班 級： 機英 133 學 生 姓 名： 田程林 指導教師（職稱） 蔡軍（高級工程師） 2016 年 12 月 29 日填 1 畢業(yè)論文（設計）開題報告要求 開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文 （設計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化 ，特制定本要求。 一、選題依據(jù) 1.論文（設計）題目及研究領域； 2.論文（設計）工作的理論意義和應用價值； 3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢。 二、論文（設計）研究的內(nèi)容 1.重點解決的問題； 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）； 3.本論文（設計）預期取得的成果。 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）； 2.論文（設計）進度計劃。 四、文獻查閱及文獻綜述 學生應根據(jù)所在學院及指導教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎上通 過分析、研究、綜合，形成文獻 綜述。必要時應在調(diào)研、實驗或?qū)嵙暤幕A上遞交相 關的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎。 五、其他要求 1.開題報告應在畢業(yè)論文（設計）工作開始后的前四周內(nèi)完成； 2.開題報告必須經(jīng)學院教學指導委員會審查通過； 3.開題報告不合格或沒有做開題報告的學生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論 文（設計）工作，否則不允許參加答辯； 4.開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導教師； 5.開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù) 需要手寫在統(tǒng)一紙張 上，但封面需按統(tǒng)一格式打印）。 2 一、選題依據(jù) 1.研究領域 工程實踐 2.論文（設計）工作的理論意義和應用價值 （ 1） 當今，高速加工制造技術已經(jīng)是世界制造業(yè)的主流技術，世界范圍內(nèi)的機械 設備日益向高速、高效、高精度和自動化方向發(fā)展。機電設備研發(fā)階段已經(jīng)運用了現(xiàn) 代輔助設計與分析方法，特別是有限元方法大量運用在機電設備研發(fā)中。有限元方法 是一種求解復雜對象的方法，基本思路來源于“化弧為直”、“化整為零”的思想。有 限元法應用離散的思想，將一個連續(xù) （ 2）解域離散為一組優(yōu)先個、且按一定方式相 互聯(lián)系在一起的單元組合體。由于 求解域的區(qū)域與區(qū)域的連接方式不同，因此可以模擬幾何形狀復雜的求解域。然后利 用每一單元內(nèi)假設近似函數(shù)，分片表示求解域上的未知場函數(shù)。 （ 3）當今有限元技術已經(jīng)從航空航天、大型土木工程、大型風電設備、高速列車 及國防等領域，推廣到汽車、生活消費品、能源、工業(yè)設備、工程機械、材料、化學 工藝等過程及高科技等領域。如唐進元等，應用了有限元分析了加載條件下齒輪嚙合 的傳動性能參數(shù)，應力變化等規(guī)律，通過與赫茲接觸應力解析公式計算結果對比，理 論與有限元分析結果一直，驗證了有限元仿真值的正確性。 （ 4）同樣有限元技術也有很多應用分析機床主軸，如 Reddy VR 簡歷了車床主軸有 限元建模，將加工最大宮頸癌年和最小變形作為準則，并將軸承間隙，軸承剛度，工 件直徑等作為參數(shù)，諸如此類的研究成果還有很多，不一一列舉。 3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢 我國繞線機產(chǎn)業(yè)從改革開放的初期開始起步，從原始的機械齒輪手搖式到全自動 的繞線機，其中經(jīng)歷的多次的技術革新，從市場調(diào)研來看，現(xiàn)代電氣技術的提高促進 了對高質(zhì)量線圈的要求，于是半自動的繞線機正在向全自動，高效的方向發(fā)展，目前 國能的廠家正在集中精力開發(fā)精密排線，閉環(huán)控制，張力控 制，多功能等技術，正在 與國外的現(xiàn)金技術拉近距離。 2010 年隨著經(jīng)濟的回暖，繞線機的市場需求量大幅度增加，許多企業(yè)也在趕制設 備，其中箔繞機的增長幅度最為明顯，其中是多頭繞線機，可以滿足搞生產(chǎn)要求的機 型；自動繞線機的增長，大大提高了生產(chǎn)效率，減少了勞動工人的勞動量。近年來， 繞線機的發(fā)展水平已經(jīng)達到了一個新的高度，形成了全自動，多功能，高效自動化的 生產(chǎn)能力。從線圈的生產(chǎn)的上線，饋線，端頭繞制到線圈繞制和下線都實現(xiàn)了過程的 自動化，從控制形式上看，單一的開環(huán)控制發(fā)展到使用直流伺服電機和交流伺服電機 到多軸同時繞制多個 線圈的一系列產(chǎn)品。中國繞線機在控制方面還在沿用繼電器控 制，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量很差，生產(chǎn)效率也很低，是手工與機械的結合，近幾年來， 中過的科研人員利用電腦和單片機對這類設備進行了改造，但是仍然不盡如人意，自 動化程度仍然不高，操作也不方便，高精度的控制問題因采用了 PLC 控制和變頻技 3 術已經(jīng)得已解決。 即使國內(nèi)技術正在高速發(fā)展，但成產(chǎn)出來的繞線機種種缺點還是存在，制造出來 的繞線機應用的局限性很大，目前只能用于繞制較大的線圈，比如變壓器的線圈，對 于繞制小型的線圈還是有較大的困難。雖然我過繞線機的生產(chǎn)商有近百家，但是有一 半沒有生產(chǎn)能力，技術還不成熟，借鑒與抄襲的現(xiàn)象還是屢見不鮮。造成市場上生產(chǎn) 出來的繞線機型號單一，功能不全，繞制完成的線圈質(zhì)量很差，而且繞制的效率也是 不如人意，無論在外觀還是性能方面都沒有亮點可言。還有一個致命的缺點就是柔性 差，不能根據(jù)需要對繞線機進行簡單的改造以適應不同的需求。 國內(nèi)的立式繞線機力矩大，架線機構與加緊裝置會產(chǎn)生很大的拉緊力，所以繞制 出來的線圈直徑一般都會滿足要求不會超差，這對精密的線圈來說至關重要，缺點是 構型復雜，精密度要求高，不好制造，升降機構的三套傳動系統(tǒng)運動必須同步，否則 會產(chǎn)生相當大的 噪音，嚴重時，不能夠運動。 