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电机转子绕线机设计
电机转子绕线机
转子绕线机设计
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电机转子绕线机摘 要电机作为各类设备的动力源，已经广泛应用于社会各个领域。定子是电机的核心部件，其形成电磁场驱使转子旋转，故转子线圈绕制质量决定了电机的性能。定子骨架由中心开多极槽的薄硅钢片叠压形成外部封闭结构，电磁漆包线缠绕在内部各极硅钢片上，因此转子绕线要比普通的采用平绕法的电感线圈绕线和采用飞叉绕法的转子绕线复杂。目前国内转子大多仍采用手工绕制，加工效率低、线圈绕制质量差，已经无法满足当今对高性能电机的要求。电机带动主轴转动有通过同步带带动（软联接方式）和通过联轴器与轴直联（直联式） 两种方式。本设计采用联轴器与轴直联连结方式，即硬联接方式。排线机构和绕线机构与其他的绕线机大同小异，但是绕线机的自动剪切和接入采用了剪压线机构。本文通过分析电机转子绕线机的结构特征，研究其自动绕线原理，研发电机转子自动绕线机，实现电机转子自动绕线。关键字：转子；联轴器；绕线机；电机；自动Motor Rotor WinderAbstractMotors have been widely applied to all areas of society, which are regarded as the power sources of the various types of equipment. The rotor is the core component of the motor rotor, and rotation of rotor is driven by electromagnetic field, which is formed by the motor rotor, so winding quality for rotor coil directly affects the performance of the motor. rotor frame is made by thin silicon steel sheets, many slotted holes are punched out on the center of the silicon steel sheets, so rotor frame possesses the closed structure, the electromagnetic wire coil is winded on the poles of the silicon steel sheet, therefore, the winding of rotor coil is more complicated than the winding of inductance coil by flat winding method and rotor coil which is using flying fork winding method.At present, most of the rotor coil is still using manual winding at domestic, because of the low wingding efficiency and poor quality of coil winding, this winding way has already dissatisfied the requirements for high performance motor. There are two ways to make the machine motored the spindle to rotate ,including timing belt motoring (soft-link approach) and direct-coupling with the axis through the coupling (direct-coupled) . Use the arc timing belt as the links , that is the soft-link approach . In order to make the linkage of the three working position , it uses timing belt as the links of the three axis too . When winding coils , insert the coil skeleton into the connector linking to the spindle , and than the coil skeleton can rotate by the same step of the spindle machine . In this paper, by analyzing the structure characteristics of motor rotor winding machine, the principle of automatic winding is studied, and the automatic winding machine of motor rotor is developed to realize automatic winding of motor rotor.Key words：Rotor; Coupling; Winding Machine; Motor; Automation目 录摘要Abstract1.绪论1引言11.1选题背景及意义11.2 绕线方法以及绕线机的发展历程、发展现状11.2.1 绕线方法11.2.2 绕线机的发展历程31.2.3 国内外绕线机的发展状况41.3 本设计主要研究内容81.绕线机总体方案设计82.排线机构的设计83.底座、旋转轴支架结构设计94.电机转子绕线机PLC设计92. 绕线机的总体布局102.1 传动系统设计102.2排线装置的设计方案102.3电机转子绕线机的工作原理102.3.1 绕线机的运动组件102.3.2 绕线机的旋转组件113. 绕线机运动组件的设计123.1 排线机构的选择123.2 转子绕线方式143.3 张力器的选择153.4 转子的设计173.5 X轴滚珠丝杠的设计173.5.1 确定滚珠丝杠副的导程173.5.2 滚珠丝杠副的载荷及转速计算183.5.3 滚珠丝杠副预期额定动载荷183.5.5 估计算滚珠丝杠副的螺纹底X213.5.6 导程精度的选择213.5.7 确定滚珠丝杠副规格代号213.6 X向运动台电机选择213.6.1 外部负荷的转动惯量223.6.2 外部负荷产生的摩擦扭矩223.6.3 预紧力产生的摩擦扭矩223.6.4 预紧力产生的摩擦扭矩233.6.5 电机总扭矩：233.7 Y轴滚珠丝杠的设计233.7.1 确定滚珠丝杠副的导程233.7.2 滚珠丝杠副的载荷及转速计算243.7.3 滚珠丝杠副预期额定动载荷243.7.5 估计算滚珠丝杠副的螺纹底X253.7.6 导程精度的选择263.7.7 确定滚珠丝杠副规格代号263.8 Y向运动台电机选择263.8.1 外部负荷的转动惯量263.8.2 外部负荷产生的摩擦扭矩273.8.3 预紧力产生的摩擦扭矩273.8.4 预紧力产生的摩擦扭矩273.8.5 电机总扭矩：273.9 Z轴滚珠丝杠的设计283.9.1 确定滚珠丝杠副的导程283.9.2 滚珠丝杠副的载荷及转速计算283.9.3 滚珠丝杠副预期额定动载荷293.9.5 估计算滚珠丝杠副的螺纹底X303.9.6 导程精度的选择303.9.7 确定滚珠丝杠副规格代号313.10 Z向运动台电机选择313.10.1 外部负荷的转动惯量313.10.2 外部负荷产生的摩擦扭矩323.10.3 预紧力产生的摩擦扭矩323.10.4 预紧力产生的摩擦扭矩323.10.5 电机总扭矩：333.11 联轴器的选择333.12 刚度的计算与验证343.12.1 丝杠的强度计算353.12.2螺母刚度计算353.12.3 丝杠系统实际轴向弹性位移量364. 底座、旋转轴支架结构设计374.1 旋转轴的设计374.2 滚珠丝杠导轨的设计384.2.1 分类介绍：384.2.2 分类及编排介绍384.2.3 选型基本规则394.2.4 选型步骤和参数考量：394.3 导轨的具体数值414.4 连接板组件的设计425. 电机转子绕线机PLC设计445.1 三坐标轴运动台动作分配445.2 旋转轴的动作分配455.3 PLC程序465.3.1 程序梯形图465.3.2 程序脉冲数和脉冲频率的确定505.4 程序梯形图52参考文献54外文文献56中文翻译63致 谢681.绪论引言本章简述了选题背景及意义， 主要介绍了绕线方法、 绕线机的发展历程及国内外绕线机发展现状， 总结了绕线机关键技术的研究现状， 最后总结了本文主要的研究内容。 1.1选题背景及意义 随着我国经济的发展，将对绕线机技术要求更高，需求量也越来越大，绕线机不仅要具有高效性、环保性，更要具有复合性。而且目前绕线机市场可谓庞大，种类繁多，有平行绕线机、环型绕线机、定转子绕线机，纺织绕线机等等。然而，国内绕线机行业前景非常的严峻，主要来自国外进口品牌的压力及国内低端机型市场的萎缩，最近几年的绕线机产业的技术发展出现了新的格局，多方的努力拉近了国产绕线机与进口绕线机的技术差距。但是关键技术还需要我国技术人员的努力，依靠自己的力量，解决关键部位的技术难题。由于电机向着不同功能 方向发展，电机结构也要求越来越高、越来越复杂，随之电机转子结构也随着变复杂；电机向着小型化、微型化方向发展，转子槽变得越来越狭小，然而小型、微型电机多应用与控制系统、航空航天、汽车工业及医疗等领域，队电机的性能要求很高，故对转子质量要求提出了更高的要求。