高速自動繞線機的設(shè)計

大連工業(yè)大學(xué)藝術(shù)與信息工程學(xué)院屆本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)PAGE4PAGE1畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：子題：專業(yè)：指導(dǎo)教師：學(xué)生姓名：班級－學(xué)號：年月大連工業(yè)大學(xué)藝術(shù)與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）畢業(yè)設(shè)計（論文）題目XXXXXX設(shè)計（論文）完成日期年月日學(xué)生姓名：專業(yè)：班級－學(xué)號：指導(dǎo)教師：評閱教師：年月摘要本文主要介紹的是高速自動繞線機的設(shè)計全過程，并對設(shè)備的整個工作、動作過程和繞線機的工作原理進行了分析。設(shè)計了繞線機的硬件結(jié)構(gòu)，對各部分的硬件設(shè)計進行詳細(xì)的校核工作。對于該自動繞線機的軟件控制系統(tǒng)，本文提出運用三菱PLC進行控制的總方案，對繞線機的各個動作進行控制，使三個軸的運動相互協(xié)調(diào)，以順利完成整個繞線工作的過程。通過設(shè)計，該繞線機通過運用高可靠性的PLC進行運動控制和使用觸摸屏進行生產(chǎn)條件的調(diào)節(jié)可以大大提高工作機的運行效率。能夠較好地完成繞線機的高速自動繞線的要求，該繞線機主要可應(yīng)用于電機轉(zhuǎn)子線圈的自動纏繞，可以達(dá)到比較好的生產(chǎn)效果，滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求。關(guān)鍵詞：PLC；觸摸屏；運動控制；交流驅(qū)動；自動繞線ABSTRACTThewholeprocessofdesignofthehigh-speedautomaticwindingmachineisproducedinthispaper.Theentireworkprocessoftheequipmentandthemechanicsofthewindingprocessareanalyzed.Thehardwarestructureofthevariouspartsofthewindingmachineisdesigned.Conductadetailedcheckofthevariousparts.Forthesoftwarecontrolsystemoftheautomaticwindingmachine,thispaperproposestheuseofMitsubishiPLCtocontrolthevariousmovements.ThroughtheuseoftheMitsubishiPLC,themovementsofthethree-axisarecoordinatedverywell!Thewholeprocessofwindingcanbecompletedverysmoothly.Throughthedesign,themachinewithPLCwhichishighlyreliableformotioncontrolandwiththeuseoftouch-screenfortheregulationofproductionconditionscangreatlyimprovetheefficiencyofmachineoperating.Thismachinecanrunautomaticallyatahighspeed.Itcanbeappliedtoproducetherotorofmotorforcoilwinding.Itcanmeetthehighqualityandhighefficiencyrequirement!Keywords:PLC;Touch-screen;MovementsControl;ACdrives;AutomaticWinding目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 IAbstract II引言 1第一章正文格式說 21.1論文格式基本要求 21.2論文頁眉頁腳的編排 21.3各章節(jié)標(biāo)題的格式 21.4各章之間的分隔符設(shè)置 2第二章圖表及公式的格式說明 42.1圖的格式說明 42.1.1圖的格式示例 42.1.2圖的格式描述 42.2表的格式說明 52.2.1表的格式示例 52.2.2表的格式描述 52.3公式的格式說明 52.3.1公式的格式示例 52.3.2公式的格式描述 6第三章量和單位的使用 7第四章規(guī)范表達(dá)注意事項 104.1名詞術(shù)語 104.2數(shù)字 104.3外文字母 104.4量和單位 114.5標(biāo)點符號 11結(jié)論 12參考文獻 13附錄A附錄內(nèi)容名稱 16致謝 17引言目前繞線機市場可謂龐大，品種繁多，有平行繞線機、環(huán)型繞線機、定轉(zhuǎn)子繞線機、紡織繞線機等等。