深圳市拓維精新精密機械廠生產(chǎn)的 TWX-08-750 八軸數(shù)控繞線機采用了 CNC 四軸伺服電機驅(qū)動，能用于多種骨架線圈繞 線，但控制器 采用的是日本 YASKAWA 公司的 MP2000 系列控制器，無自主知識產(chǎn) 權，且設備故障率很高；廈門精合電氣自動化有限公司生產(chǎn)的多軸繞線機，包括主軸 機構，排線機構，和夾斷線機構，但其關鍵部件多采用進口部件，所以控制器亦為國 外直接進口控制器，不具有核心技術的自助知識產(chǎn)權。 國內(nèi)繞線機與國外同等擦汗尿頻還存在差距，主要是對繞線機關鍵技術研究不 足，不透徹，自主研發(fā)繞線 機要達到國際水平或領先國際水平，必須要加強對其關鍵 技術的研究。 而國外在繞線機這一方面的發(fā)展水平遠遠超過了中國，比如德國，意大利，日本 等，國外繞線機的控制系統(tǒng)已經(jīng)由繞線機自身的控制發(fā)展到微機控制，在關鍵的部位 還可以實現(xiàn)狀態(tài)的自動監(jiān)控和故障的診斷，正在向 3000r/min 的高速繞制方向發(fā)展， 從大型的電力變壓器，牽引電機繞組到充電的微型線圈，以及各類電子設備，已經(jīng)實 現(xiàn)了閉環(huán)控制，整個繞線機設備已經(jīng)基本實現(xiàn)自動化，智能化，網(wǎng)絡化。而中國還在 沿用落后的繼電器控制，在精度方面有著很大的欠缺，自動化程度仍然沒有國外的高 。 隨著社會的發(fā)展和制造領域的需要，繞線機的制造正在處于飛速發(fā)展過程中，而將來 的繞線機必將發(fā)展到流水線的水平，從制造線圈到線圈質(zhì)量的考察，故障的反饋與修 復，都將由繞線機自身來完成，把工人的雙手從無盡的勞動中解放出來，既降低了勞 動強度還提高了工作效率。 國外自動繞線機發(fā)展較早，繞線機性能更優(yōu)，功能更全面。德國和意大利生產(chǎn)的 自動繞線機功能多，繞線加工可靠性能高，自動化程度，已經(jīng)基本實現(xiàn)繞線全過程自 動化，產(chǎn)品得到更多功能用戶的青睞；美國生產(chǎn)的自動繞線機人機交互平臺完備，方 便工人，方便工人操作；日本生產(chǎn)的自動繞線機設 備體積小巧精致，具有多軸、高自 動化特點，其設備柔性好，各機型標準化，一遇拆裝，更換與維修；瑞士的米特已經(jīng) 研制出主軸轉速高達 24000rpm 的高速繞線機；日本田中精密生產(chǎn)的 MSC 全自動多軸 4 繞線機到達主軸 10000rpm，主軸最高轉速可達 16000rpm；日本日特機械工程株式會 社生產(chǎn)的 NOL 線嘴式內(nèi)轉子繞線機，可對用于小型馬達的外轉子，內(nèi)轉子繞線，采 用自動流水線式安裝傳動單元，用戶可自由編排自己的流水線；美國生產(chǎn)的 GS-6 繞 線機，繞線軸最高轉速達 12000rpm，具有繞線加工小靜電機外轉子的特點；意大利 Marsilli 在粗線徑繞線機的研制方面，具有自己獨特的技術優(yōu)勢。 日本的繞線機先進 程度很高，在繞線機的很多方面相比中國都具有創(chuàng)新行，也算是技術優(yōu)勢，日產(chǎn)繞線 機人機界面友好，獨創(chuàng)了簡單的中文編程操作系統(tǒng)，也可以選擇英文操作系統(tǒng)。自帶 了 128k 的快速閃存，可擴展 USB 移動存儲，既第一次使用后，接下來的使用可以直 接調(diào)出相應的程序，既簡單又快速，作業(yè)效率很高。日本產(chǎn)繞線機排線，上下料纏腳 和絞線動作都是全自動，用微機控制，不需要人來操作，定位精度高，性能高，工作 更為穩(wěn)定。使用了 3GT 同步帶的使用全面地大幅度地降低了噪音，減小 了溫度升高， 而且極大地提高了轉速，效率也相應提高。繞線機上還增加了熱量排放系統(tǒng)，溫度可 維持在 40，設備因摩擦和工作時間過長產(chǎn)生的熱量都被降低，減小了發(fā)生故障的幾 率卸料系統(tǒng)裝在上料系統(tǒng)上邊，對于木質(zhì)骨架，卸料更加平穩(wěn)，不會破壞骨架，而外 國產(chǎn)品卸料力很大，電木骨架易被卸料裝置推破，無法實現(xiàn)全自動。日本的繞線機采 用新型工作系統(tǒng)，顯著提高了繞線速度，縮短繞線周期，減少人員配置，縮短作業(yè)時 間，提高生產(chǎn)效率。 5 二、論文（設計）研究的內(nèi)容 1.重點解決的問題 立式高速自動繞線機整體設計 2.擬開展研 究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） （ 1） 對立式高速自動繞線機進行相關資料的查詢，并挑選出 13 篇參考論文，其中 中文文獻 10 篇，英文文獻 3 篇； （ 2） 清楚立式高速自動繞線機的系統(tǒng)圖，了解各元件名稱與系統(tǒng)的工作原理； （ 3） 繪制出零件圖，繞線機裝配圖，左夾具裝配圖； （ 4） 學習繞線機系統(tǒng)設計方法，應用其方法選用液壓系統(tǒng)中的各原件； （ 5） 對繞線機各個原件參數(shù)進行校核，驗證是否符合工作要求； （ 6） 編寫設計說明書； （ 7） 檢查修改與完善所有設計內(nèi)容，復習所有設計內(nèi)容，進行答辯； 3.本論文（設計）預期取得的成果 （ 1）確定出繞線機的設計方案； （ 2）繪制出零件圖； （ 3）繪制出裝配圖； （ 4）編寫設計說明書一份。 6 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）； （ 1）調(diào)研法：對繞線機的研究背景，技術水平，發(fā)展狀況進行市場調(diào)研； （ 2）設計參數(shù)：根據(jù)繞線機的性能要求，設計繞線機系統(tǒng)中各個原件的尺寸與參數(shù)， 選擇合適的元件； （ 3）文獻法：查閱參考相關文獻進行設計 2.論文（設計）進度計劃 第 1 周：完成立式高速自動繞線機調(diào)研 第 2 周：完成立式高速自動繞線機資料查閱與翻譯工作 第 3 周：完成立式高速自動繞線機文獻綜述工作 第 4 周：完成立式高速自動繞線機開題報告撰寫工作 第 5 周：提出幾個設計方案 第 6 周：分析比較各個方案 第 7 周：確定總體設計方案，繪制總圖 第 8 周：主動系統(tǒng)設計 第 9 周：選擇動力系統(tǒng) 第 10 周：進給系統(tǒng)設計 第 11 周：啟動、夾緊機構設計 第 12 周：進行相關的設計與計算 第 13 周：控制系統(tǒng)設計 第 14 周：撰寫設計說明 書 第 15 周：繪制零件圖 第 16 周 ： 修改 、 補充 、 整理圖紙與論文 ,準備答辯 四、需要閱讀的參考文獻 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(tǒng)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. 5王超 .一種能自動調(diào)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(xiàn) 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(xiàn) 代制造工程 , 2016， (1):105-109 9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 7 10 許中明，董逢，周利明 .