由于电机转子结构变得越来越复杂、需求量越来越大及转子质量要求越来越高，所以对转子线圈的绕线加工提出了更高的要求。1.2 绕线方法以及绕线机的发展历程、发展现状1.2.1 绕线方法根据绕线方法可分为三类：平绕法、飞叉绕法和穿线绕法，本文研发的电机转子绕线机绕线方法属于穿线绕法。图 1.1 平绕法绕制线圈图 2.2 飞叉绕法绕制线圈平绕法由主轴旋转，配合三维通过空间移动定位，使线材以螺旋线排列在骨架外层的绕线方法，通常用于大多数变压器、电感和各类线圈的绕线加工。 绕线机绕制线圈， 漆包线运动为一螺旋线，主轴带动骨架以固定转速n旋转一周，导针配合以匀速移动一个线径的距离，从而完成将漆包线缠绕在骨架上，运动至骨架两端，排线机构折返，并实现漆包线跃层。飞叉绕法通过侧边电机带动飞叉进行绕线，通常用于十字仪表线圈和转子的绕线加工。主轴带动转子骨架旋转到绕线加工位置，气缸推动左右挡板至转子绕线骨架极两侧线槽处，两挡板恰好能限制漆包线滑入骨架极两侧的线槽中，飞叉以固定转速n带动漆包线旋转，漆包线由左右挡板限位缠绕在转子骨架上。1.2.2 绕线机的发展历程我国是绕线机的生产大国也是需求大国，然而在关键技术上我国却始终无法与国外的厂家相竞争。即使经历了08、09年的经济衰退，绕线机产业在2010年得到了快速发展，各绕线机厂家的定单量大幅提升，原本已经半倒闭的中小型绕线机企业又重新回到了绕线机制造的大军中，但是目前国内绕线机产业的前景仍非常的严峻，主要来自于国外进口品牌的压力及国内低端机型市场的萎缩，最近几年绕线机产业的技术发展出现了新的格局，多方的努力拉近了国产绕线机与进口绕线机的技术差距。但是关键技术还需要我国技术人员的努力，依靠自己的力量，解决关键部位技术难题。绕线机是电气生产行业常见加工设备，其结构、控制系统、功能随着行业生产工艺的需求，迫使绕线机生产单位加大技术投入和研发，以适应现代漆包线加工的高品质要求，从传统机械式、数控型、半自动型、全自动机型，绕线加工早已不再是费时费力的工作。 目前我国自动绕线机生产单位已超百家，但有将近一半的生产单位没有技术研发能力，技术停留在抄袭和仿制阶段，造成了市场机种单一，产品无论是外观还是配置无技术亮点，绕线机技术的核心是控制系统，目前国内厂家大多采用由系统供应商提供的成套控制系统，产品标准一旦制定无法根据客户工艺要求作修改，由于部分控制系统供应商对绕线机行业的工艺要求并不熟悉，导致了许多好看而并不实用的功能，绕线机厂家对控制系统的技术应用掌握程度也影响着制造工艺，目前市场上多见的是普通数控绕线机、CNC机型和厂家自制控制系统的机型。 未来随着行业工艺要求的提高，绕线箔绕机控制技术必将向着自动化、智能化等方向发展，全自动机型就是在这种行业需求的推动下研发而成的，实现了一人看管多台设备，极大程度的满足了高产能的要求；全伺服控制应用于绕线机大大提高了绕线机的绕线精度，满足了高品质线圈的加工要求，未来更智能化、绕线精度更高的机型必将诞生以满足电气行业的发展要求。早期的绕线机是传统机械控制的，其显示界面一般都是简单的码表或者码盘，采用齿轮转动带动码盘转动从而完成计数，只能显示当前的圈数，其精度较差，使用一段时间后由于齿轮的磨损故障率较高，比较常见的有手摇绕线机的单表式和多圈数的三表式结构，这种码表就是早期绕线箔式绕线机的人机界面了。 中期的绕线机随着科技的发展开始应用数码管式的人机界面了，随着生产单位对绕线机的要求提高，这个时候的绕线机已经具有一些简单的设定功能了，其动力部件大多采用电动机提供，所以这个时候的人机界面已经可以显示当前的圈数和产量了，采用数码管显示的人机界面直观的显示当前设备的参数和运行情况，可靠性和易操作得到了很大的提升，中期绕线机的人机界面为现代绕线机的显示方式打下了良好的基础，后期开发的绕线机一般都是采用数码管显示作为人机界面的，也是现代绕线低压箔式绕线机人机界面的雏形。 现代绕线机的人机界面可以说形形色色，种类非常多有数码管式的、有中文显示的、也有多种语言显示的，而且一般都集成了控制功能，做到了人机界面可以显示参数也可以控制设备，一般都采用触摸屏作为绕线机的人机界面，实现了设备与操作人员之间的双向互动，随着科技的发展，绕线高压绕线机的人机界面必将向着高集成度方向发展。1.2.3 国内外绕线机的发展状况首先说说技术发展，我国的绕线机产业起步于改革开放的初期，从原始的机械齿轮手摇式到现在的全自动绕线机，期间经历了多次产业升级和改革，从2010年的市场需求分析可以看出，国内市场正从半自动机型转向全自动、高效、高科技含量的机型，随着现代电气技术的不断提升，对线圈品质的要求也在增加，目前各绕线机厂家的技术开发主要集中在精密排线、闭环式张力控制、多功能等机型的研发，大量的技术投入快速拉近了与进口绕线机的技术差距。图 3.3 多头自动绕线机2010年随着经济回暖，绕线机的市场需求量大大的增加，许多企业都在加班加点的赶制设备，其中箔绕机的增长幅度最为明显；其次是多头绕线机，可以满足高产量要求的机型；全自动绕线机的开发大大提高了机器的工作效率，减少了人为操作。由于各种线圈产品的功能要求不同，使得绕线机的种类也多样化了，目前常见绕线机的有全自动绕线机、半自动绕线机、环行绕线机、伺服精密绕线机、变压器绕线机等机种。由于各种线圈产品的功能要求不同，使得绕线机的种类也多样化了，目前常见绕线机的有全自动绕线机、半自动绕线机、环行绕线机、伺服精密绕线机、变压器绕线机等几种。全自动绕线机是近几年才发展起来的新机种，为了适应高效率、高产量的要求，全自动机种一般都采用多头联动设计，国内的生产厂家大多都是参照了台湾等地的进口机型的设计，采用可编程控制器作为设备的控制核心，配合机械手、气动控制元件和执行附件来完成自动排线、自动缠脚、自动剪线、自动装卸骨架等功能，这种机型的生产效率极高，大大的降低了对人工的依赖，一个操作员工可以同时照看几台这样的设备，生产品质比较稳定，非常适合产量要求高的加工场合。但是，这种机型由于集成了数控、气动、光控许多的新技术，所以价格小则几万元高则十几万元，价格也使得许多的用户望而叹步，另外由于功能要求决定了该设备的零部件采用了大量非标准件和定制件，所以一旦出现故障相对的维修过程将会很复杂，周期也会比较长。它的先进性和高产量还是吸引了客户。图 4.4 米特绕线机环行绕线机是特殊专用机型，常见的有边滑式和皮带式，是绕制环行线圈的专用机型，该机型从出现到现在没有很大的技术变动，目前，机头部分主要还是以进口为主，比较常见的有美国高曼等品牌，进口机头相对于国产机头有许多优点，做工都比较的精细，材质一般都采用特殊合金，耐磨表现优异，机头都能承受长时间的作业加工要求，有些机头采用了分体式结构设计，上下储线环变得更为方便快捷。环行绕线机一般都为台式机构，设备主要以机械构造为主，价格主要区分为进口机头和国产机头两类。变压器绕线机是比较常见的机型，结构形式来分有卧式和立式，我们一般比较常见的是卧式绕线机是用来绕制变压器线圈的专用设备，传统的变压器绕线机比较单一均为人工排线整形的机型，现代机型已经有自动排线系列了，变压器是大型电气件，所以绕线机的结构都比较大，重量也根据绕线机的级别从几百公斤到几千公斤，由于现代技术不断在变压器绕线机上的应用，新的机型功能上也变得更强大，柔性预压紧装置的出现代替了传统的人工敲打整形的烦琐工艺，使变压器绕制过程变得更为简单。图 5.4 日本日特 NOL-0140 全自动线圈生产线近年来，国内绕线机的制造水平和引进绕线机制造水平看，已形成了全自动、多功能、高效自动化的生产能力。从线圈生产的上线、馈线、端头绕制到线圈绕制和下线等，都要实现了过程的自动化。从绕线机的控制形式上看，由单一的开环控制发展到使用直流伺服系统和交流伺服系统的闭环控制，其中交流伺服系统的采用已相当普遍，已形成了由单轴绕制线圈到多轴同时绕制多个线圈的一系列产品。在绕线机的结构形式上，根据所绕制的线圈的铁芯或骨架结构形式的不同，又研制出有梭式的绕线机，以适应环形或其它封闭式铁芯或骨架的线圈的绕制需求。在2008年里，由保定天威卓创电工设备科技有限公司自行研制,具有完全自主知识产权的中国首台承重量最大和输出扭矩最大的一型大型立式绕线机,该绕线机各项试验参数均符合设计技术指标和工艺要求,达到国内同行业领先水平。业内人士称,该产品的研制成功,是变压器制造专用设备行业发展的一次新突破,同时也标志着天威卓创公司已形成了大型电力变压器线生产设备产品的系列化并全面掌握了国内电力变压器制造专用设备研制领域的先进技术,其自主创新能力和企业核心竞争力跃居同行业之首。在西德意大利，绕线、绕嵌设备已由电器自动控制发展到微机控制，有些还具备关键部位的状态见识和故障诊断功能，现在正向3000r/min以上的高速绕线发展。从大型的电力变压器、牵引电机绕组到充电用的微型线圈、节能灯具用线圈,以及各类电子设备。目前,发达国家生产的绕线设备已基本实现自动化、智能化、网络化。在亚洲，日本某些公司在关键领域也在技术领先我国。举个例子，就拿日本的米特绕线机来说，他在几个方面相对我国绝大部分生产绕线机的企业具有创新性也算是其技术优势：（1）人机界面友好，独创简易的中文编程操作系统（可选择英文操作系统）。（2）自带128K的快速闪存（30个产品），可扩展USB移动存储。下次使用只需调出对应的程序名称即可，简单快速。（3）排线、上下料、缠脚及绞线等动作均为全自动，用微电脑控制，无需人工操作，定位更精确，性能更稳定。（4）3GT同步带及带轮的全面使用，最大程度地降低了噪音和温升，并将主轴转速提高到20，000RPM，极大提升了效率。（5）独创热量排放系统，温度可维持在40以下，使设备不会因摩擦产生的高温而降低性能或发生故障。（6）卸料装置设置在上料装置上。对于电木材质的骨架，卸料平稳轻柔，不会破坏骨架，合格率达到99.9%。而国外产品卸料力较大，电木骨架易被卸料装置推破，无法实现全自动。的设备。该设备能进行自动切断线头、自动接入线头的装置组成。