本文主要介紹的是全自動高速自動電機轉(zhuǎn)子高速繞線機的設(shè)計過程，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，西部開發(fā)的實施，對于各種繞線電機的需求量不斷的增加，但是，傳統(tǒng)的手工繞線工藝制約著電機產(chǎn)量的增加，并且，在交流電的產(chǎn)生過程中，繞組的質(zhì)量決定了電機的好壞。電機繞組是電機的重要部件，繞組的好壞直接影響到電機的運行性能和可靠性。隨著技術(shù)的進步，電機繞組的生產(chǎn)方式也在不斷地更新，由最初的手工繞制開始向半自動繞線機甚至是全自動繞線機方向發(fā)展。于是有必要開發(fā)一款全自動的繞線機械來代替這種手工繞制的小作坊式生產(chǎn)方式。本文所設(shè)計之繞線機采用雙伺服電機進行繞制，采用步進電機進行進給操作，通過具有高可靠性能的PLC來進行三個軸的動作協(xié)調(diào)，可以很好的完成繞線動作。它操作簡便，節(jié)省人工，可提高產(chǎn)量，產(chǎn)品品質(zhì)好；其繞線、排線完全按程序自動執(zhí)行；排線寬幅可調(diào)，圈數(shù)準(zhǔn)確；生產(chǎn)速度快，并能大量節(jié)省線材。1緒論1.1設(shè)計要求1.1.1繞線機的含義組成繞組的基本元件是漆包線。通過在繞線骨架上按一定的規(guī)律形狀纏繞而成，繞線的匝數(shù)直接和電機的性能有重要影響。電機主要是進行電能和機械能的轉(zhuǎn)換，在電機中，電能向機械能轉(zhuǎn)化主要是通過線圈進行的，電機的通電邊在磁場中會受到電磁力，從而使電機軸轉(zhuǎn)動。繞線機的作用，顧名思義，就是用來繞制繞組的。1.1.2設(shè)計要求本次畢業(yè)設(shè)計的題目是《高速自動繞線機的設(shè)計》，因此，本次設(shè)計，要本著實用的要求，達(dá)到高速自動這兩個質(zhì)量指標(biāo)，要求該繞線機能夠工作在一定的工作范圍。繞制的漆包線的線徑要求是可調(diào)的，以適應(yīng)不同的型號的電機的轉(zhuǎn)子的繞線要求。能夠?qū)@線進行自動排線，繞線的外觀要求美觀整潔，并且，要求能夠自動根據(jù)設(shè)置對繞線匝數(shù)進行計數(shù)。設(shè)計的參數(shù)要求為轉(zhuǎn)子的軸向尺寸為150mm，徑向可進給100mm。每分鐘最大繞線速度要求可達(dá)到600r/min。1.2當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r最初的繞組的生產(chǎn)是完全手工生產(chǎn)的，就是依靠人用手將電磁線按照一定的規(guī)律繞制到電機轉(zhuǎn)子上，并且由人來對骨架上的電磁線圈匝數(shù)進行計數(shù)的。生產(chǎn)效率低下，工作強度很大，完全已經(jīng)不再適用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)。半自動繞線機的工作是將一個繞組的骨架，固定在一個由電機帶動的軸上。通電以后電機帶動軸以一定的速度旋轉(zhuǎn)，將電磁線纏繞到骨架上。同時，在電機的輸出端裝一個計數(shù)裝置來對電機的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)進行計數(shù)，來控制纏繞的匝數(shù)。但是，在纏繞過程中，排線還是由手工完成的，半自動繞線機的操作者，必須同時進行排線和觀察注意電磁線的匝數(shù)，這樣操作者才能在適當(dāng)?shù)臅r候停機，控制線圈的繞制。半自動比以前的純手工生產(chǎn)在一定的程度上提高了生產(chǎn)的效率，但是線圈的生產(chǎn)在一定的程度上還是依賴手工，線圈的質(zhì)量與操作者的技術(shù)水平和工作狀態(tài)還有很大的聯(lián)系。難以生產(chǎn)出質(zhì)量完全一致符合生產(chǎn)要求的產(chǎn)品來。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，控制技術(shù)也得到了空前的發(fā)展，各種單片機，PLC，微型計算機開始應(yīng)用于機械控制系統(tǒng)中。自動繞線機基本上由三部分組成。一部分基本和半自動繞線機相同，是由電動機帶動一個夾頭，夾頭上固定繞組的骨架。電機的轉(zhuǎn)動帶動骨架按照要求的速度和方式轉(zhuǎn)動，來完成繞線工作過程。另一部分是自動排線機構(gòu)。由于各種自動繞線機生產(chǎn)的繞組特點不同，生產(chǎn)方式也不一樣，所以自動排線的機構(gòu)有很多種。根據(jù)不同的生產(chǎn)要求，自動繞線機的結(jié)構(gòu)和形式也有著很大的差別。第三部分是軟件控制部分，不管是繞線機構(gòu)還是排線機構(gòu)都是在控制部分的控制與管理之下進行的。生產(chǎn)不同的繞組應(yīng)該是用不同的繞線方法，來完策劃過年不同的繞線工作。而這都是由控制部分來完成的，當(dāng)參數(shù)的設(shè)定不同時，控制部分將會對繞線部分還排線部分實行不同的控制策略。