一種新型數(shù)控立式繞線機的研制 J.順德職業(yè)技術學院學 報， 2009，（ 7） 2 . 11William D.Brown.Advanced Electronic Packaging with Emphasis ON multichip modules(M)2006. 12JEDEC Solid State Technology Association.JESD22-A104CS,Temperature Cycling,May,2005 附：文獻綜述 8 文獻綜述 1 研究的目的及意義 繞線機是繞制線圈行業(yè)中非常常見的一種加工設備 ,它的結構 ,系統(tǒng)組成 ,功能隨著 社會的發(fā)展 ,加工零件的工藝要求 ,它的結構與功能亟待改變來適應這種高標準的要求 , 繞線機已經(jīng)從傳統(tǒng)的機械式 ,半 自動式 ,逐漸發(fā)展成為全自動式 ,繞制高品質(zhì)的線圈已經(jīng) 不再費時費力 ,無論效率還是質(zhì)量都有了質(zhì)的飛躍 漆包線從原料桶出來經(jīng)過張力機構 ,仍保持良好的張力 ,經(jīng)過排線機構到減壓機構 的壓線柱下。繞線機主軸每旋轉一周 ,排線機構時線移動一個線徑的距離 ,實現(xiàn)緊密排 線。同時漆包線被加熱機構加熱 ,當漆包線繞在磨具上就會緊緊的粘在一起 ,當一個線 圈被繞完后 ,減壓機構把漆包線剪斷的同時 ,另一端也被壓倒 ,卸下線圈 ,如此循環(huán)。 繞線機這種自動化設備在機械 ,建筑等領域非常常見 ,在需要時對銅線進行纏繞和 布置。全自動繞線機 (數(shù)控繞線機 )的組成包括 控制系統(tǒng) ,轉動系統(tǒng) ,傳動系統(tǒng) ,人機界面 和傳感器。在制造行業(yè)中繞線機的應用特別廣泛。 隨著我國電力工業(yè)的大力投入，變壓器制造水平正處在快速發(fā)展階段。變壓器的 品 種越來越多，結構形式越來越復雜，質(zhì)量不斷提高，性能指標也在不斷升 級。變壓 器的發(fā)展趨勢是耗損低、重量輕、可靠性高、價格便宜。這些性能指標高低都集中體 現(xiàn)在變壓器產(chǎn)品的設計和制造環(huán)節(jié)上。因此，一旦變壓器設計完成后，制造過程就尤 為關鍵，而變壓器產(chǎn)品的質(zhì)量和性能是靠工藝設備來保證的，所以變壓器專用設備的 技術水平在某種程度上也反映著變壓器的制造水平。因此，大力推 動變 壓器專用的設 備的發(fā)展是制造高性能，高水平變壓器的有力保證。作為變壓器制造的核心部分 ，變 壓器線圈的繞制質(zhì)量對整個變壓器性能極為關鍵。而線圈繞制的技術水平很大程度上 依賴于繞線機的技術水平，因此國外的變壓器制造商都十分重視現(xiàn)金繞線機技術的開 發(fā)和應用。 但是，由于目前國內(nèi)大多數(shù)變壓器專用設備生產(chǎn)商生產(chǎn)規(guī) 模較小，技術力量薄弱， 研發(fā)費用投入較少，原創(chuàng)能力較低等原因， 尚無法生產(chǎn)出符合技術要求的高質(zhì)量專用 設備，更無法與國外生產(chǎn)企業(yè)形成強有力的競爭。為了進一步促進行業(yè)的技術進步， 滿足國 內(nèi)變壓器生產(chǎn)企業(yè)的需求，本課題借鑒國外的 先進經(jīng)驗同時結合我過國情 ，進 行性能優(yōu)良，價格低廉的全自動繞線基金的開發(fā)研制。 常用電力變壓器繞線機的種類 （ 1） 自動排線繞線機 自動排線繞線機是繞制配電變壓器高壓線圈的專用設備。新型的繞線機主機轉速 由 300r/m 提高到 500r/m，進一步提高了生產(chǎn)效率。排線機構由單頭增加到二至三頭， 即一次可同時繞三只線圈。同時采用多線并饒方式，增加徑向壓緊機構，對每根放線 盤進行張力的獨立控制，從而使線組排列整齊，電流密度分布均勻，匝間緊密均勻。 同時配有端絕緣開卷機構，導線張緊機構，計算機可預置多種參數(shù)，可使線圈繞制一 次完成 ，自動化程度大大提高，減輕了工人的勞動強度。 （ 2）箔式線圈繞制 機 箔式線圈繞制機是繞制低壓箔式線圈的關鍵設備。國內(nèi)已有廠家研制出新型數(shù) 字式箔式線圈繞指機，該機采用直流電機產(chǎn)生的箔帶張力，其特點是張力調(diào)整方便、 準確、穩(wěn)定性好，繞制全過程張力保持不變，從而能夠保證線圈的繞制質(zhì)量。控制系 統(tǒng)會自動計算開卷機上料卷直徑，從而隨時調(diào)整電機輸出力矩，確保整個繞制過程張 力恒定，對保證線圈質(zhì)量起關鍵作用。調(diào)偏機構采用光電模擬量傳感器非接觸檢測箔 帶邊沿，通過伺服電機動態(tài)糾偏，該系統(tǒng)精度高，反應快，可靠性高，調(diào)偏精度高。 9 （ 3） 立式繞線機 立式繞線機進一步向大型化發(fā)展。原有的立式繞線機載重量只有 20t，現(xiàn)在已經(jīng) 提高到了 40t，線圈直徑最大使用到 3500mm，最大高度達到了 4000mm。使用了氣囊 板式張緊裝置，而且數(shù)字顯示張力大小，張力控制更加準確，穩(wěn)定可靠。為了提高所 繞制的線圈的尺寸精度，控制立式繞線機徑向跳動，增加了繞線軸頭固定裝置；控制 軸向跳動，使用了高精度雙排軸式大型軸承。因此，通過使用線圈繞制專用設備，使 繞組生產(chǎn)達到了一個新的水平。多用在國內(nèi)超高壓，特高壓變壓器的制造過程中，對 我國雙百萬變壓器成功研制起到設備的保障作用 。 立式繞線機結構如圖 1 所示： 圖 1 立式繞線機結構 （ 4）臥式繞線機 帶有軸向，徑向壓緊式臥式繞線機在大型變壓器線圈生產(chǎn)中，得到了廣泛使用。 隨著變壓器性能要求提高，一般中小型變 壓器的生產(chǎn)也開始使用了壓緊式臥式繞線 機。為了更加準確地控制押緊力 ，原來壓緊機構是使用力矩電機或汽缸產(chǎn)生壓力進行 壓緊，現(xiàn)在已通過伺服電機取代。為了控制繞制圈尺寸公差，增加光柵尺，可以進行 在線檢測線圈尺寸。多軸式放線車上的各種線盤放線張力 獨立控制，根據(jù)繞制線圈的 長度，放線車隨動跟蹤 ，避免導線的扭曲變形產(chǎn)生新的應力，降低繞組的渦流 損耗。 繞線機的基本組成 ： 機械結構部分 ,電氣控制部分 ,氣路部分等組成。機械部分由繞線機構 ,排線機構 ,剪 線機構 ,線圈模具 ,脫模機構 ,張力機構 ,機架等組成。 排線機構 :排線機構由伺服電機 ,聯(lián)軸器 ,精密絲杠 ,精密導軌 ,氣缸 ,導向軸和排線架 組成。 排線裝置如下圖 2 所示： 張力機構 :與傳統(tǒng)不同 ,使用了電機 張力器 ,穩(wěn)定性強 ,移動時 仍然具有穩(wěn)定的張力 , 提高了質(zhì)量。傳統(tǒng)的機械式張力器不穩(wěn)定 ,適應性較弱 ,在開始和結束時的不穩(wěn)定張力 , 直接導致了繞線效果的不理想 ,相比之下 ,電機張力 器的使用時繞線整齊 ,無重疊 ,無松 散。 剪線機構 :由剪線模具 ,帶彈簧導向銷 ,切刀等組成 ,可以自動完成壓線與剪線。 線圈模具 :不同的線圈模具對應著不同型號的線圈。