（7）张力器为自主研发的气动电子式张力器，将张力参数导入到程序中，可以在程序中根据漆包线特点自动设定张力，简单方便，快捷准确。而传统的张力器为机械式，根据漆包线特点手工调节张力，不但操作繁琐困难，而且准确度偏低。该工作系统的成功研制并推广使用会显著提高绕线的速度，缩短绕线的周期，减少人员配置，缩短作业时间，提高生产效率。因而此设备对于提高生产效率有着重要的意义。1.3 本设计主要研究内容综上所述，本课题依托原有绕线机相关技术，根据电机转子绕线的特点及特殊要求，研发电机转子绕线机。本设计的主要研究内容有： 1.绕线机总体方案设计通过对电机转子绕线机骨架结构的分析，提出电机转子绕线机的原理，设计个功能模块的方案，并将各功能模块进行装配，最终确定电机转子绕线机的总体设计方案。2.排线机构的设计 排线机构一般采用伺服电机作为低速绕线机排线机构的驱动源，主要采用伺服电机经带驱动滚珠丝杆旋转或采用经联轴器驱动滚珠丝杆的方式。所以要对各个部分进行分析设计。3.底座、旋转轴支架结构设计 主要研究绕线机重要部件：底座及旋转轴支架， 对底座及旋转轴结构设计和动力学分析。4.电机转子绕线机PLC设计依据电机转子绕线工艺的特点，结合穿线法绕线方式，设计用PLC控制4个伺服电机，并编写出相应的程序。802. 绕线机的总体布局2.1 传动系统设计该绕线机由排线装置和绕线装置两部分组成，所以传动部分的设计主要是对这两部分的设计，本次毕业设计的题目是绕线机的设计，适用于小型电机绕线圈。能自动排线。2.2排线装置的设计方案排线部分是整个系统的重要组成部分，它是把回转运动转变为直线往复运动，而且还要与绕线部分协调工作。而排线部分转速低、负载轻，本系统的排线机构采用滚珠丝杠将回转运动转化为直线往复运动。排线机构设计从整体方案看，主要有两种传动形式。第一种形式为直联式，即输入轴与滚珠丝杠经刚性联轴器直接连接起来；第二种方式为软联接方式，软联接可部分消除输入低速颤振对绕线精度的影响。为了消除丝杠与电机轴之间的同轴度和垂直度误差，本设计采用联轴器。还有排线机构的设计还要考虑滚珠丝杠的支承问题。滚珠丝杠都用滚动轴承支承。可用的种类很多。2.3电机转子绕线机的工作原理2.3.1 绕线机的运动组件排线系统是整个转子绕线机的核心部分，其功能的优劣直接决定了转子绕线机的性能，如图所示排线系统由三坐标轴机构。三坐标轴机构如图所示，由 X 向运动平台、Y向运动平台和Z向运动平台组成。X向运动平台安装在三坐标轴系统安装板上，Y向运动平台通过Y向滑动导轨安装在X向运动平台上，Z向运动平台通过Z向滑动导轨安装在Z轴运动平台上，Z轴运动平台再通过Y向滑动导轨安装在Y向运动平台上。由于X、Y向运动要求精确定位，且排线工艺要频繁启停、往复运动，所以X、Y向驱动采用伺服电机，以高精度滚珠丝杠传动件，以滑动导轨为支撑件及导向件；Z 向运动行程大，要求快速往返运动，Z向以伺服电机为动力源，以Z向滑动导轨为支撑件和导向件。图 2.1 绕线机总体方案2.3.2 绕线机的旋转组件 旋转组件U由旋转轴、轴承组成，旋转轴两端分别是伺服电机和电机转子，U轴往返转动配合三坐标轴进行绕线，从而实现转子的绕线。3. 绕线机运动组件的设计3.1 排线机构的选择排线机构设计从整体方案看，有两种传动形式：第一种形式为直联式，即伺服电机与滚珠丝杠经刚性联轴器直接连接起来；第二种方式为软联接方式，即步进电机输出轴经过齿型带与滚珠丝杠相连接。软联接可消除部分步进电机低速颤振绕线精度产生的影响，所以，多头的大型绕线机的排线机构与步进电机的联接多采用这种方法。而小型绕线机由于其尺寸小原因，要求的生产成本低，大多采用第一种方式的直联式的传动形式。排线机构设计主要是为了解决滚珠丝杠支承与导丝杠导向两个问题，在设计上，根据不同的设计要求选择不同支承形式，有的设计针对丝杠采用游动式的支承，即丝杠两端不加支承。把电机固定在箱体上，电机轴和丝杠轴采用刚性联轴器连接，同时导丝杠经套筒和螺母相连，螺母防转与导向可以由在箱体上的长条槽孔或者细轴来完成。由于丝杠伸用端无支承，螺母和丝杠之间的传动间隙可能会造成导丝杠的摆动，例如，采用细长轴作为螺母的导向件，这样可以降低导丝杠的摆动，满足使用要求，而采用这种支承方法，电机的轴向窜动会对导丝杠的运动平稳性产生影响，尤其是电机换向，其轴向窜动会使所缠线圈的表面的平整性降低，对排线层面要求平整的线圈，这种滚动丝杠支承方法满足不了要求。 电机固定在箱体上， 丝杠轴采用球轴承支承。图 3.1 绕线机三维图并在轴端加压紧片调整轴承的间隙， 螺母与连接片固接， 连接片经导套与导向杆连接， 导向杆固定安装在箱体板上， 导丝杠和连接片连接， 并固定于连接片上。 电机和丝杠轴刚性联轴器连接，由电机转动直接带动丝杠转动，使螺母沿轴向移动，带动导丝杠运动，实现排线要求。设计中所使用的导向杆是一细长杆件，可限制5个自由度，只有导丝杠轴向移动的这一个自由度，可较有效解决导丝杠运行摆动。同时，由于丝杠轴两端装有球轴承，经压紧片调整其间隙，使其运转灵活，间隙合理，电机轴的轴向窜动不再影响导丝杠轴向位移，只有丝杠副的传动间隙直接反映在导丝杠的轴向位移上，因此，调整丝杠副的动间隙就能满足排线的要求，特别是对层面要求较平整线圈，这种传动结构形式仍能达到要求。每绕完一个线圈，都要回到原点对零，以消除由于伺服电机丢步或丝杠反向间隙造成的积累误差。由Y运动平台控制，保证每次都从某一位置开始绕线或每次都能停在某绕线线圈每旋转1周，Y运动平台和漆包线就移动一个线径的距离，绕完一圈后，Y运动平台和漆包线条就返回绕制。从而实现第2层精密排线如此循环，也能实现多层排线。平绕机中漆包线排线原理已经研究非常成熟，本文研究的电机定子自动绕线机绕线方式属于穿线式绕法，但排线运动数学模型可参照平绕机排线原理，平绕法排线理论如下：由下图几何关系和速度分析可得：u u式中： 匝间的法向螺距 为排线导阵的移动速度 漆包线绕线圈1周的长度 绕线速度由上式可知，在层间绕制过程中，欲使排线均匀，则应保持不变。/为绕线轴转一周的时间，在稳定绕制（除启动和结束阶段）过程中，绕线主轴转速n不变， 即/保持不变。在绕制线圈的层间部分时，要保持不变，即绕线主轴角移和排线架位移为线性关系，通过采用二轴线性插补算法可保证绕线主轴和排线架保持严格的同步线性关系。图 3.2 排线运动规律3.2 转子绕线方式根据转子的作用，绕线方式为下图所示图 3.3 转子绕线方式及顺序3.3 张力器的选择目前张力控制器的划分以性能的优势从高到低排列大致可分为伺服式张力器、电子式张力器、磁性张力器、机械式张力器。图 3.4 张力器挂线示意图1、 伺服张力器工作原理是通过张力臂的角位移传感器将角度转换为电脉冲信号驱动伺服电机自动运行，张力切换响应迅速，输出张力稳定，几乎无波动，适应于高精端产品的制造生产。优点是由传统的被动送线方式改变成主动送线方式，张力特别稳定，最小张力可达1g，并自带张力稳定系统，能自动实现张力稳定平衡。缺点是受马达特性影响，建议在 6m/s线速度以下使用。2、 电子式张力器特点是核心张力产生部件采用电磁磁滞制动器或性能稍差的磁粉型制动器，通过低压电流调节，张力稳定，LED显示。（磁滞制动器由转子和定子磁极两大部分组成。转子由特殊的磁滞材料制成，定子磁极中有一定的间隙，转子在间隙中转动。当线圈通电时，间隙中产生磁场，使转子产生磁滞效应。当磁滞转子在外力作用下克服磁滞力转动时，产生额定的扭矩。扭矩仅与激磁电流大小有关， 与转速无关， 实现非接触的扭矩传输。 ）3、 磁力张力器特点是磁力张力器是通过磁转矩产生阻尼，无机械摩擦，因此能长期产生稳定张力，且精度能得到有效保证，适合精度要求一般的产品使用，价格较低廉经济型。工作原理是利用非接触式磁转矩提供扭矩。优点是磁力张力器是通过磁转矩产生阻尼，无机械摩擦，因此能长期产生稳定张力，且精度能得到有效保证。MTA类还能提供两段张力，满足绕线时缠脚需要。缺点是由于张力器本身结构限制，在绕线设定张力时只能从小张力调向大张力，如果要把大张力调成小张力，则必须在停车状态下调小后再在绕线状态下调向所需张力。4、 机械式张力器特点：通过机械摩擦产生阻力，构造简单，价格低廉，但不适用于细微线径及品质要求较高的产品使用，一般适用于2mm以上的粗线径使用。工作原理是利用接触式机械摩擦提供扭矩。优点是张力覆盖范围宽广，能满足2mm以下粗线的卷绕。缺点是由于存在接触式机械摩擦，所以张力持久稳定性不够好，寿命极短，每天要校正。图 3.5 张力器结构示意图综上考虑选择电子张力器，如上图所示。特点：1、ET电子张力器通过励磁电流控制内部磁滞扭矩，进行张力控制，控制精度高，可获得稳定的张力，预先速度无关；2、可实现张力闭环控制，自动控制精度大2%；3、具备多种张力设置功能，可随输入信号的切换使输出张力迅速改变，达到智能控制； 4、张力值通过LED 动态显示。3.4 转子的设计 本设计要求转子直径45mm，初定槽深15mm，铁心高度25mm，转子有6。 图 3.6 转子正视图 图 3.7 转子俯视图3.5 X轴滚珠丝杠的设计本设计要求在10分钟内完成绕线，初定U轴转动1次中间间隔需12s，U轴共需转5次，绕线绕10匝，绕一个线圈的用时为90s，绕1匝需要9s。 所以X轴正向移动的速度为：X轴负向移动的速度为：3.5.1 确定滚珠丝杠副的导程根据电机额定转速和X向滑块最大速度，计算丝杠导程。X向运动的伺服电机初定60CB020C-010000，电机最高转速为3000rpm。电机与滚珠丝杠通过联轴器相连，传动比为0.99。X向最大运动速度50mm/min。则丝杠导程为：mm实际取，可满足速度要求。3.5.2 滚珠丝杠副的载荷及转速计算 滚珠导轨承重时的华东摩擦系数最大为0.004，静摩擦系数与摩擦系数差别不打，此处计算气静摩擦系数为0.006，则导轨静摩擦力：式中： MZ向运动台、两块连接板A、两块连接板B及线嘴套装质量，经计算M为13.5kg. f导轨滑块密封阻力，按2个滑块，每个滑块密封阻力5N. 