這樣就能在同一臺繞線機上生產(chǎn)不同的規(guī)格的繞組，使得生產(chǎn)有了一定的柔性，生產(chǎn)的產(chǎn)品范圍也相應(yīng)的得到加寬了。自動繞線機雖然結(jié)構(gòu)形勢有所不同，但是基本原理都是相同的。繞線機構(gòu)帶動繞組骨架按照規(guī)定的方式旋轉(zhuǎn)，將電磁線纏繞在繞組的骨架上。同時電磁線給線的位置由排線機構(gòu)來確定，并且保證給線的位置由控制單元控制按照一定的方式不斷變化。這樣，電磁線就按照一定的規(guī)律被纏繞到了繞組的骨架上了。整個過程中各個動作都是由電腦控制的，無論是繞線機構(gòu)中電機的轉(zhuǎn)速還是排線機構(gòu)的給線位置都是經(jīng)過電腦計算的，通過各種控制算法精確控制的。自動繞線機有其自身的明顯優(yōu)點:它將人從繁重的繞線勞動中解放了出來，不緊繞線有機械來完成，就連排線也是在電腦的控制下由機械完成的。它不僅減輕了勞動的強度，也大大提到了勞動生產(chǎn)效率。由于有了電子設(shè)備的控制，無論繞線排線都能以最高的速度進行，不再受到人腦的反應(yīng)速度的限制。自動繞線機不在依賴于人工的操作，這樣就可以使生產(chǎn)質(zhì)量得到保證。操作者在生產(chǎn)過程中只是在運行前設(shè)定參數(shù)，而繞線過程中人不參與，這樣無論操作者有沒有經(jīng)驗懂不懂繞線技術(shù)，只要設(shè)定同樣的參數(shù)都可以生產(chǎn)出同樣的質(zhì)量的繞組。這樣產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性有了很大的提高。2總體方案設(shè)計2.1機械設(shè)計的步驟和方法一部機器的質(zhì)量基本上決定于設(shè)計質(zhì)量。制造過程對機器所起的作用，本質(zhì)上就在于實現(xiàn)設(shè)計時所規(guī)定的質(zhì)量。因此，機器的設(shè)計階段是實現(xiàn)機器好壞的關(guān)鍵。我們在設(shè)計過程中要盡可能多的利用已有的成功經(jīng)驗來工作。要很好的把繼承與創(chuàng)新結(jié)合起來，才能設(shè)計出高質(zhì)量的機器。作為一部完整的機器，它是一個復(fù)雜的系統(tǒng)。要提高設(shè)計質(zhì)量，必須有一個科學(xué)的設(shè)計程序。它基本上包含四個過程：（1）計劃階段（2）方案設(shè)計階段(3)技術(shù)設(shè)計(4)技術(shù)文件的編制根據(jù)以上設(shè)計程序圖，我首先對繞線機的工作原理進行了分析，以確定繞線機的總體結(jié)構(gòu)。電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和繞線機送線部分的位置關(guān)系示意圖如圖2所示。轉(zhuǎn)子實物圖1如下：圖1轉(zhuǎn)子實物圖（1）送線機構(gòu)下移和上移這一動作的完成要靠導(dǎo)線機構(gòu)的上下來進行,本人完成這一動作的機構(gòu)設(shè)計如下圖2所示圖2送線機構(gòu)示意圖（2）轉(zhuǎn)子的順時針和逆時針旋轉(zhuǎn)纏繞過程中,轉(zhuǎn)子先要逆時針轉(zhuǎn)動然后再逆時針轉(zhuǎn)動,在一個線圈的繞制過程中，由于繞線機要求順逆時針旋轉(zhuǎn)速度快,精度要求高,選用一般的步進電機和三相交流電及很難達(dá)到所需的工作要求。因此決定選用伺服電機作為轉(zhuǎn)子的動力源。根據(jù)工作要求，轉(zhuǎn)子部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖如下圖3：圖3轉(zhuǎn)子機構(gòu)示意圖（3）進給機構(gòu)漆包線有一定的線徑，因此纏繞的時候必須有一定的進給運動，以保證線均勻的纏繞在轉(zhuǎn)子上，要求繞線效果外觀均勻，美觀。進給機構(gòu)必須是直線位移，使用絲杠螺母機構(gòu)將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)為直線移動，由于步進電機良好的精度和可控性，使用步進電機作為進給運動的動力源是一個很好的選擇。進給機構(gòu)的運行的方式為步進電機通過三木撓性連軸器與減速器進行連接,減速器連接絲桿,利用滾珠絲杠將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動進行進給,或者是步進電機直接聯(lián)接絲杠螺母帶動導(dǎo)軌架移動來進給。