根據(jù)線圈外形與功能 ,結合設 計出來的線圈圖紙 ,設計模具圖紙 ,此時有三種模具要被用到 ,進線模 ,芯軸 ,脫模模具。三 種模具根據(jù)需要隨時更換 ,根據(jù)圖紙加工 ,所以要求模具的安裝尺寸 ,與設備的安裝不見 具有互換性。 機架 :機架用角鋼焊接 ,外部用優(yōu)質(zhì)碳素鋼結構鋼板 ,表面噴漆 ,既美觀又大方 10 圖 2 自動排線裝置 2 繞線機技術發(fā)展狀況 繞線機從最初的手工 ,歷經(jīng)半個世紀發(fā)展到半自動 ,全自動 ,一臺繞線機的組成包括 控制系統(tǒng)傳動系統(tǒng) ,運動系統(tǒng) ,人機耦合和傳感器 ,目前半自動繞線機應用最為廣泛 ,已 經(jīng)出現(xiàn)百花爭艷的局面 ,突出表現(xiàn)在以下三個方面 （ 1） 高產(chǎn)能 ,多功能需求高 這一現(xiàn)象的產(chǎn)生 ,是因為人工成本的攀升與市場對產(chǎn)品功能要求提高。一臺繞線機 起步價十幾萬 ,表面看起來很昂貴 ,但是繞線機的使用不但使工作效率提了上來 ,也大大 減小了人工繞制帶來的質(zhì)量上的問題 ,降低了企業(yè)風險 ,綜合考慮 ,還是應用繞線 機能夠 給企業(yè)帶來更高的利潤。 （ 2） 模塊化的功能控制器使機器更加的人性化 模塊化的功能控制器使機器更加的人性化 ,根據(jù)繞線機功能要求的不同 ,可以隨意 配置模塊化功能 控制器 ,相對于 PLC 的強計算能力 ,方便的通訊 ,較低的成本 ,相對簡單 和固定的控制要求。模塊化的組合式控制器 ,的應用就非常廣泛了 ,操作也較為簡單 ,只 要稍培訓 ,就可以完成復雜的控制工作。 （ 3） 專用機型的研發(fā)與定制 線圈的種類各式各樣 ,使用的材料也是各不相同 ,面對制造種類繁多的線圈 ,國內(nèi)的 許多廠家都望而卻步 ,但是近幾年隨著技術的提高 ,國內(nèi)的制造商的技術力 量也在逐漸 增大 ,在應對花樣繁多的線圈的繞制中也是得心應手 ,隨著加工能力的提升 ,繞線機定制 的周期也在大大縮短。 國內(nèi)的這種技術目前正在起步當中 ,繞線機是完成家用電器及工業(yè)電機線圈繞制 的設備 , 國內(nèi)的這種技術目前正在起步當中 ,生產(chǎn)出來的產(chǎn)品局限性很大 ,主要用來繞 制大型變壓器線圈 ,制造商有沈陽電工 ,西安啟源等 ,目前還沒有繞制大容量并聯(lián)空心電 抗器的立式繞線機。雖然我若繞線機的生產(chǎn)商近百家 ,但是有一半多沒有研發(fā)能力 ,技 術僅僅停留在抄襲和模仿的狀態(tài) ,造成市場上的繞線機種類單一 ,功能不全 ,無論是外 觀上 ,配置上 ,還是功能 上 ,都沒有絲毫亮點。繞線機的核心是控制系統(tǒng) ,生產(chǎn)商采用的都 是系統(tǒng)供應商供應的系統(tǒng) ,繞線機一旦制造完成就不能按著客戶的要求改動 ,柔性差。 由于繞線機制造商和系統(tǒng)供應商相互之間聯(lián)系不是很大 ,系統(tǒng)供應商不了解繞線機的 11 各種功能 ,所以導致繞線機會出現(xiàn)很多用不到的功能 ,資源浪費 國內(nèi)生產(chǎn)變壓器的生產(chǎn)商 ,常用的繞線機主要部分包括主機繞線模 ,操作平臺 ,放線 架 ,控制系統(tǒng)等。主機部分主要功能是 實現(xiàn)回轉與升降 ,主機的回轉運動經(jīng)減速器和齒 輪副傳到花盤 ,升降采用絲杠螺母機構傳動 ,由于花盤半徑大 ,所以通常采用三個配套的 同步傳動系統(tǒng)。 這種立式告訴繞線機具有力矩大 ,并且架線機構與加緊裝置會產(chǎn)生很大的拉緊力 , 所以繞制出來的線圈的直徑一般都會滿足要求不會超差。這對精密的線圈來說至關重 要。缺點是構型復雜 ,精密度要求高 ,不好制造 ,升降機構的三套傳動系統(tǒng)運動必須同步 , 否則會產(chǎn)生相當大的噪音 ,嚴重時不能夠運動國外的繞線機由自動控制發(fā)展到微機控 制。在某些關鍵部位還能實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)控和故障的診斷。正在向 3000r/min 的高速旋轉 發(fā)展。意大利和德國的產(chǎn)品以及技術目前位于世界的領先水平。中國在繞線機的控制 方面還在沿用電器控制 ,生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量很差 ,生產(chǎn)效率也 很低。是手工與機械的 結合 ,近幾年來 ,科研人員利用電腦和單片機對這類設備進行了改裝 ,但還是不盡如人意 , 自動化程度仍然不高 ,操作也不方便 ,高精度的控制問題因采用 PLC 控制和變頻調(diào)速技 術已經(jīng)成功的得以解決。 從近年來國內(nèi)繞線機和引進的繞線機來看 ,繞線機正在往全自動 ,多功能 ,高效 ,高 效自動化。通過單片機控制 ,電腦顯示 ,傳感器測量 ,實現(xiàn)了自動化 ,由之前的人工憑經(jīng)驗 草垛到現(xiàn)在的閉環(huán)控制 ,從結構改造上 ,到現(xiàn)在的有梭式的繞線機 ,已經(jīng)滿足了市場的需 求 ,總之 ,要開發(fā)出具有生命的繞線機 ,就要開發(fā)出啊繞線機的大部分功能 ,可以繞制的 線圈技術要求柔 。 國外的繞線機由于發(fā)展的比中國早，繞線機性能更優(yōu)，功能更齊全。德國和意大 利的繞線機功能多、繞線加工可靠性高、自動化程度高，已經(jīng)基本實現(xiàn)繞線全程自動 化，產(chǎn)品的到更多用戶的青睞；美國生產(chǎn)的自動繞線機人機交互平臺完備，方便工人 操作；日本生產(chǎn)的自動繞線機體積小小精致，具有多軸、高自動化特點，其柔性好， 各機型標準化，易于拆裝、更換與維修；臺灣生產(chǎn)的自動繞線設備以其相對簡單的配 件、優(yōu)質(zhì)的服務和排線均勻的特點，適合多元化生產(chǎn)線。 繞線機未來的發(fā)展趨勢必將會以流水線的方式呈現(xiàn)在世人面前 ,從線圈的加工 ,測 試到 多種輔助類機械相結合完成成品 ,因為流水線的工作模式會大大降低工人的勞動 強度 ,生產(chǎn)效率也大大的提高。 行業(yè)發(fā)展趨勢由原來銷售單一的產(chǎn)品轉換成集成生產(chǎn)方案的提供 ,關聯(lián)銷售從產(chǎn) 品導向轉換向客戶導向 ,已經(jīng)是自動化及數(shù)控設備行業(yè)競爭推動下的必然趨勢 ,對于繞 相機也是一樣 ,企業(yè)應該把生產(chǎn)出來的產(chǎn)品作為解決方案的一部分 ,而不是作為單獨產(chǎn) 品的出現(xiàn)。 3 亟待解決的問題 國內(nèi) 繞線設備總體相對落后，難以滿足新產(chǎn)品的工藝要求，主要表現(xiàn)存在以下幾個 方面： （ 1） 卷線采用異步交流電機驅(qū)動，繞線機啟動、制動不平穩(wěn)、線圈 繞制不緊； （ 2） 排線和張緊采用人力手工操作，排線不均勻，無法實現(xiàn)恒 定 張力，勞動強度 大； （ 3） 設備自動化程度低，計數(shù)器可靠性差。 