由于X向运动台运动缓慢，基本接近匀速，气阻力主要来自于导轨、滑块的摩擦力，则有：滚珠丝杠副当量载荷： 滚珠丝杠副的当量转速： 3.5.3 滚珠丝杠副预期额定动载荷表 3.1 各种机械的工作寿命值机械类别/h普通机械500010000普通技术切削机床10000数控机床、精密机械15000测试机械、仪器15000航空机械15000表3.2 载荷系数载荷性质平稳或轻度冲击1.01.2中等冲击1.21.5较大终极或振动1.53.0表3.3 精度系数精度系数1、21.03、41.151.25101.43表3.4 可靠性系数可靠性/%901950.62960.53970.44980.33990.21表3.5 预加负荷系数预加负荷类型轻预载6.7中预载4.5重预载3.4 按滚珠丝杠副的预期工作时间计算式中： 当量转速 预期工作时间，精密机械选择15000小时 负荷系数，平稳无冲击选择=1 精度系数，2级精度系数选择=1 可靠性系数，一般选择=1 按滚珠丝杠副的预期运行距离计算式中： 预期运行距离，一般选择 按滚珠丝杠副的预最大轴向负载计算式中： 预加负荷系数，轻预载时，选择=6.7 丝杠副最大载荷3.5.4 估算滚珠丝杠的最大允许轴向变形量初定X向运动的重复定位精度要求为0.005mm，则3.5.5 估计算滚珠丝杠副的螺纹底X根据X向运动形成为500mm，可计算出两个固定支撑的最大距离： 按丝杠安装方式为轴向两端固定，则有丝杠螺纹底X：式中： 导轨静摩擦力，=10.7938N 滚珠螺母至滚珠丝杠固定端支撑的最大距离，=608.4mm则有：3.5.6 导程精度的选择根据X向运动的定位精度要求达到0.005mm/1000mm，则任意300mm，长度的导程精度为0.0015mm。3.5.7 确定滚珠丝杠副规格代号按照丝杠、选择内循环双螺母式滚珠丝杠，型号为FFZD1204-3，精度等级2级，丝杠基本导程=4mm，丝杠底X=17.5mm2.820mm，外=19.3mm，公称直顶X=20mm，额定动载荷=53000N，额定静载荷=121000N。3.6 X向运动台电机选择表3.6 未预紧的滚珠丝杠副的效率未预紧的滚珠丝杠副的精度1、2、30.94级以上0.85条件：选择伺服电机驱动，伺服电机选取CB系列60CB020C-010000，其功率为0.2KW，额定转矩为0.64Nm，电机惯量为。X向运动台、两块连接板1、两块连接板2及线嘴套装质量，经计算M为13.5kg。3.6.1 外部负荷的转动惯量丝杠部分的转动惯量： 外部负荷的负荷转动惯量：则有：加载电机上的转动惯量： 3.6.2 外部负荷产生的摩擦扭矩： 式中： 滚珠丝杠副的导程未预紧的滚珠丝杠副的效率（2级精度=0.9）外加轴向载荷，含导轨摩擦力，其中喊切削力为03.6.3 预紧力产生的摩擦扭矩：式中： 滚珠丝杠副间的预紧力，3.6.4 预紧力产生的摩擦扭矩：根据设计要求可知：X向工作台运动台为V=1mm/s，对应电机转速，初定最大加速度为则工作台速度从0升至10mm/s所需要的时间：当电机转速从升至时，气负荷扭矩：3.6.5 电机总扭矩：所以选择电机额定转矩为，大于计算电机总扭矩3倍以上。所选择电机扭矩符合要求。3.7 Y轴滚珠丝杠的设计在绕线过程中，Y向运动台是不运动的，只有X向、Z向运动台在运动，所以在计算时，按照X运动台的速度计算，电机选用X向运动台的电机。3.7.1 确定滚珠丝杠副的导程根据电机额定转速和Y向滑块最大速度，计算丝杠导程。Y向运动的伺服电机初定60CB020C-010000，电机最高转速为3000rpm。电机与滚珠丝杠通过联轴器相连，传动比为0.99。Y向最大运动速度60mm/min。则丝杠导程为：mm实际取，可满足速度要求。3.7.2 滚珠丝杠副的载荷及转速计算 滚珠导轨承重时的华东摩擦系数最大为0.004，静摩擦系数与摩擦系数差别不打，此处计算气静摩擦系数为0.006，则导轨静摩擦力：式中： MZ向运动台、X向运动台，三块连接板1、两块连接板2及线嘴套装质量，经计算M为21.5kg. f导轨滑块密封阻力，按2个滑块，每个滑块密封阻力5N. 由于Y向运动台不运动，气阻力主要来自于导轨、滑块的摩擦力，则有：滚珠丝杠副当量载荷： 滚珠丝杠副的当量转速： 3.7.3 滚珠丝杠副预期额定动载荷 按滚珠丝杠副的预期工作时间计算式中： 当量转速 预期工作时间，精密机械选择15000小时 负荷系数，平稳无冲击选择=1 精度系数，2级精度系数选择=1 可靠性系数，一般选择=1 按滚珠丝杠副的预期运行距离计算式中： 预期运行距离，一般选择 按滚珠丝杠副的预最大轴向负载计算式中： 预加负荷系数，轻预载时，选择=6.7 丝杠副最大载荷3.7.4 估算滚珠丝杠的最大允许轴向变形量初定Y向运动的重复定位精度要求为0.005mm，则3.7.5 估计算滚珠丝杠副的螺纹底X根据Y向运动形成为500mm，可计算出两个固定支撑的最大距离： 按丝杠安装方式为轴向两端固定，则有丝杠螺纹底X：式中： 导轨静摩擦力，=11.2642N 滚珠螺母至滚珠丝杠固定端支撑的最大距离，=611.2mm则有：3.7.6 导程精度的选择根据Y向运动的定位精度要求达到0.005mm/1000mm，则任意300mm，长度的导程精度为0.0015mm。3.7.7 确定滚珠丝杠副规格代号按照丝杠、选择内循环双螺母式滚珠丝杠，型号为FFZD1204-3，精度等级2级，丝杠基本导程=4mm，丝杠底X=17.5mm2.820mm，外=19.3mm，公称直顶X=20mm，额定动载荷=53000N，额定静载荷=121000N。3.8 Y向运动台电机选择条件：选择伺服电机驱动，伺服电机选取CB系列60CB020C-010000，其功率为0.2KW，额定转矩为0.64Nm，电机惯量为。X向运动台、Y向运动台、三块连接板A、两块连接板B及线嘴套装质量，经计算M为21.5kg。3.8.1 外部负荷的转动惯量丝杠部分的转动惯量： 外部负荷的负荷转动惯量：则有：加载电机上的转动惯量： 3.8.2 外部负荷产生的摩擦扭矩： 式中： 滚珠丝杠副的导程未预紧的滚珠丝杠副的效率（2级精度=0.9）外加轴向载荷，含导轨摩擦力，其中喊切削力为03.8.3 预紧力产生的摩擦扭矩：式中： 滚珠丝杠副间的预紧力，3.8.4 预紧力产生的摩擦扭矩：根据设计要求可知：Y向工作台运动台为V=1mm/s，对应电机转速，初定最大加速度为则工作台速度从0升至10mm/s所需要的时间：当电机转速从升至时，气负荷扭矩：3.8.5 电机总扭矩：所以选择电机额定转矩为，大于计算电机总扭矩3倍以上。所选择电机扭矩符合要求。3.9 Z轴滚珠丝杠的设计本设计要求在10分钟内完成绕线，初定U轴转动1次中间间隔需12s，U轴共需转5次，绕线绕10匝，绕一个线圈的用时为90s，绕1匝需要9s，U轴转一下需要0.5s起绕点比铁芯高，最低点地出铁芯，防止绕线是干涉U轴，所以Z运动台的行程为：所以Z轴向移动的速度为：3.9.1 确定滚珠丝杠副的导程根据电机额定转速和Y向滑块最大速度，计算丝杠导程。Y向运动的伺服电机初定60CB020C-010000，电机最高转速为3000rpm。电机与滚珠丝杠通过联轴器相连，传动比为0.99。Y向最大运动速度60mm/min。则丝杠导程为：mm实际取，可满足速度要求。3.9.2 滚珠丝杠副的载荷及转速计算 滚珠导轨承重时的华东摩擦系数最大为0.004，静摩擦系数与摩擦系数差别不打，此处计算气静摩擦系数为0.006，则导轨静摩擦力：式中： M，一块连接板1、线嘴套装质量，经计算M为1.5kg. f导轨滑块密封阻力，按2个滑块，每个滑块密封阻力5N. 由于Z向运动台运动缓慢，基本接近匀速，气阻力主要来自于导轨、滑块的摩擦力，则有：滚珠丝杠副当量载荷： 滚珠丝杠副的当量转速： 3.9.3 滚珠丝杠副预期额定动载荷 按滚珠丝杠副的预期工作时间计算式中： 当量转速 预期工作时间，精密机械选择15000小时 负荷系数，平稳无冲击选择=1 精度系数，2级精度系数选择=1 可靠性系数，一般选择=1 按滚珠丝杠副的预期运行距离计算式中： 预期运行距离，一般选择 按滚珠丝杠副的预最大轴向负载计算式中： 预加负荷系数，轻预载时，选择=6.7 丝杠副最大载荷3.9.4 估算滚珠丝杠的最大允许轴向变形量初定Y向运动的重复定位精度要求为0.005mm，则3.9.5 估计算滚珠丝杠副的螺纹底X根据Z向运动形成为500mm，可计算出两个固定支撑的最大距离： 按丝杠安装方式为轴向两端固定，则有丝杠螺纹底X：式中： 导轨静摩擦力，=10.0882N 滚珠螺母至滚珠丝杠固定端支撑的最大距离，=605.6mm则有：3.9.6 导程精度的选择根据Z向运动的定位精度要求达到0.005mm/1000mm，则任意300mm，长度的导程精度为0.0015mm。3.9.7 确定滚珠丝杠副规格代号 图 3.8 滚珠丝杠规格代号表按照丝杠、选择内循环双螺母式滚珠丝杠，型号为FFZD1204-3，精度等级2级，丝杠基本导程=4mm，丝杠底X=17.5mm2.820mm，外=19.3mm，公称直顶X=20mm，额定动载荷=53000N，额定静载荷=121000N。3.10 Z向运动台电机选择条件：选择伺服电机驱动，伺服电机选取CB系列60CB020C-010000，其功率为0.2KW，额定转矩为0.64Nm，电机惯量为。一块连接板A、线嘴套装质量，经计算M为1.5kg。3.10.1 外部负荷的转动惯量丝杠部分的转动惯量： 外部负荷的负荷转动惯量：则有：加载电机上的转动惯量： 3.10.2 外部负荷产生的摩擦扭矩： 式中： 滚珠丝杠副的导程未预紧的滚珠丝杠副的效率（2级精度=0.9）外加轴向载荷，含导轨摩擦力，其中喊切削力为03.10.3 预紧力产生的摩擦扭矩：式中： 滚珠丝杠副间的预紧力，3.10.4 预紧力产生的摩擦扭矩：根据设计要求可知：Y向工作台运动台为V=11.25mm/s，对应电机转速，初定最大加速度为则工作台速度从0升至10mm/s所需要的时间：当电机转速从升至时，气负荷扭矩：3.10.5 电机总扭矩：所以选择电机额定转矩为，大于计算电机总扭矩3倍以上。