下面對于用步進電機直接驅(qū)動導(dǎo)軌的方式中，步進電機的運行規(guī)律進行設(shè)計的過程進行闡述：設(shè)繞線機的繞線速度是S=600r/min；滾珠絲杠的導(dǎo)程L=6mm，步進電機為三相永磁步進電機采用三相六拍的運行方式，步距角為θ=0.6°，線徑D=1.5mm,則步進電機的運行速度為ω=150r/min由此可得脈沖頻率為f=90000次/分鐘=1500Hz2.2繞線機總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計將各部分的結(jié)構(gòu)組裝起來可以得到繞線機的總體結(jié)構(gòu)示意圖4如下所示：圖4繞線機總體結(jié)構(gòu)示意圖繞線機的總體結(jié)構(gòu)出來以后，將分別對各部分進行詳細(xì)的設(shè)計，本設(shè)計的過程分為以下幾個過程：（1）主軸轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的設(shè)計（2）機架導(dǎo)線機構(gòu)的設(shè)計（3）送線進給機構(gòu)的設(shè)計（4）整體箱體機構(gòu)的設(shè)計下面將分章對各部分進行討論3轉(zhuǎn)子主軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計3.1轉(zhuǎn)子主軸的方案設(shè)計轉(zhuǎn)子主軸的結(jié)構(gòu)的設(shè)計如下圖圖5轉(zhuǎn)子主軸結(jié)構(gòu)圖3.2轉(zhuǎn)子主軸結(jié)構(gòu)各部分的設(shè)計3.2.1三爪卡盤的設(shè)計圖6三爪自定心卡盤結(jié)構(gòu)和工件安裝圖a）結(jié)構(gòu)b）夾持棒料c）反爪夾持大棒料（1）三爪自定心卡盤的結(jié)構(gòu)三爪自定心卡盤的結(jié)構(gòu)如上圖a所示，當(dāng)用卡盤扳手轉(zhuǎn)動小錐齒輪時，大錐齒輪也隨之轉(zhuǎn)動，在大錐齒輪背面平面螺紋的作用下，使三個爪同時向心移動或退出，以夾緊或松開工件。它的特點是對中性好，自動定心精度可達(dá)到0.05~0.15㎜。可以裝夾直徑較小的工件，如上圖b所示。當(dāng)裝夾直徑較大的外圓工件時可用三個反爪進行，如上圖c所示。但三爪自定心卡盤由于夾緊力不大，所以一般只適宜于重量較輕的工件，當(dāng)重量較重的工件進行裝夾時，宜用四爪單動卡盤或其它專用夾具。（2）用一夾一頂安裝工件對于一般較短的回轉(zhuǎn)體類工件，較適用于用三爪自定心卡盤裝夾，但對于較長的回轉(zhuǎn)體類工件，用此方法則剛性較差。所以，對一般較長的工件，尤其是較重要的工件，不能直接用三爪自定心卡盤裝夾，而要用一端夾住，另一端用后頂尖頂住的裝夾方法。這種裝夾方法能承受較大的軸向切削力，且剛性大大提高，同時可提高切削用量。本繞線機即是采用這種一夾一頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)。下圖3-2為卡盤實物圖根據(jù)設(shè)計要求，轉(zhuǎn)子軸的結(jié)構(gòu)要小于40mm，因此在選擇卡盤的時候要求卡盤的夾持范圍能夠滿足這一要求，但是又要使卡盤的地轉(zhuǎn)動慣量最小，外徑為125mm的輕型K11三爪自定心卡盤的正爪加緊夾持范圍是2.5～40mm,符合設(shè)計要求，因此選用這一自定心卡盤，該卡盤的具體型號為K11125A，連接形式為短圓柱連接方式。其重量為5.0Kg。3.2.2軸的設(shè)計及其校核由于卡盤為立式安裝，豎直方向的載荷必須用能夠承受較大軸向載荷的軸承來承擔(dān)，因此設(shè)計中必須用到推力球軸承和深溝球軸承的組合，經(jīng)過反復(fù)計，具體計算數(shù)據(jù)如下，繞線速度為η=600r/min，繞制一圈分為四個階段，因為這四個階段的動力源都是伺服電機，因此設(shè)個部分的時間相等，繞線機繞制的至少為四極線圈，則轉(zhuǎn)子順時針或逆時針每次是θ=90°，將繞線轉(zhuǎn)子等效為一個直徑為100mm長度為100mm的圓柱體，可得到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量為Jk1=76.576Kg·cm2，質(zhì)量為6.126Kg。三爪卡盤的質(zhì)量為5Kg，轉(zhuǎn)動慣量約為Jk2=108.433Kg·cm2。轉(zhuǎn)矩接下來按扭轉(zhuǎn)強度對軸的強度進行校核，這種方法是只按軸所受的扭矩來計算軸的強度；如果還受有不大的彎矩時，則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法予以考慮。在做軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，通常用這種辦法初步估算軸徑。對于不大重要的軸，也可作為最后計算結(jié)果。本設(shè)計中，軸的最小直徑為35mm。遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所要求的2mm，因此軸的承載能力合格，軸的強度是足夠的。3.2.3軸承的選用及校核本設(shè)計中選用了兩個深溝球軸承和一個推力球軸承,由于軸受到的徑向力很小,因此省略對于深溝球軸承的校核過程,只對推力球軸承進行校核。推力球軸承所承受的軸向力主要來自于繞線轉(zhuǎn)子和三爪卡盤的重力，繞線轉(zhuǎn)子的重量m1=6.126Kg,三爪卡盤的重量為m2=5Kg。由以上可知推理球軸承所受的軸向力為對軸承進行設(shè)計欲設(shè)計使用時間為45000h當(dāng)量動載荷為109N；由Lh=45000h查表的fh=4.48其中fh為壽命系數(shù)軸承的轉(zhuǎn)速系數(shù)為fn=0.382工況系數(shù)取Kf=1功率利用系數(shù)Kn=0.42由以上數(shù)據(jù)可得當(dāng)量載荷為由機械設(shè)計手冊選用51202推力球軸承。