這些問題使國內(nèi)線圈的繞制出現(xiàn)種種問題，目前需要亟待解決。 12 審 核 意 見 指導教師評閱意見 （對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻綜述等方面進行評 閱） 簽字： 年 月 日 教研室主任意見 簽字： 年 月 日 學院教學指導委員會意見 簽字： 年 月 日 公章： 開題報告 論 文 題 目： 立式高速自動繞線機 學 院： 專 業(yè) 、班 級： 學 生 姓 名： 指導教師（職稱） 2016 年 12 月 29 日填 畢業(yè)論文（設計）開題報告要求 開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文（設計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。 一、選題依據(jù) 1.論文（設計）題目及研究領域； 2.論文（設計）工作的理論意義和應用價值； 3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢。 二、論文（設計）研究的內(nèi)容 1.重點解決的問題； 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）； 3.本論文（設計）預期取得的成果。 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）； 2.論文（設計）進度計劃。 四、文獻查閱及文獻綜述 學生應根據(jù)所在學院及指導教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎上通過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應在調(diào)研、實驗或?qū)嵙暤幕A上遞交相關的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順，較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎。 五、其他要求 1.開題報告應在畢業(yè)論文（設計）工作開始后的前四周內(nèi)完成； 2.開題報告必須經(jīng)學院教學指導委員會審查通過； 3.開題報告不合格或沒有做開題報告的學生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論 文（設計）工作，否則不允許參加答辯； 4.開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導教師； 5.開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張 上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。 1 一、選題依據(jù) 1.研究領域 工程實踐2.論文（設計）工作的理論意義和應用價值 （1）當今，高速加工制造技術已經(jīng)是世界制造業(yè)的主流技術，世界范圍內(nèi)的機械 設備日益向高速、高效、高精度和自動化方向發(fā)展。機電設備研發(fā)階段已經(jīng)運用了現(xiàn) 代輔助設計與分析方法，特別是有限元方法大量運用在機電設備研發(fā)中。有限元方法是一種求解復雜對象的方法，基本思路來源于“化弧為直”、“化整為零”的思想。有 限元法應用離散的思想，將一個連續(xù) （2）解域離散為一組優(yōu)先個、且按一定方式相互聯(lián)系在一起的單元組合體。由于求解域的區(qū)域與區(qū)域的連接方式不同，因此可以模擬幾何形狀復雜的求解域。然后利用每一單元內(nèi)假設近似函數(shù)，分片表示求解域上的未知場函數(shù)。 （3）當今有限元技術已經(jīng)從航空航天、大型土木工程、大型風電設備、高速列車及國防等領域，推廣到汽車、生活消費品、能源、工業(yè)設備、工程機械、材料、化學工藝等過程及高科技等領域。如唐進元等，應用了有限元分析了加載條件下齒輪嚙合的傳動性能參數(shù)，應力變化等規(guī)律，通過與赫茲接觸應力解析公式計算結果對比，理論與有限元分析結果一直，驗證了有限元仿真值的正確性。 （4）同樣有限元技術也有很多應用分析機床主軸，如 Reddy VR 簡歷了車床主軸有限元建模，將加工最大宮頸癌年和最小變形作為準則，并將軸承間隙，軸承剛度，工件直徑等作為參數(shù)，諸如此類的研究成果還有很多，不一一列舉。 3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢 我國繞線機產(chǎn)業(yè)從改革開放的初期開始起步，從原始的機械齒輪手搖式到全自動的繞線機，其中經(jīng)歷的多次的技術革新，從市場調(diào)研來看，現(xiàn)代電氣技術的提高促進了對高質(zhì)量線圈的要求，于是半自動的繞線機正在向全自動，高效的方向發(fā)展，目前國能的廠家正在集中精力開發(fā)精密排線，閉環(huán)控制，張力控制，多功能等技術，正在與國外的現(xiàn)金技術拉近距離。 2010 年隨著經(jīng)濟的回暖，繞線機的市場需求量大幅度增加，許多企業(yè)也在趕制設 備，其中箔繞機的增長幅度最為明顯，其中是多頭繞線機，可以滿足搞生產(chǎn)要求的機型；自動繞線機的增長，大大提高了生產(chǎn)效率，減少了勞動工人的勞動量。近年來，繞線機的發(fā)展水平已經(jīng)達到了一個新的高度，形成了全自動，多功能，高效自動化的生產(chǎn)能力。從線圈的生產(chǎn)的上線，饋線，端頭繞制到線圈繞制和下線都實現(xiàn)了過程的自動化，從控制形式上看，單一的開環(huán)控制發(fā)展到使用直流伺服電機和交流伺服電機到多軸同時繞制多個線圈的一系列產(chǎn)品。中國繞線機在控制方面還在沿用繼電器控制，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量很差，生產(chǎn)效率也很低，是手工與機械的結合，近幾年來，中過的科研人員利用電腦和單片機對這類設備進行了改造，但是仍然不盡如人意，自 動化程度仍然不高，操作也不方便，高精度的控制問題因采用了 PLC 控制和變頻技 2 術已經(jīng)得已解決。 即使國內(nèi)技術正在高速發(fā)展，但成產(chǎn)出來的繞線機種種缺點還是存在，制造出來的繞線機應用的局限性很大，目前只能用于繞制較大的線圈，比如變壓器的線圈，對于繞制小型的線圈還是有較大的困難。雖然我過繞線機的生產(chǎn)商有近百家，但是有一半沒有生產(chǎn)能力，技術還不成熟，借鑒與抄襲的現(xiàn)象還是屢見不鮮。造成市場上生產(chǎn)出來的繞線機型號單一，功能不全，繞制完成的線圈質(zhì)量很差，而且繞制的效率也是不如人意，無論在外觀還是性能方面都沒有亮點可言。還有一個致命的缺點就是柔性差，不能根據(jù)需要對繞線機進行簡單的改造以適應不同的需求。 