所选择电机扭矩符合要求。3.11 联轴器的选择表3.7 工作情况系数工作机原动机分类工作情况及距离电动机，汽轮机四缸和四缸以上内燃机双缸内燃机单缸内燃机1转矩变化很小，如发电机、小型通风机，小型离心泵2.22转矩变化很小，如透平压缩机、木工机床、运输机2.43转矩变化中等，如搅拌机、增压泵、有飞轮的压缩机、冲床2.64转矩变化和冲击载荷中等，如织布机、水泥搅拌机、拖拉机2.85转矩变化和冲击载荷大，如造纸机、我挖掘机、起重机、碎石机3.26转矩变化大并有强烈冲击载荷，如压延机、无飞轮的活塞泵、重型初轧机4.0考虑到绕线机绕线机工作所需的功率不大，故选择额定功率较小的电机，电机的额定转矩是， 同步转速是84.375rpm，额定功率为0.2kw。电机输出转矩为： 选择联轴器要考虑以下几点：1）所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲减振功能的要求。2）联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小。3) 两轴相对唯一的大小和方向。4）联轴器的可靠性和工作环境。5）联轴器的制造、安装、维护、和成本。综上几点，选择平键套筒联轴器，它不仅拆装方便 维护简单、成本低，具有良好的综合性能，适用中小功率传动。联轴器的转矩计算：式中： 公称转矩， 工作情况系数 考虑到转矩变化很小，故选=1.3，则：按照计算转矩应小于联轴器公称转矩，最大转速小于额定转速的条件，查机械设计手册选择平键套筒联轴器，轴直径d(H7) = 14mm，许用转矩/(Nm)为71， ，紧定螺钉GB73-85，综上几点，选择平键套筒联轴器，它不仅拆装方便、维护简单、成本低，具有良好的综合性能，适用中小功率传动，型号为GB-1184-80 。3.12 刚度的计算与验证 当负载方向不发生变化时，轴向刚性不影响定位精度，所以不需要进行刚度计算及校核。 因为X向运动台移动非常缓慢，Y向运动台不动，所以不需要进行刚度计算及校核。 下面是对Z向运动台的丝杠进行刚度的计算及校核。 当滚珠丝杠机构用于对定位精度要求很高的场合时，为了确保滚珠丝杠机构的定位精度，需要队丝杠熊的各个部分刚性进行均衡的设计，并对系统刚性最后进行校核、确认3.12.1 丝杠的强度计算 丝杠刚度因为安装方式的不同而差异很大，常用安装方式有以两种：固定支承安装或固定自由安装 固定固定安装 本设计用的是 固定支承安装自由安装所以有式中：杨氏弹性模量（队丝杠材料） 丝杠沟槽最小直径所在剖面的面积，d=14mm 丝杠安装间距，L=570mm3.12.2螺母刚度计算 本设计中螺母无预压，所以制造商通常在尺寸表上都给出了施加相当于30%额定动载荷时的理论轴向刚度值，除此情况外的刚度值为 式中：螺母轴向刚度， 在尺寸表中给出的世家相当于30%额定动载荷时螺母理论轴向刚度值，查表3.7得 螺母额定动载荷=74.204N 轴向载荷（两个滑块的重量1kg及线嘴套装的重量0.5kg，=1.5kg）3.12.3 丝杠系统实际轴向弹性位移量丝杠系统的实际轴向位移量大小为式中：丝杠系统的实际轴向染性位移量丝杠承受最大轴向载荷丝杠体统的轴向总刚度丝杠体哦那个的轴向刚度大小为其中 丝杠轴向刚度螺母轴向刚度 即，丝杠轴向弹性位移量小于系统允许的轴向弹性位移量，所以符合刚度。4. 底座、旋转轴支架结构设计4.1 旋转轴的设计进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。对于仅仅（或主要）承受扭矩的轴，应按扭矩强度条件计算；对于只承受弯矩的轴，应按弯曲强度条件计算；对于既承受弯矩又承受扭矩的轴，应按弯矩合成强度条件进行计算，需要时还应按疲劳强度条件进行进度校核。此外，对于瞬时过载很大或应力循环不对成性较为严重的轴，还应按峰值载荷校核其静强度，以免产生过量的塑性变形。本设计在绕线过程中，旋转轴没有承受弯矩，因为绕线缓慢，承受的扭矩非常小，旋转轴只收一个漆包线的拉力，所以不需要对轴进行强度校核计算。图4.1 旋转轴受力图4.2 滚珠丝杠导轨的设计4.2.1 分类介绍：先说明一下，本文所说的直线导轨均指滚动直线导轨。种类按滚动体类型分有滚珠导轨滚珠、滚柱导轨，前者包括交叉滚珠导轨，而交叉滚柱导轨则可归于后者。按形状分有方轨（截面尺寸大致呈等边矩形）和扁轨（截面尺寸大致呈扁平的矩形），不说明的一般指方轨，扁轨的官方称呼是微型滚珠滑轨。按制造结构分又可分成2排滚珠（或滚柱，下同）导轨、4排滚珠导轨等等。图4.2 导轨示意图4.2.2 分类及编排介绍目前直线导轨市场标准化程度相对比较高，除某些日本品牌之外多数种类各品牌之间可以替换，这也整个传动机械产品市场的趋势。各厂家大致的型号编排规则有两类，一类是欧系，一类是日系，前者以德系产品为代表，编号比较复杂，主要是字母和数字混合编号，但是数字含义比较复杂，有的就干脆全是数字，中间以点号隔开，比如：23.1。日系产品以日本产品为代表，编号相对简单一点，大致方式也是字母和数字，一般前面是数字，表示产品系列，后面的数字表示相关规格尺寸，例如轨的宽度、长度、滑块数量等，再后面的字母表示其他如形状精度等指标。上述描述是指大致编号原则，具体型号请参阅该品牌产品样本。4.2.3 选型基本规则（1）优先性能而不是价格：满足设计要求应是用户首先考虑的目标，然后找到恰当的供应商获得相对低价才是正途。机械产品特别是零部件行业极少有暴利情况，除高端品牌外如果忽略渠道因素你基本可以认为价高质优。（2）优先选择产品类型而不是品牌：作为用户，自豪于忠于某个品牌是愚蠢的，在适当的时候适当的场合选用不同品牌的产品十分必要。（3）优先考虑标准型号而非特殊型号：每个厂家的样本都会在同一个产品下列举很多规格，但实际上可能大部分都不生产或供货期很长，所以，非必要不要选用非常规规格，以避免在订货、交货期、维修等环节造成困扰。（4）优先考虑该品牌的持续供货能力而非单规格或单个订单：不要轻信任何厂家的打折促销（详见上海某某米网站广告：新用户打7折），导轨不是酱油，没有酿造和勾兑的成本区别。（5）在确定型号前先询问供应商：不要过于相信厂家样本，如果你仔细找一找，大概会在封底或封3最下边的某处看到这样的文字：“本型录中所有参数仅供参考，我们会尽量使其正确但不能承诺完全无误。同时本公司保留未经预告便可更改产品参数的所有权利”，什么意思？你照这个样本买的东西可能和样本上的不一样，并且人家还可以不负法律责任。当然一般出现这样的问题人家会给你换，但耽误的时间是用户的。所以在选型时就和供应商及时沟通是必要的。4.2.4 选型步骤和参数考量：1、确定轨宽。轨宽指滑轨的宽度。轨宽是决定其负载大小的关键因素之一，四排滚珠（也有部分两排珠的）的方轨现货产品一般有15、20、25（23）、30（28）、35（34）、45、55（53）、65（63），某些品牌最大只生产到45规格，有些小厂家可能只到30。期货产品也有85、120等，但大部分厂家不生产。扁轨（微型滑轨，基本是两排滚珠）规格有3、5、7、9、12、15，上述6个规格又各有一个宽型规格（滑轨宽度是标准型的2倍，其中15型滑轨的安装孔是2列），一共12种，但是有些厂家不能生产7以下的型号，具体请咨询该品牌供应商。注：（）中是实际轨宽。2、确定轨长。这个长度是轨的总长，不是行程。全长=有效行程+滑块间距（2个以上滑块）+滑块长度滑块数量+两端的安全行程，如果增加了防护罩，需要加上两端防护罩的压缩长度。需要注意的是，事先问清楚该品牌该规格导轨整支的最大长度，超过这个长度是需要对接使用的。多数厂家整支长度最大是4000（微轨一般是1000），有些是3000，这和厂家的加工设备有关。需要对接并且用户想事先在机器上加工安装孔的情况下最好提供接口图纸。另一点请特别注意，导轨上的安装孔孔间距是固定的，用户在确定轨长时要注意位置，例：15的轨，长600。如果不告诉供应商需要的端部尺寸，一般到货的状态是10个安装孔，导轨两端面到各自最近的安装孔中心的距离是30、30，但也有可能是其他尺寸。各品牌对端部尺寸的出货规定略有差异，多数是默认两端相等。还有一点，导轨的长度误差，一般品牌默认2000以下12mm，20004000的23mm，如果用户要求比较精确，最好在订购合同上注明误差值或提供图纸。这种情况供应商可能会收取附加加工费。图4.3 运动组件示意图3、确定滑块类型和数量。常用的滑块是两种：法兰型，方形。前者高度低一点，但是宽一点，安装孔是贯穿螺纹孔，后者高一点，窄一点，安装孔是螺纹盲孔。两者均有短型、标准型和加长型之分（有的品牌也称为中负荷、重负荷和超重负荷），主要的区别是滑块本体（金属部分）长度不同，当然安装孔的孔间距也可能不同，多数短型滑块只有2个安装孔。滑块的数量应由用户通过计算确定，在此只推荐一条：少到可以承载，多到可以安装。滑块类型和数量与滑轨宽度构成负载大小的三要素。4、确定精度等级。任何厂家的产品都会标注精度等级，有些厂家的标注比较科学，一般采用该等级名称的第一个字母，如普通级标N，精密级标P。有些厂家以1、2、3、4、5表示精度从高到低，也有反过来的，总之以把客户弄糊涂为原则。用户若质疑其精度，可以查阅样本。精度是个综合概念，一般由滑块基准侧面相对同侧滑轨侧面的行走直线误差、组合高度误差，滑轨侧面至滑块基准侧面宽度误差、成对高度误差以及成对宽度误差构成。对于多数产业机械，普通级精度可以满足要求，高一点的就选H级，数控机床等设备以选择P级常见，其他超精密机械选择SP（超级精度）、UP（顶级精度）为宜。后面3个等级需要苛刻的安装、使用条件才能展示其性能。5、确定其他参数除上述4个主要参数外，还有一些参数需要确定，例如组合高度类型、预压等级等。组合高度类型主要有2类：高组装型和低组装型，顾名思义，高组装型的组合高度（滑轨的底面到滑块的顶面）要高一些，而低组装型要低一些，视规格大小差异在27mm之间，造成这个差异的原因是滑块高度尺寸不同，一般与滑轨无关（也有部分品牌轨和块均不同）。这两种类型对导轨副其他参数影响不太。