51118軸承的基本額定載荷為65KN遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它的當(dāng)量載荷538N，所以推力球軸承滿足機械的設(shè)計要求。當(dāng)量載荷肯定大于Famin，因此軸承滿足要求。為了保持徑向的運轉(zhuǎn)精度必須使用深溝球軸承進行徑向定位，根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)決定選用6010和61918兩個深溝球軸承。因為軸的徑向載荷不大，不對深溝球軸承校核了。3.2.4伺服電機的選型使用由于繞線機較高的精度要求，所以決定使用價格較高的伺服電機而不使用步進電機作為驅(qū)動機構(gòu)。步進電機是一種離散運動的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異?，F(xiàn)就二者的使用性能作一比較。

1控制精度不同兩相混合式步進電機步距角一般為3.6°、1.8°，五相混合式步進電機步距角一般為0.72°、0.36°。也有一些高性能的步進電機步距角更小。如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機床的步進電機，其步距角為0.09°；德國百格拉公司（BERGERLAHR）生產(chǎn)的三相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關(guān)設(shè)置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以松下全數(shù)字式交流伺服電機為例，對于帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電機而言，由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360°/10000=0.036°。對于帶17位編碼器的電機而言，驅(qū)動器每接收217=131072個脈沖電機轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當(dāng)量的1/655。

2低頻特性不同

步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動器性能有關(guān)，一般認(rèn)為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機器的正常運轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進電機工作在低速時，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機上加阻尼器，或驅(qū)動器上采用細(xì)分技術(shù)等。交流伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調(diào)整。

3矩頻特性不同步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。

4過載能力不同步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。

5.運行性能不同步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。

6.速度響應(yīng)性能不同步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下MSMA400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進電機來做執(zhí)行電動機。本繞線機正是因為高精度和高的加速性能上考慮從而選擇伺服電機。3.2.5減速機的選用繞線機的速度是600r/min，所選擇的伺服電機的轉(zhuǎn)速最大可達(dá)到2300r/min，因此大概可選用減速比為1：3的減速機進行減速。由于繞線機本身的小體型的要求，決定選用FASTAR公司生產(chǎn)的精密行星減速器。根據(jù)繞線機的整體布局，決定采用通過法蘭連接電機的FPLS型減速機。FPLS型減速機的主要性能特點及應(yīng)用領(lǐng)域如下：因其高緊密、高可靠性，廣泛應(yīng)用于需要大輸出扭矩和極低回程間隙的場合，主要適用于軍事、航空、航天等領(lǐng)域。也應(yīng)用在以下產(chǎn)品的高等級設(shè)備中：數(shù)控機床、切割機、雕刻機、注塑機、繞線機、印刷機械、木工機械、包裝機械、半導(dǎo)體機械、醫(yī)療機械、機械手、紡織機械、搬運機械、工程機械、自動控制設(shè)備等行業(yè)。