國內(nèi)的立式繞線機力矩大，架線機構與加緊裝置會產(chǎn)生很大的拉緊力，所以繞制出來的線圈直徑一般都會滿足要求不會超差，這對精密的線圈來說至關重要，缺點是構型復雜，精密度要求高，不好制造，升降機構的三套傳動系統(tǒng)運動必須同步，否則會產(chǎn)生相當大的噪音，嚴重時，不能夠運動。深圳市拓維精新精密機械廠生產(chǎn)的 TWX-08-750 八軸數(shù)控繞線機采用了 CNC 四軸伺服電機驅(qū)動，能用于多種骨架線圈繞 線，但控制器 采用的是日本 YASKAWA 公司的 MP2000 系列控制器，無自主知識產(chǎn)權，且設備故障率很高；廈門精合電氣自動化有限公司生產(chǎn)的多軸繞線機，包括主軸機構，排線機構，和夾斷線機構，但其關鍵部件多采用進口部件，所以控制器亦為國外直接進口控制器，不具有核心技術的自助知識產(chǎn)權。 國內(nèi)繞線機與國外同等擦汗尿頻還存在差距，主要是對繞線機關鍵技術研究不足，不透徹，自主研發(fā)繞線機要達到國際水平或領先國際水平，必須要加強對其關鍵技術的研究。 而國外在繞線機這一方面的發(fā)展水平遠遠超過了中國，比如德國，意大利，日本等，國外繞線機的控制系統(tǒng)已經(jīng)由繞線機自身的控制發(fā)展到微機控制，在關鍵的部位 還可以實現(xiàn)狀態(tài)的自動監(jiān)控和故障的診斷，正在向 3000r/min 的高速繞制方向發(fā)展，從大型的電力變壓器，牽引電機繞組到充電的微型線圈，以及各類電子設備，已經(jīng)實現(xiàn)了閉環(huán)控制，整個繞線機設備已經(jīng)基本實現(xiàn)自動化，智能化，網(wǎng)絡化。而中國還在沿用落后的繼電器控制，在精度方面有著很大的欠缺，自動化程度仍然沒有國外的高。隨著社會的發(fā)展和制造領域的需要，繞線機的制造正在處于飛速發(fā)展過程中，而將來的繞線機必將發(fā)展到流水線的水平，從制造線圈到線圈質(zhì)量的考察，故障的反饋與修復，都將由繞線機自身來完成，把工人的雙手從無盡的勞動中解放出來，既降低了勞動強度還提高了工作效率。 國外自動繞線機發(fā)展較早，繞線機性能更優(yōu)，功能更全面。德國和意大利生產(chǎn)的自動繞線機功能多，繞線加工可靠性能高，自動化程度，已經(jīng)基本實現(xiàn)繞線全過程自動化，產(chǎn)品得到更多功能用戶的青睞；美國生產(chǎn)的自動繞線機人機交互平臺完備，方便工人，方便工人操作；日本生產(chǎn)的自動繞線機設備體積小巧精致，具有多軸、高自動化特點，其設備柔性好，各機型標準化，一遇拆裝，更換與維修；瑞士的米特已經(jīng) 研制出主軸轉速高達 24000rpm 的高速繞線機；日本田中精密生產(chǎn)的 MSC 全自動多軸 3 繞線機到達主軸 10000rpm，主軸最高轉速可達 16000rpm；日本日特機械工程株式會 社生產(chǎn)的 NOL 線嘴式內(nèi)轉子繞線機，可對用于小型馬達的外轉子，內(nèi)轉子繞線，采用自動流水線式安裝傳動單元，用戶可自由編排自己的流水線；美國生產(chǎn)的 GS-6 繞 線機，繞線軸最高轉速達 12000rpm，具有繞線加工小靜電機外轉子的特點；意大利 Marsilli 在粗線徑繞線機的研制方面，具有自己獨特的技術優(yōu)勢。日本的繞線機先進 程度很高，在繞線機的很多方面相比中國都具有創(chuàng)新行，也算是技術優(yōu)勢，日產(chǎn)繞線機人機界面友好，獨創(chuàng)了簡單的中文編程操作系統(tǒng)，也可以選擇英文操作系統(tǒng)。自帶 了 128k 的快速閃存，可擴展 USB 移動存儲，既第一次使用后，接下來的使用可以直接調(diào)出相應的程序，既簡單又快速，作業(yè)效率很高。日本產(chǎn)繞線機排線，上下料纏腳和絞線動作都是全自動，用微機控制，不需要人來操作，定位精度高，性能高，工作 更為穩(wěn)定。使用了 3GT 同步帶的使用全面地大幅度地降低了噪音，減小了溫度升高，而且極大地提高了轉速，效率也相應提高。繞線機上還增加了熱量排放系統(tǒng)，溫度可 維持在 40℃，設備因摩擦和工作時間過長產(chǎn)生的熱量都被降低，減小了發(fā)生故障的幾率卸料系統(tǒng)裝在上料系統(tǒng)上邊，對于木質(zhì)骨架，卸料更加平穩(wěn)，不會破壞骨架，而外國產(chǎn)品卸料力很大，電木骨架易被卸料裝置推破，無法實現(xiàn)全自動。日本的繞線機采用新型工作系統(tǒng)，顯著提高了繞線速度，縮短繞線周期，減少人員配置，縮短作業(yè)時間，提高生產(chǎn)效率。 4 二、論文（設計）研究的內(nèi)容 1.重點解決的問題立式高速自動繞線機整體設計 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） （1） 對立式高速自動繞線機進行相關資料的查詢，并挑選出 13 篇參考論文，其中 中文文獻 10 篇，英文文獻 3 篇；（2） 清楚立式高速自動繞線機的系統(tǒng)圖，了解各元件名稱與系統(tǒng)的工作原理； （3） 繪制出零件圖，繞線機裝配圖，左夾具裝配圖；（4） 學習繞線機系統(tǒng)設計方法，應用其方法選用液壓系統(tǒng)中的各原件； （5） 對繞線機各個原件參數(shù)進行校核，驗證是否符合工作要求；（6） 編寫設計說明書；（7） 檢查修改與完善所有設計內(nèi)容，復習所有設計內(nèi)容，進行答辯； 3.本論文（設計）預期取得的成果 （1）確定出繞線機的設計方案； （2）繪制出零件圖； （3）繪制出裝配圖；（4）編寫設計說明書一份。 5 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）； （1）調(diào)研法：對繞線機的研究背景，技術水平，發(fā)展狀況進行市場調(diào)研；（2）設計參數(shù)：根據(jù)繞線機的性能要求，設計繞線機系統(tǒng)中各個原件的尺寸與參數(shù)，選擇合適的元件；（3）文獻法：查閱參考相關文獻進行設計 2.論文（設計）進度計劃 第 1 周：完成立式高速自動繞線機調(diào)研 第 2 周：完成立式高速自動繞線機資料查閱與翻譯工作 第 3 周：完成立式高速自動繞線機文獻綜述工作 第 4 周：完成立式高速自動繞線機開題報告撰寫工作 第 5 周：提出幾個設計方案 第 6 周：分析比較各個方案 第 7 周：確定總體設計方案，繪制總圖 第 8 周：主動系統(tǒng)設計 第 9 周：選擇動力系統(tǒng) 第 10 周：進給系統(tǒng)設計 第 11 周：啟動、夾緊機構設計 第 12 周：進行相關的設計與計算 第 13 周：控制系統(tǒng)設計 第 14 周：撰寫設計說明書 第 15 周：繪制零件圖 第 16 周：修改、補充、整理圖紙與論文,準備答辯 四、需要閱讀的參考文獻 [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(tǒng)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. [5]王超.