我提示两点：一是高组装型多数品牌现货供应，低组装型可能备货较少，考虑到以后损坏的订货时间，尽量选前者。二是高组装型的滑块一般会比低组装型的贵一点点。4.3 导轨的具体数值 具体数据属下图所示，导轨重量为7千克（带滚珠丝杠和固定板）。型号为HGR10-R500-H。图4.4 导轨具体数据图4.4 连接板组件的设计 为了使绕线精确，在每个运动台上加一块固定板，材料是铝合金，重量1千克，如下图所示。图4.5 导轨固定板在X向运动台和Z向运动台间有两种连接板，分别是连接板A和连接板B，连接板1在X向运动台上固定，连接板2在连接板1上固定，连接板A需要1块，连接需要2块，如下图所示的方式连接两种板块。图4.6 连接板1图4.7 连接板25. 电机转子绕线机PLC设计5.1 三坐标轴运动台动作分配在绕线过程中，X向工作台、Y向工作台、Z向工作台和U旋转轴都要紧密配合。本设计规定在10分钟（600秒）内完成一个转子的绕线，下面按设计要求分配各个运动台的运行时间。X向运动台：X向运动台在绕线过程中运动缓慢，先沿X正向移动10mm，用90秒完成，再向X负向移动10mm，用12秒完成。整个绕线过程中，X向运动台需要沿X正向移动6次，沿X负向移动5次。Y向运动台：在本次设计中，Y向运动台是不做任何移动的，所以没有分配它的运行时间。Z向运动台：Z向运动台在绕线过程中是运动最快的一个运动台，他要不停的移动，保证绕线的完成。Z向运动台起点在转子正上方10mm处，先沿Z轴向下移动45mm，用4秒完成，完成移动后，停顿0.5秒，让U旋转轴顺时针转动60；然后Z向运动台沿Z轴向上移动45mm，用4秒完成，完成移动后，停顿0.5秒，让U旋转轴逆时针旋转60。绕线绕1匝需要9秒，一个线圈需要绕10匝，共6个线圈。图5.1 Z坐标起点5.2 旋转轴的动作分配在绕线过程中，U旋转轴上固定着转子，旋转轴带着转子转动。绕线开始时，旋转轴先停顿4秒，让Z向运动台移动，之后旋转轴沿顺时针方向旋转60，用0.5秒完成，然后在停顿4秒，让Z向运动台移动，之后旋转轴沿逆时针方向旋转60；一个线圈绕10匝，所以以上的动作要完成10次。10匝完成后，旋转轴沿顺时针方向旋转60，到下一个线圈停止，用12秒完成。 第二个线圈旋转180，第三个旋转120，第四个旋转180，第五个旋转120，第六个旋转180。以下为Z向运动台与U旋转轴的动作配合图。图5.2 绕线起始点 图5.3 绕线左最低点图5.4 绕线右最低点 图5.5 绕线终止点5.3 PLC程序5.3.1 程序梯形图转至第2个线圈的部分程序 转至第3个线圈的部分程序转至第4个线圈的部分程序转至第5个线圈的部分程序转至第6个线圈的部分程序 5.3.2 程序脉冲数和脉冲频率的确定 查表得伺服电机单脉冲数为200，所以得以下数据： (DRVI 500 125 Y001 Y003) (DRVI -500 75 Y001 Y003) (DRVI -2250 3164 Y002 Y004) (DRVI 2250 3164 Y002 Y004) (DRVI 300 250 Y006 Y008) (DRVI -300 250 Y006 Y008) (DRVI 300 750 Y006 Y008) (DRVI 300 500 Y006 Y008)5.4 程序梯形图参考文献1 赵松年.机电一体化系统设计M.北京:机械工业出版社,2004.2 何立民.单片机应用系统设计M.北京：北京航空航天大学出版社,1996.3 余永权.FLASH单片机原理及应用M.电子工业出版社,1997.4 霍孟友.新型自动绕线机设计.机械与电子1999,(6).5 BazerguiA.Com pres sibil it y and compliance of spiral-wound gaskets.Proc 3rd Int Conf Press Vess Tech， A SME, Tokoy, April 2009, 1831916 绕线机单片机控制系统的设计与开发D .中国农业大学硕士学位论文7 方天红.全自动绕线机单片机控制系统的设计与开发J.沈阳工业学院学报，2004，23(3).8 王宏华许大中.开关型磁阻电动机转子位置检测技术J.电工电能新技术,1996,(3):48-53.9 詹琼华王双红.开关磁阻电动机电容式位置检测技术J.电工技术学报,2003， 21（7）：121410 Acarnley P P, Hill R J and Hooper C W. 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Rizwan KhanAbstractThe control principle of series 6 15 winding machine produced by GECOOPERATION was analyzed and its rebuilt control system was also given. The old system had many defects and could not be generally used. The aim of rebuilding was mainly at the electricity control unit and its software. The new control system was composed of a personal computer, a set of PLC system, alternating servo system, and etc. The PLC system was the kernel of the control system. The PLC system consisted of CPU module, high-speed counter module, A/D module,D/A module, and communicating module. The system included 6 units, which were controlled by reading the count of the optical-code disk. Other control systems can also benefit from the controlling principle and technique presented in this paper. A new designed thought of a rebuilt winding machine control system can be obtained at the same time. 1. IntroductionWinding machine was a special device which was made by coil electrical capacitor components, playing an important role in making electrical capacitor.However, national manufactures had to invite foreign experts to improve it insufficient technology at an expensive cost, because the equipment was introduced from abroad. Long ago, being lake of technical support, other control systems can benefit from the technique and controlling principle presented in this paper. The new control system consisted of a personal computer, a set of programmable logical control (PLC)system,alternating servo system, and etc. The PLC system consisted of CUP module, and communicating module.The system included 6 units(eg.beginning, perforating aluminum foil, cutting off the foil, indexing, loading off the unit, and automatically feeding the material),which were controlled by reading the count of the optical-code disk.2. Analysis of Original Control SystemThe old winding machine consisted of machine noumenon, driving system and control system. The driving system had two units: one was the machine driving system which was specialized mainly in winding the membrane kernel of electrical capacitor,the other was the barometric driving system which was used to help the winding process. The control system was mainly an electrical control system.2.1 Machine-driving systemTwo