繞線機產(chǎn)品方案原理(步進電機驅動系統(tǒng)應用)
1.引言
繞線機作為電子工業(yè)專用設備之一,在我國已生產(chǎn)和使用了多年,改革開放以來,我國元器件廠也引進了許多國外的繞線機。常見的有平行繞線機、環(huán)行繞線機及各種特種繞線機等。在繞制細微漆包線時,這些機器都會遇到共同的問題,如無法達到整齊排線,繞線張力無法控制等,特別是繞制0.1mm以下的一些音圈、傳感器機芯等線圈時,問題尤為突出。針對這種情況,我們研制了這種適用于細微漆包線的繞線機,很好地解決了這個問題,用它繞制的磁電式測振傳感器機芯線圈,張力穩(wěn)定,線圈直流電阻一致性好,排線整齊,外觀達到了“鏡面”效果。
2.實現(xiàn)原理
與普通繞線機一樣,精密繞線機的排線也是用步進電機來實現(xiàn)的,放線張力的控制也用了彈簧摩擦片張力器,但為了達到設計要求,有針對性地進行了許多改進,采用復合排線法,加裝了張力指示儀,大大地改進了整機性能,提高了產(chǎn)品質量。
2.1放線張力
在繞制細微漆包線時,由于線徑細,如果張力太大,就會將線拉長,使線圈的直流電阻增大。在成批生產(chǎn)中,張力的不穩(wěn)定還會造成線圈與線圈之間較大的直流電阻差異,所以要嚴格控制張力。為此,在普通放線張力儀與寶石針之間加裝了一個張力指示儀,它是一個機械式張力指示儀,通過指針刻度即可知道繞線張力是多少克,避免了操作工人憑經(jīng)驗調節(jié)所帶來的偏差,張力指示儀的加裝對減少高速繞線時產(chǎn)生的線的抖動也有好處。細線的放線張力器一般都是彈簧摩擦片式,經(jīng)過細致調節(jié)完全可以滿足要求。
2.2排線原理
繞細線線圈時一般采用兩種排線方式,即自由排線和強制排線。這兩種排線方法各有千秋,自由排線靠線的張力及擺動輪或擺錘的擺動來排線,導輪與線圈骨架之間的距離較遠,只要調節(jié)得當,每匝線都能緊密排繞,完全可以使繞出的線圈達到“鏡面”效果,但是調節(jié)起來比較困難,主要是機械方面的調試量太多;強制排線利用繞線主軸與排線軸的同步運動技術,使每繞一圈,排線機構步進一定的距離,一般是步進一個線徑的距離,在電子數(shù)控技術發(fā)展的今天,實現(xiàn)起來并不困難,只要事先設置好繞線參數(shù),不需要太多的調試即可繞線,但經(jīng)過我們反復試驗,強制排線方式用于高速繞制0.1mm以下的線圈時非常困難,經(jīng)常出現(xiàn)亂繞現(xiàn)象。
新方案采用將兩種方式復合,取其長補其短,以強制排線為主,自由排線為輔,寶石針與線圈骨架的距離拉大,控制系統(tǒng)根據(jù)這一距離和設定的繞線參數(shù),計算出實際的排線參數(shù),再根據(jù)實際調試加以修正,由于控制系統(tǒng)有掉電保護功能,對每一種規(guī)格的線圈,經(jīng)過幾次調整,都可以很快得到理想的繞線參數(shù)并保存。繞線時,寶石針的擺動與繞線主軸同步,不過其擺動幅度比單獨采用強制排線時小,留出了一定的余地讓自由排線來發(fā)揮其緊密排繞特長。
3.控制系統(tǒng)原理
以AT89C52單片機為中心構成的控制系統(tǒng),由于程序存儲器在單片機內部,四個口都可以作為I/O使用,大大簡化了外圍電路,提高了系統(tǒng)的可靠性。
3.1單片機電路