一種能自動調(diào)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(xiàn)[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(xiàn) 代制造工程, 2016，(1):105-109 [9]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 6 [10] 許中明，董逢，周利明.一種新型數(shù)控立式繞線機的研制[J].順德職業(yè)技術學院學 報， 2009，（7）2 . [11]]William D.Brown.Advanced Electronic Packaging with Emphasis ON multichip modules(M)2006. [12]JEDEC Solid State Technology Association.JESD22-A104C[S],Temperature Cycling,May,2005 附：文獻綜述 7 文獻綜述 1 研究的目的及意義 繞線機是繞制線圈行業(yè)中非常常見的一種加工設備,它的結構,系統(tǒng)組成,功能隨著社會的發(fā)展,加工零件的工藝要求,它的結構與功能亟待改變來適應這種高標準的要求,繞線機已經(jīng)從傳統(tǒng)的機械式,半自動式,逐漸發(fā)展成為全自動式,繞制高品質(zhì)的線圈已經(jīng)不再費時費力,無論效率還是質(zhì)量都有了質(zhì)的飛躍 漆包線從原料桶出來經(jīng)過張力機構,仍保持良好的張力,經(jīng)過排線機構到減壓機構的壓線柱下。繞線機主軸每旋轉一周,排線機構時線移動一個線徑的距離,實現(xiàn)緊密排線。同時漆包線被加熱機構加熱,當漆包線繞在磨具上就會緊緊的粘在一起,當一個線圈被繞完后,減壓機構把漆包線剪斷的同時,另一端也被壓倒,卸下線圈,如此循環(huán)。 繞線機這種自動化設備在機械,建筑等領域非常常見,在需要時對銅線進行纏繞和布置。全自動繞線機(數(shù)控繞線機)的組成包括控制系統(tǒng),轉動系統(tǒng),傳動系統(tǒng),人機界面和傳感器。在制造行業(yè)中繞線機的應用特別廣泛。 隨著我國電力工業(yè)的大力投入，變壓器制造水平正處在快速發(fā)展階段。變壓器的品種越來越多，結構形式越來越復雜，質(zhì)量不斷提高，性能指標也在不斷升級。變壓器的發(fā)展趨勢是耗損低、重量輕、可靠性高、價格便宜。這些性能指標高低都集中體現(xiàn)在變壓器產(chǎn)品的設計和制造環(huán)節(jié)上。因此，一旦變壓器設計完成后，制造過程就尤為關鍵，而變壓器產(chǎn)品的質(zhì)量和性能是靠工藝設備來保證的，所以變壓器專用設備的技術水平在某種程度上也反映著變壓器的制造水平。因此，大力推動變壓器專用的設備的發(fā)展是制造高性能，高水平變壓器的有力保證。作為變壓器制造的核心部分，變壓器線圈的繞制質(zhì)量對整個變壓器性能極為關鍵。而線圈繞制的技術水平很大程度上依賴于繞線機的技術水平，因此國外的變壓器制造商都十分重視現(xiàn)金繞線機技術的開發(fā)和應用。 但是，由于目前國內(nèi)大多數(shù)變壓器專用設備生產(chǎn)商生產(chǎn)規(guī)模較小，技術力量薄弱，研發(fā)費用投入較少，原創(chuàng)能力較低等原因，尚無法生產(chǎn)出符合技術要求的高質(zhì)量專用設備，更無法與國外生產(chǎn)企業(yè)形成強有力的競爭。為了進一步促進行業(yè)的技術進步，滿足國內(nèi)變壓器生產(chǎn)企業(yè)的需求，本課題借鑒國外的先進經(jīng)驗同時結合我過國情，進行性能優(yōu)良，價格低廉的全自動繞線基金的開發(fā)研制。 常用電力變壓器繞線機的種類（1）自動排線繞線機 自動排線繞線機是繞制配電變壓器高壓線圈的專用設備。新型的繞線機主機轉速由 300r/m 提高到 500r/m，進一步提高了生產(chǎn)效率。排線機構由單頭增加到二至三頭，即一次可同時繞三只線圈。同時采用多線并饒方式，增加徑向壓緊機構，對每根放線盤進行張力的獨立控制，從而使線組排列整齊，電流密度分布均勻，匝間緊密均勻。同時配有端絕緣開卷機構，導線張緊機構，計算機可預置多種參數(shù)，可使線圈繞制一次完成，自動化程度大大提高，減輕了工人的勞動強度。 （2）箔式線圈繞制機箔式線圈繞制機是繞制低壓箔式線圈的關鍵設備。國內(nèi)已有廠家研制出新型數(shù) 字式箔式線圈繞指機，該機采用直流電機產(chǎn)生的箔帶張力，其特點是張力調(diào)整方便、準確、穩(wěn)定性好，繞制全過程張力保持不變，從而能夠保證線圈的繞制質(zhì)量。控制系統(tǒng)會自動計算開卷機上料卷直徑，從而隨時調(diào)整電機輸出力矩，確保整個繞制過程張力恒定，對保證線圈質(zhì)量起關鍵作用。調(diào)偏機構采用光電模擬量傳感器非接觸檢測箔帶邊沿，通過伺服電機動態(tài)糾偏，該系統(tǒng)精度高，反應快，可靠性高，調(diào)偏精度高。 8 （3）立式繞線機立式繞線機進一步向大型化發(fā)展。原有的立式繞線機載重量只有 20t，現(xiàn)在已經(jīng) 提高到了 40t，線圈直徑最大使用到 3500mm，最大高度達到了 4000mm。使用了氣囊板式張緊裝置，而且數(shù)字顯示張力大小，張力控制更加準確，穩(wěn)定可靠。為了提高所繞制的線圈的尺寸精度，控制立式繞線機徑向跳動，增加了繞線軸頭固定裝置；控制軸向跳動，使用了高精度雙排軸式大型軸承。因此，通過使用線圈繞制專用設備，使繞組生產(chǎn)達到了一個新的水平。多用在國內(nèi)超高壓，特高壓變壓器的制造過程中，對我國雙百萬變壓器成功研制起到設備的保障作用。立式繞線機結構如圖 1 所示： 圖 1 立式繞線機結構 （4）臥式繞線機 帶有軸向，徑向壓緊式臥式繞線機在大型變壓器線圈生產(chǎn)中，得到了廣泛使用。隨著變壓器性能要求提高，一般中小型變壓器的生產(chǎn)也開始使用了壓緊式臥式繞線機。為了更加準確地控制押緊力，原來壓緊機構是使用力矩電機或汽缸產(chǎn)生壓力進行壓緊，現(xiàn)在已通過伺服電機取代。為了控制繞制圈尺寸公差，增加光柵尺，可以進行在線檢測線圈尺寸。多軸式放線車上的各種線盤放線張力獨立控制，根據(jù)繞制線圈的長度，放線車隨動跟蹤，避免導線的扭曲變形產(chǎn)生新的應力，降低繞組的渦流損耗。 繞線機的基本組成： 機械結構部分,電氣控制部分,氣路部分等組成。機械部分由繞線機構,排線機構,剪線機構,線圈模具,脫模機構,張力機構,機架等組成。 排線機構:排線機構由伺服電機,聯(lián)軸器,精密絲杠,精密導軌,氣缸,導向軸和排線架組成。排線裝置如下圖 2 所示： 張力機構:與傳統(tǒng)不同,使用了電機張力器,穩(wěn)定性強,移動時仍然具有穩(wěn)定的張力,提高了質(zhì)量。傳統(tǒng)的機械式張力器不穩(wěn)定,適應性較弱,在開始和結束時的不穩(wěn)定張力,直接導致了繞線效果的不理想,相比之下,電機張力器的使用時繞線整齊,無重疊,無松散。 剪線機構:由剪線模具,帶彈簧導向銷,切刀等組成,可以自動完成壓線與剪線。 