systems made up of the machine driving system, the rotary motion system in winding process and the index system, being used after the winding of one component.Its two units were a belt pulley drive and gear driveThe rotary motion of chief axis electric machine drove the belt pulley on middle-axis and the gear moved at the same time through the slaving driving of the belt, The slaving driving of the gear drove reel to revolve: Trough the above two process, the winding membrane core of electrical capacitor.The middle axis was fixed. The reel and standby reel were arranged at 180 ，being opposite to the middle axis Index driving system was used to down a winded component, so that the component quit in the next process, at the same time, an unfinished reel was turn up so that next component would be winded. The system composed of chain driving and planet driving.It was easier to use the planet driving in index between the zeel and standby gear In the process of indexing, the revolving of index electric machine drove axis chain.And the slowing driving chain makes the outside wheel of the planet driving gear move,but the gear of middle axis was blocked still by the pneumatic mechanism. Thus the gear on the reel and the gears on the standby axis revolve, so that the up-and-down index between the reel and standby axis was finished.2.2 Electric control systemThe old electric control system was made up of the special control engine producedby GE cooperation and speed governor, The composition of the system was represented as Figure 3.Through the test of button signal of operating board, sensor signal of various photo-electricity and the pulsed signal of reel optical-code disk, the special control engine could control the winding process the whole winding machine such as the automatically feeding the material, beginning, regularly winding membrane: perforating aluminum foil, cutting off the foil, stopping winding, indexing, loading off the winded unit.The control engine was no longer produced since it was just for the products of GE in 1980s.So it was hard to repair when the hardware was destroyed, Whats more, the special software of GB, BASIC program composition was not in common use any more and it had the following short comings:1. Hard to understand2. One-track controlling program3. Failing to be preserved, necessary to rein put the program each time you open,4. Additional battery needed to preserve, inconvenient, as components parameterpreserved in RAM of control engine5. No preserve of working data.3 Rebuilt Control System3.1 Rebuilt planThe function of old machine and pneumatic system was proved to be good. There built focused on electric control system. The composition was showed in Figure 4.The master-slave control system was composed of PC and PLC system.3.2 Control principleThe input and amendment of production data was finished by a PC screen.The PLC system was the core of this control system, being responsible for the whole control, including CPLT module, high-speed counter module, A/D module, D/A module and communicating module, The whole process included analog quantity ring-closure control and sequential control of switching quantity.3.2.1 Analog quantity ring-closure controlThe ring-closure control included feeding back control of speed analog quantity and winding ring number analog quantity. As it was showed in Figure5,It consisted of PC,PLC system(PLC,A/D, DA, counter, etc )alternating servo system, alternating current machine and corresponding reducing gear.Through the communication between communicating module and PC, the data was input into internal storage of PLC or read by PLC. By the fixed reading speed of A/D module, and connection between D/A module and I/O end controlling the alternating servo system, the initiate and thermal and speed adjustment of the chief axis electric machine was controlled. The speed and circle number of capacitor were controlled by the slaving of the belt wheel and gear.3.2.2 switch order controlAccording to the ordered program and set parameters, and also according to the regulated man-made process, controlling device, through identifying the opera disk and the symbol of light and electricity