3.2.6手輪和頂尖的設(shè)計及使用因為轉(zhuǎn)子固定在轉(zhuǎn)子軸上隨軸一起轉(zhuǎn)動，光用三爪卡盤固定轉(zhuǎn)子軸使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，會在軸的另外一端產(chǎn)生比較大的跳動，所以必須將軸的另外一端固定，采用一夾一頂?shù)姆绞侥軌蚝芎玫慕鉀Q這一問題。頂尖與機床配合的錐度一般為莫氏27號。頂尖尖部的徑向圓跳動一般為0.01～0.02；精密級為0.005～0.01頂尖分為固定頂尖、回轉(zhuǎn)頂尖、撥動頂尖和復(fù)合頂尖等。固定頂尖主要用于加工精度高的工件和工件轉(zhuǎn)速低的場合，其中半缺頂尖適用于加工直徑較小的工件；帶壓出螺母頂尖適用于經(jīng)常更換頂尖的場合；鑲硬質(zhì)合金頂尖適合于工件轉(zhuǎn)速較高的場合?；剞D(zhuǎn)頂尖多采用圓錐滾子軸承做前軸承，可定期調(diào)整預(yù)加負(fù)荷來補償磨損，主要用于加工較重工件或工件轉(zhuǎn)速較高場合，回轉(zhuǎn)頂尖包括插入式、錐形式和彈性式；插入式回轉(zhuǎn)頂尖帶有一套可換頂尖頭；錐形回轉(zhuǎn)頂尖適用于支撐大孔徑棒料和管材；彈性回轉(zhuǎn)頂尖在工件的熱變形時能自身調(diào)節(jié)。撥動頂尖以內(nèi)外棱刀傳遞扭矩，定心精度高；以外棱刃傳遞扭矩的波動頂尖，對整個工件的圓柱面都可以加工。手輪是標(biāo)準(zhǔn)件，在設(shè)計過程中選用合適的手輪即可。4機架導(dǎo)線機構(gòu)的設(shè)計4.1伺服電機選用由前面的章節(jié)可知導(dǎo)軌滑塊在1/40s內(nèi)必須從上向下或是從下向上移動一個轉(zhuǎn)子軸向尺寸的范圍,本設(shè)計中,轉(zhuǎn)子的軸向尺寸范圍為l<150mm,因此假設(shè)1/40s內(nèi)滑塊在豎直方向上移動160mm,由此可得滑塊的線速度為:V=6400mm/s根據(jù)設(shè)計同步帶的半徑為18mm,可得出同步帶輪的轉(zhuǎn)速為:356r/min負(fù)載扭力應(yīng)該計算滑塊上升時的扭力,估算滑塊的重量為m=1.2Kg,則負(fù)載扭力為:負(fù)載慣量的計算：J1為滑塊的慣量J2為三木撓性連軸器轉(zhuǎn)動慣量馬達(dá)軸轉(zhuǎn)動慣量為J=J1+J2=388.8+7.093=395.5Kg·mm2選伺服馬達(dá)條件負(fù)載扭力（TL）<馬達(dá)額定扭力Pa+P0=1～2倍馬達(dá)額定輸出功率NM≤馬達(dá)最大轉(zhuǎn)速負(fù)載慣量（JL）<3～5倍馬達(dá)轉(zhuǎn)子慣量依條件選定：三菱的HC-SFS201(B)中慣量中容量伺服電。4.2撓性連軸器的選用4.2.1三木撓性連軸器使用范圍繞線機為高精密機器，一般撓性連軸器遲滯現(xiàn)象過大。不適合轉(zhuǎn)速變化速度過快的機器，因此為了使電機與輸出軸的連接可容納一定的同軸度誤差又具有較小的遲滯現(xiàn)象，決定使用三木撓性連軸器。SFC是夾緊轂采用輕質(zhì)、高強度強力鋁合金的板彈簧式連軸器，扭轉(zhuǎn)剛性極高，可滿足高應(yīng)答需求。采用完全不使用RoHS禁止使用物質(zhì)的環(huán)保型設(shè)計。此外，夾緊轂外徑根據(jù)所采用孔徑不同，確保使用最小限度的尺寸，實現(xiàn)了超低慣性的設(shè)計，具有出色的功能。各種型號均備有采用單組板簧式的超剛性SFC—SA2型和與中間體相介配置雙組板簧的具有撓性的SFC-DA2型。4.2.2SFC連軸器具體特性如下1.超高剛性：是夾緊轂采用輕質(zhì)、高強度強力鋁合金的板簧式連軸器，扭轉(zhuǎn)剛性極高，可滿足高應(yīng)答需求。符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)：采用完全不使用RoHS禁止物質(zhì)的環(huán)保型設(shè)計。2.超低慣性：夾緊轂的外徑形狀可隨您所采用的孔徑變更，小孔徑時外徑也減小，可將慣性抑制在最小限度，最適合于高加速運轉(zhuǎn)。根據(jù)你所采用的孔徑進行組合，共有三種形狀類型。圖7三種形狀類型可用于錐度軸：可將錐度接合器安裝到伺服馬達(dá)錐度軸上，采用夾緊轂的接合。簡單、確實、無背隙：與軸的接合采用夾緊方式，僅緊固左右2個螺栓即可完成安裝。動力傳動均采用摩擦接合，沒有背隙。連軸器兩側(cè)的夾緊轂采用專用制具進行定心，確保了同心度。圖8專用制具定心牢固的軸接合：夾緊轂?zāi)驼駝?，抗沖擊，可達(dá)到牢固的接合。軸接合為用一個螺栓的夾緊方式。軸保持力根據(jù)使用孔徑而不同，但在標(biāo)準(zhǔn)孔徑范圍內(nèi)可獲得足夠的連軸器容許扭矩。隔熱：板簧組是由單片不銹鋼制的板簧組合而成，不易將來自伺服馬達(dá)的熱傳導(dǎo)到從動軸側(cè)，可降低因熱膨脹所致的精度標(biāo)準(zhǔn)偏差。4.2.3SFC-080SA2具體參數(shù)根據(jù)伺服電機輸出軸徑為22mm，輸出轉(zhuǎn)矩為0.217N·m，功率為7.89W決定選用SFC-080SA2連軸器。4.2.4SFC-080SA2安裝方式產(chǎn)品左右內(nèi)徑的同心度通過使用專用夾具可進行高精度地組裝。