本系統(tǒng)的單片機電路是一典型的單片機最小應用系統(tǒng),四個口均未用作數(shù)據(jù)口或地址口,其中,P0口工作為基本輸入輸出方式,控制LED顯示及EEPROM的讀寫,串行EEPROM電路用了一塊X25045,它既能存儲繞線參數(shù),防止掉電丟失,又擔當了監(jiān)控CPU的看門狗。P1口工作在輸出狀態(tài),控制主軸電機M1變頻器,排線步進電機M2驅動器,電磁制動器和蜂鳴器。P2口專門控制4×4監(jiān)控鍵盤,采用了常規(guī)的行列矩陣掃描原理。P3口用于操作按鈕和繞線傳感信號的輸入,其中,計數(shù)傳感信號連到外部中斷INT0端,它是正確繞線的關鍵信號。復位電路和晶振電路比較簡單,此處不再贅述。
3.2輸出電路
輸出部分主要包括主軸電機變頻器控制、步進電機驅動器控制和LED顯示驅動三部分。變頻器控制占用了三個口線:啟動、轉動方向和第二速度選擇,均通過小型直流繼電器來切換。第二速度選擇是在預停機時,使變頻器運行在低速狀態(tài),以便計數(shù)到匝時直流電磁制動器能及時制動,從而達到準確停機的目的。步進電機驅動器控制信號有兩個,即串行步進脈沖信號和方向信號,這兩個信號都是TTL電平,由于步進電機驅動器內部有光耦隔離,故可以直接輸出。步進電機驅動器在內部將串行步進脈沖進行環(huán)行分配,變成三相信號,顯然,這種方式省了單片機的一個控制信號。LED顯示器是主要的人機界面,由集成電路MC14499和74LS05來擔當,MC14499是一款工作于串行方式的七段數(shù)碼LED編碼驅動接口電路,通過外串電阻來驅動共陰極發(fā)光二極管,僅通過CE、CLK和DATA三個信號與單片機接口,大大節(jié)省了口線資源。
3.3輸入電路
輸入信號包括操作按鈕信號和繞線傳感信號,由于這些信號均來自機器,拉線較長,為了防止干擾,有必要對其進行隔離和處理。按鈕信號和傳感信號處理電路,二者區(qū)別在于U2的選用,對按鈕信號,U2選用光電耦合器TLP521-1,而對傳感信號,U2應選槽型光電傳感器。雖然三個傳感信號電路相同,但其所起的作用卻大不一樣。排線零位信號由擋光片觸發(fā),是步進電機排線的坐標原點,每繞完一個線圈,都要回到原點對零,以消除由于步進電機丟步或絲杠反向間隙造成的積累誤差。主軸零位信號用于主軸的精確定位,保證每次都從某一位置開始繞線或每次都能停在某一固定位置,也由擋光片來觸發(fā)。計數(shù)傳感信號有兩個作用,一是匝數(shù)計數(shù),二是作為繞線主軸與排線軸的同步信號,它是一個中斷輸入信號,單片機收到這個信號就認為繞了一圈,步進電機應該連續(xù)走一個線徑的距離,當然,單片機要將這個距離平均分配為十次走完,這個任務由裝在主軸上的分頻式碼盤來完成。
繞線機步進電機控制系統(tǒng)的實時性很強,而且主程序與中斷程序、中斷程序與中斷程序之間的嵌套比較復雜,因此,整個程序都用匯編語言編寫和調試。在單片機中斷資源的利用方面作了合理安排,如T0定時器用于步進電機調頻脈沖,INT0外部中斷用于匝數(shù)計數(shù)和同步控制等。具體的鍵盤掃描、LED顯示、算術運算、中斷處理等程序可參考有關資料,此處就不一一介紹了。
4.結束語
數(shù)控細微線繞線機已在用戶廠進行了批量使用,實踐證明其繞線質量滿足精密線圈要求,調試方便,穩(wěn)定可靠,由單片計算機精密控制實現(xiàn)的步進電機復合排線方式實用可行,很好地解決了國產(chǎn)設備及進口設備在高速繞制細微線線圈時出現(xiàn)亂繞的問題。
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