sensor, controlling valve, contact component, clutch，arrester component and so on as controlling component, as a result, PLC finished the winding of capacitance.4. Software System4.1 Personal computer softwarePC program was programmed by VC+6.It mainly included background monitor program and communicator.4.1.1 Background monitor programBackground monitor program consisted of product parameter setting winding procedure parameters setting and winding machine remotely controlling.Component parameter setting interface just like M-6, there could add, modify and save component parameters in this interface.Winding procedure parameters settings interface, it mainly showed component number, scroll speed, the number of now-working component and total component number, and there added an button for downloading component parameters.The remotely control command send from PC could be replaced by manual operation, pushing button on operating panel, it was very convenient to operate.4.1.2 communicatorIf PC and PLC communicated with each other, they must content the condition under lies:1 PLG which had the asynchronous communication interface could communicate with PC which had asynchronous communication adapter, and it required they must take the same bus standard. Communication could be controlled by FXZN-232-BD module outside between PC and PLC; through KS-2320 half port.2. Their initialization made their baud rate, stop number of bits, parity code in the same.3. It should be very strict to program PC communicating program, according PLC communication protocol 2 and 3 required clarify the communicating of PLC, which had clear meaning in , Here neednt to explain.Data field would be installed in stipulate number, PLC would peek from this data field directly,also, PLC would write winding procedure parameters, such as speed and the number of component into the corresponding data filed, the computer would peek the needed number from this field; the remotely control of PC was achieved by communicator which force PC to made the corresponding in PLC be settled.On the basis of PC command, PLC would organize to answer automatically after scanning the END statement in stop bit of each circulate, it neednt to write the program in PLC.In order to pledge the integrity of component parameters, PLC must read the new component parameters after PC haying sent all the component parameters, then produced component in this parameters. So, we defined communication handshaking protocol, which depended on two data registers, D592 and D594, in PLC. If D592 was installed by PC: When D592 =0, it mean PC was sending date to PLC; when D592=1, it mean PC had sent all the date, then PLC could peek. If D529 was installed by PLC;when D594=0, it mean PLC was reading the dates; WHEN d594=1, It mean PLC had finished peeking the dates, then PC could send dates.4.2 PLC softwarePLC was the core hardware of the whole controlling system and PLC was also the key of the whole controlling system software, winding site was finished mainly by PLC soft command. Main program running process just like Figure 7 shows.5. ConclusionsRebuilt equipment ran very dependably, and it was operated very conveniently,compared with the original soft therere some advantages:1 .Program was made into the form of installation software, which could be installed directly.2. Soft interface was graphic interface, it was easy to operate.3. Program had log-in the system, it neednt to feed-in the program again when turn on the equipment.4. It neednt to add the outside battery to keep the present produced component parameters and working date in FLASH RAM. (kept without electric) of PLC, it was very convenient.5. The component feed-in each time could be sewed as date-base, it could be easily called in without put in once more next time.It only totally cost under 5% of the equipment, which had real significance, the rate of put into and produce was very considerable. At the same time, a new designing though of rebuilt winding machine was obtained, the technology used there and control system can benefit from the technique and controlling principle presented in this paper.中文翻译绕线机控制系统作者：
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