萬一產(chǎn)品受到強烈沖擊時，將不能確保產(chǎn)品的組裝精度，有在使用過程中出現(xiàn)破損的可能性。請在搬運產(chǎn)品等時要十分小心。1．確認(rèn)夾緊螺栓已經(jīng)松動后，請清除軸以及連軸器內(nèi)徑面上的灰塵、垃圾和油污等。（油污可用棉布等擦拭掉，有必要的話可進行除脂作業(yè)。）2．將連軸器插到軸內(nèi)時，請不要對元件部分進行壓縮和牽拉等過度施加外力下插入。特別是當(dāng)將連軸器安裝到馬達(dá)上后將連軸器插到對方軸上時，有時會誤對其施加過大的壓縮力，請加以注意。3．在兩個夾緊螺栓處于松動狀態(tài)下，請確認(rèn)連軸器是否能夠沿軸向旋轉(zhuǎn)方向輕移動。當(dāng)不能平穩(wěn)移動時，請重新調(diào)整兩個軸的定心。雖然建議將此方法作為確認(rèn)左右同心度的簡易方法使用，但不能使用同樣的確認(rèn)方法時，可對機械部件進行精度管理，用其他測量方法來確認(rèn)安裝精度。圖9三木撓性聯(lián)軸器4．確認(rèn)對軸向沒有壓縮和牽拉等作用力后，保持夾緊轂全長與兩個軸相接處的位置，將2個夾緊螺栓緊固到所規(guī)定的扭矩。5送線進給機構(gòu)的設(shè)計5.1送線進給機構(gòu)總體設(shè)計繞線機送線進給機構(gòu)采用絲杠螺母帶動送線導(dǎo)軌機構(gòu)進行動作，其設(shè)計的局部視圖如下圖所示:圖10送線進給機構(gòu)局部試圖（一）圖11送線進給機構(gòu)局部視圖（二）5.2直線導(dǎo)軌的選擇5.2.1導(dǎo)軌副的組成、種類及其應(yīng)滿足的要求1導(dǎo)軌副的種類導(dǎo)軌副主要由承導(dǎo)件和運動件兩大部分組成。運動方向為直線的稱直線運動導(dǎo)軌副，為回轉(zhuǎn)的稱回轉(zhuǎn)運動導(dǎo)軌副。常用的導(dǎo)軌副的種類很多，按其接觸面的摩擦性質(zhì)可分為滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌、流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌等等。按其結(jié)構(gòu)特點可分為開式（借助重力或彈簧彈力保證運動面與承導(dǎo)面之間的接觸）導(dǎo)軌閉式（只靠導(dǎo)軌本身的結(jié)構(gòu)形狀保證運動件與承導(dǎo)面之間的接觸）導(dǎo)軌。2導(dǎo)軌副應(yīng)滿足的基本要求機電一體化系統(tǒng)對導(dǎo)軌的基本要求是導(dǎo)向精度高、剛性好、運動輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化影響小以及結(jié)構(gòu)工藝性好等。對精度要求高的直線運動導(dǎo)軌，還要求導(dǎo)軌的承載面與導(dǎo)向面嚴(yán)格分開；當(dāng)運動件較重時，必須設(shè)有卸荷裝置，運動件的支撐必須符合三點定位原理。5.2.2滾動導(dǎo)軌副的類型與選擇1直線運動滾動導(dǎo)軌副的特點及要求滾動導(dǎo)軌作為滾動摩擦副的一類，具有許多優(yōu)點：1)摩擦系數(shù)?。?.003～0.005），運動靈活；2)動、靜摩擦系數(shù)基本相同，因而啟動阻力小，而不易產(chǎn)生爬行；3)可以預(yù)緊，剛度高；4)壽命長；5)精度高；6)潤滑方便，可以采用脂潤滑，一次裝填，長期使用；7)由專業(yè)廠生產(chǎn)，可以外購選用。2滾動導(dǎo)軌的缺點是：導(dǎo)軌面與滾動體是點接觸或是線接觸，所以抗振性差，接觸應(yīng)力大；對導(dǎo)軌的表面硬度、表面形狀精度和滾動體的尺寸精度要求高，若滾動體的直徑不一致，導(dǎo)軌表面有高低，會使運動部件傾斜，產(chǎn)生振動，影響運動精度；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難、成本較高；對臟物比較敏感，必須有良好的防護裝置3對滾動導(dǎo)軌副的基本要求：1)導(dǎo)向精度：導(dǎo)向精度是導(dǎo)軌副最基本的性能指標(biāo)。移動件在沿導(dǎo)軌運動時，不論有無載荷，都應(yīng)保證移動軌跡的直線性及其位置的精確性。這是保證機床運行工作質(zhì)量的關(guān)鍵。各種機床對導(dǎo)軌副本身平面度]垂直度及等高、等距的要求都有規(guī)定或標(biāo)準(zhǔn)。2)耐磨性：導(dǎo)軌副應(yīng)在預(yù)定的使用期內(nèi)，保持其導(dǎo)向精度。精密滾動導(dǎo)軌副的主要實效型式是磨損。因此耐磨性是衡量滾動導(dǎo)軌副性能的主要指標(biāo)之一。3)剛度：為了保證足夠的剛度，應(yīng)選用最合適的導(dǎo)軌類型、尺寸及其組合。選用可調(diào)間隙和預(yù)緊的導(dǎo)軌副可以提高剛度。4)工藝性：導(dǎo)軌副要便于裝配、調(diào)整、測量、防塵、潤滑和維修保養(yǎng)。5.2.3線性滑軌的配置線性滑軌能承受上、下、左、右方向負(fù)荷，因此可根據(jù)機臺結(jié)構(gòu)與工作負(fù)荷方向配置線性滑軌組。