線圈模具:不同的線圈模具對應著不同型號的線圈。根據(jù)線圈外形與功能,結合設計出來的線圈圖紙,設計模具圖紙,此時有三種模具要被用到,進線模,芯軸,脫模模具。三種模具根據(jù)需要隨時更換,根據(jù)圖紙加工,所以要求模具的安裝尺寸,與設備的安裝不見具有互換性。 機架:機架用角鋼焊接,外部用優(yōu)質(zhì)碳素鋼結構鋼板,表面噴漆,既美觀又大方 9 圖 2 自動排線裝置 2 繞線機技術發(fā)展狀況 繞線機從最初的手工,歷經(jīng)半個世紀發(fā)展到半自動,全自動,一臺繞線機的組成包括控制系統(tǒng)傳動系統(tǒng),運動系統(tǒng),人機耦合和傳感器,目前半自動繞線機應用最為廣泛,已經(jīng)出現(xiàn)百花爭艷的局面,突出表現(xiàn)在以下三個方面 （1）高產(chǎn)能,多功能需求高這一現(xiàn)象的產(chǎn)生,是因為人工成本的攀升與市場對產(chǎn)品功能要求提高。一臺繞線機 起步價十幾萬,表面看起來很昂貴,但是繞線機的使用不但使工作效率提了上來,也大大減小了人工繞制帶來的質(zhì)量上的問題,降低了企業(yè)風險,綜合考慮,還是應用繞線機能夠給企業(yè)帶來更高的利潤。 （2）模塊化的功能控制器使機器更加的人性化模塊化的功能控制器使機器更加的人性化,根據(jù)繞線機功能要求的不同,可以隨意 配置模塊化功能 控制器,相對于 PLC 的強計算能力,方便的通訊,較低的成本,相對簡單和固定的控制要求。模塊化的組合式控制器,的應用就非常廣泛了,操作也較為簡單,只要稍培訓,就可以完成復雜的控制工作。 （3）專用機型的研發(fā)與定制線圈的種類各式各樣,使用的材料也是各不相同,面對制造種類繁多的線圈,國內(nèi)的 許多廠家都望而卻步,但是近幾年隨著技術的提高,國內(nèi)的制造商的技術力量也在逐漸增大,在應對花樣繁多的線圈的繞制中也是得心應手,隨著加工能力的提升,繞線機定制的周期也在大大縮短。 國內(nèi)的這種技術目前正在起步當中,繞線機是完成家用電器及工業(yè)電機線圈繞制的設備, 國內(nèi)的這種技術目前正在起步當中,生產(chǎn)出來的產(chǎn)品局限性很大,主要用來繞制大型變壓器線圈,制造商有沈陽電工,西安啟源等,目前還沒有繞制大容量并聯(lián)空心電抗器的立式繞線機。雖然我若繞線機的生產(chǎn)商近百家,但是有一半多沒有研發(fā)能力,技術僅僅停留在抄襲和模仿的狀態(tài),,造成市場上的繞線機種類單一,功能不全,無論是外觀上,配置上,還是功能上,都沒有絲毫亮點。繞線機的核心是控制系統(tǒng),生產(chǎn)商采用的都是系統(tǒng)供應商供應的系統(tǒng),繞線機一旦制造完成就不能按著客戶的要求改動,柔性差。由于繞線機制造商和系統(tǒng)供應商相互之間聯(lián)系不是很大,系統(tǒng)供應商不了解繞線機的 10 各種功能,所以導致繞線機會出現(xiàn)很多用不到的功能,資源浪費 國內(nèi)生產(chǎn)變壓器的生產(chǎn)商,常用的繞線機主要部分包括主機繞線模,操作平臺,放線架,控制系統(tǒng)等。主機部分主要功能是 實現(xiàn)回轉與升降,主機的回轉運動經(jīng)減速器和齒輪副傳到花盤,升降采用絲杠螺母機構傳動,由于花盤半徑大,所以通常采用三個配套的同步傳動系統(tǒng)。 這種立式告訴繞線機具有力矩大,并且架線機構與加緊裝置會產(chǎn)生很大的拉緊力,所以繞制出來的線圈的直徑一般都會滿足要求不會超差。這對精密的線圈來說至關重要。缺點是構型復雜,精密度要求高,不好制造,升降機構的三套傳動系統(tǒng)運動必須同步,否則會產(chǎn)生相當大的噪音,嚴重時不能夠運動國外的繞線機由自動控制發(fā)展到微機控制。在某些關鍵部位還能實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)控和故障的診斷。正在向 3000r/min 的高速旋轉發(fā)展。意大利和德國的產(chǎn)品以及技術目前位于世界的領先水平。中國在繞線機的控制方面還在沿用電器控制,生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量很差,生產(chǎn)效率也很低。是手工與機械的結合,近幾年來,科研人員利用電腦和單片機對這類設備進行了改裝,但還是不盡如人意,自動化程度仍然不高,操作也不方便,高精度的控制問題因采用 PLC 控制和變頻調(diào)速技術已經(jīng)成功的得以解決。 從近年來國內(nèi)繞線機和引進的繞線機來看,繞線機正在往全自動,多功能,高效,高效自動化。通過單片機控制,電腦顯示,傳感器測量,實現(xiàn)了自動化,由之前的人工憑經(jīng)驗草垛到現(xiàn)在的閉環(huán)控制,從結構改造上,到現(xiàn)在的有梭式的繞線機,已經(jīng)滿足了市場的需求,總之,要開發(fā)出具有生命的繞線機,就要開發(fā)出啊繞線機的大部分功能,可以繞制的線圈技術要求柔。 國外的繞線機由于發(fā)展的比中國早，繞線機性能更優(yōu)，功能更齊全。德國和意大利的繞線機功能多、繞線加工可靠性高、自動化程度高，已經(jīng)基本實現(xiàn)繞線全程自動化，產(chǎn)品的到更多用戶的青睞；美國生產(chǎn)的自動繞線機人機交互平臺完備，方便工人操作；日本生產(chǎn)的自動繞線機體積小小精致，具有多軸、高自動化特點，其柔性好，各機型標準化，易于拆裝、更換與維修；臺灣生產(chǎn)的自動繞線設備以其相對簡單的配件、優(yōu)質(zhì)的服務和排線均勻的特點，適合多元化生產(chǎn)線。 繞線機未來的發(fā)展趨勢必將會以流水線的方式呈現(xiàn)在世人面前,從線圈的加工,測試到多種輔助類機械相結合完成成品,因為流水線的工作模式會大大降低工人的勞動強度,生產(chǎn)效率也大大的提高。 行業(yè)發(fā)展趨勢由原來銷售單一的產(chǎn)品轉換成集成生產(chǎn)方案的提供,關聯(lián)銷售從產(chǎn)品導向轉換向客戶導向,已經(jīng)是自動化及數(shù)控設備行業(yè)競爭推動下的必然趨勢,對于繞相機也是一樣,企業(yè)應該把生產(chǎn)出來的產(chǎn)品作為解決方案的一部分,而不是作為單獨產(chǎn)品的出現(xiàn)。 3 亟待解決的問題 國內(nèi)繞線設備總體相對落后，難以滿足新產(chǎn)品的工藝要求，主要表現(xiàn)存在以下幾個方面： （1）卷線采用異步交流電機驅(qū)動，繞線機啟動、制動不平穩(wěn)、線圈繞制不緊；（2）排線和張緊采用人力手工操作，排線不均勻，無法實現(xiàn)恒定張力，勞動強度 大；（3）設備自動化程度低，計數(shù)器可靠性差。 這些問題使國內(nèi)線圈的繞制出現(xiàn)種種問題，目前需要亟待解決。 11 審 核意見 指導教師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻綜述等方面進行評閱） 簽字： 年 月 日 教研室主任意見 簽字： 年 月 日 學院教學指導委員會意見 簽字： 年 月 日 公章： 12