根據(jù)設(shè)計要求選用EGW30SB型號的直線導(dǎo)軌，采用兩支滑軌滑塊移動配置的方式。EGW30SB的三視圖如下圖所示：圖12直線滑軌三視圖5.3滾珠絲杠的設(shè)計絲杠螺母傳動屬于螺旋傳動。絲杠又可稱為螺桿。絲杠螺母傳動又可稱絲杠副傳動。螺旋傳動按用途可分為傳力螺旋、傳導(dǎo)螺旋和調(diào)整螺旋等。螺旋傳動按螺紋間摩擦狀態(tài)又可分為滑動螺旋、滾動螺旋和靜壓螺旋三大類。滾珠絲杠螺母傳動屬于滾動螺旋傳動。滾動螺旋傳動的滾動體有球和滾子兩大類。球又稱滾珠。應(yīng)用最廣泛的是以球為滾動體的滾珠螺旋傳動——滾珠絲杠副。滾珠絲杠副作為精密、高效的傳動元件在精密機床、數(shù)控機床得到廣泛應(yīng)用，在機械工業(yè)、交通運輸、航天航空、軍工產(chǎn)品等各個領(lǐng)域應(yīng)用得很普遍，可作為精密定位自動控制、動力傳遞和運動轉(zhuǎn)換。隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展，滾珠絲杠的使用范圍越來越廣，目前我國有專業(yè)工廠參照ISO，按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的參數(shù)及精度標(biāo)準(zhǔn)組織生產(chǎn)。軸頸端部結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)準(zhǔn)，用戶不必自行設(shè)計制造，可以根據(jù)使用工況選擇某種結(jié)構(gòu)類型的絲杠，再根據(jù)載荷、轉(zhuǎn)速等等條件按規(guī)定的計算方法選定合格的尺寸型號和組合單元向有關(guān)廠家訂貨，可以獲得更加好的經(jīng)濟效果。滾珠絲杠副傳動與滑動絲杠傳動相比其主要特點是：1)傳動效率高。一般可達(dá)95%以上，是滑動絲杠傳動的2～4倍。2)運動平穩(wěn)，摩擦力小、靈敏度高、低速無爬行。3)可以預(yù)緊、消除絲杠副的間隙，提高軸向接觸剛度。4)定位精度和重復(fù)定位精度高。5)使用壽命為普通滑動絲杠的4～10倍甚至更高。6)同步性好，用幾套相同的滾珠絲杠副同時傳動幾個相同的部件或裝置時，可獲得較好的同步性。7)使用可靠、潤滑簡單、維修方便。8)不自鎖?？赡嫦騻鲃?，即螺母為主動，絲杠為被動。旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動。由于繞線機要求的高定位精度、高的靈敏度、無大的間隙等原因，所以選用滾珠絲杠副，來進行漆包線的進給。根據(jù)送線導(dǎo)軌架的結(jié)構(gòu)尺寸，選用HIWIN公司的FSW36-6B2滾珠絲杠。外形圖如下：圖13HIWIN產(chǎn)的FSW滾珠絲杠由于繞線機的重量與動負(fù)荷的要求差距很大，絲杠螺母能夠遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足負(fù)荷要求，固省略校核過程。本設(shè)計中，因為機構(gòu)的絲杠是直接和外部空氣接觸的，散熱快，熱膨脹不明顯，因此采用兩端固定的結(jié)構(gòu)。5.4滾動軸承的校核絲杠螺母機構(gòu)采用兩端固定的結(jié)構(gòu)，使用的兩個角接觸球軸承和兩個深溝球軸承，分為兩組，兩個角接觸球軸承各自背向安裝，因為絲杠所受的主要是軸向力，所受徑向力不大，因此，只需校核角接觸球軸承的強度即可。深溝球軸承的型號為6006，角接觸球軸承的型號為7006CJ。根據(jù)估算，導(dǎo)線支架結(jié)構(gòu)加上滑塊的重量M大概為100kg，其重力為980N。線性滑軌的動摩擦系數(shù)為0.004。因此軸承所受的軸向力Fa=980×0.004=4N，角接觸球軸承的基本額定動載荷為11.5×103N，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于4N，因此所選軸承能夠滿足工作要求。5.5步進電機的選型5.5.1步進電機的特點種類步進電機又稱脈沖電動機。它是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的執(zhí)行元件。其輸入一個電脈沖就轉(zhuǎn)動一步，即每當(dāng)電動機繞組接受一個電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)的步距角。轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及其頻率成正比，并在時間上與輸入脈沖同步，只要控制輸入脈沖數(shù)的數(shù)量、頻率以及電動機繞組通電相序即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。很容易用微機實現(xiàn)數(shù)字控制。步進電機具有以下的特點，使得用步進電機作為驅(qū)動器成為可能：1)步進電機的工作狀態(tài)不易受各種干擾因素（電源電壓的波動、電流的大小與波形的變化、溫度等）的影響。只要在它們的大小未引起步進電機產(chǎn)生“丟步”現(xiàn)象之前，就不影響其正常工作；2)步進電機的步距角