关 键 词：

立式 高速 自动 绕线机 设计 CAD

资源描述：

立式高速自动绕线机的设计含7张CAD图,立式,高速,自动,绕线机,设计,CAD

内容简介：

附录一材料加工技术杂志140（2003）211-216.精密光学产品虚拟加工的数控工具WB.Lee,D.Gao*,C.F.Cheung,J.G.Li工业和系统工程系，香港理工大学，HungHom，香港，香港，中国公共关系摘要在本论文中，提出了超精密金刚石车削的虚拟加工系统（VMS），并讨论了该系统中数控刀具轨迹编译器的功能。区别于基于刀位数据文件的商业CAD/CAM软件，本文所开发的虚拟加工系统是基于数控程序开发的。在该系统中，采用实际机床的数控程序来控制虚拟机床。数控刀具轨迹编译器包括词法和词义分析，语法和语义解析，驱动代码生成等几部分。本文以制造衍射透镜的模具衬垫作为研究实例，阐述了所开发的虚拟加工系统的性能。关键词：虚拟制造，数控刀具轨迹，金刚石车削，光学产品引言虚拟制造（VM）是一项新兴技术，区别于对实物的真实操作，该技术包含了建模，模拟和人工智能等计算机制造活动1。最近几年来，许多研究工作2-9一直致力于研究虚拟加工的框架，图形界面和可视化算法。实际生产前的模拟可以提高生产效率。已做的研究工作为优化生产活动，提高生产效率提供了工具。但很很好有人注意到数控刀具轨迹编译有助于数控机床的数控代码在执行前被验证。数控刀具轨迹编译器是虚拟加工系统中最重要的功能模块之一。本文中的虚拟加工系统应用于超精密金刚石车削光学产品，本文详细讨论了该系统中轨迹编译器的设计。2虚拟加工系统和虚拟加工系统的优势超精密光学产品的传统设计和制造方法2如图1（a）所示。在图1（a）中，设计、原型、评价的过程在本质上是个迭代累试的过程。这些步骤不仅昂贵，而且费时。在虚拟加工中，产品从设计到实际投入生产的过程中，设计和资源优化的可行性可以先于任何制造资源、任何昂贵的废料产生前被给予考虑（图1（b）。（a）超精密光学产品的传统设计和制造方法（b）超精密光学产品的虚拟加工设计和制造方法图1精密光学产品的传统方法与制造方法的比较图2所示为虚拟加工系统的功能模块，该虚拟加工系统应用于金刚石精密切削光学产品。首先将光学产品的技术要求设计导入到光学产品的设计与最优化功能模块，使用如ZEMAX软件包等的计算机辅助光学设计软件设计光学产品的技术要求。然后数控程序生成功能模块使用如刀具轨迹生成器（TPG）软件包等的计算机辅助软件生成该光学产品的数控程序。该数控程序在数控刀具轨迹编译功能模块被验证。如果在数控程序中有任何词法和语法错误，错误信息会反馈到数控程序生成功能模块，从而修改该数控程序。这一过程将一直继续到没有错误存在。驱动虚拟单点金刚石切削（SPDT）的命令代码也在此时产生。在虚拟的单点金刚石切削模块中，执行三维（3D）图形仿真；评估切削用量，例如切削速度，主轴转速和切削深度。像干涉和碰撞这些切削错误会在该模块中被检测到。如果有干涉或碰撞发生，那么将重新设置切削用量或者修改数控程序。在虚拟检测功能模块中，已加工的虚拟透镜被给予评价。该评估结果反馈到光学产品设计和最优化功能模块，用于改善透镜的设计，直到获得满意的透镜。最后，合格透镜的设计和制造信息被输出到实际的生产过程。即迭代的设计、加工、评估过程完全由虚拟加工系统所完成，而没有任何废料产生。虚拟制造方法的主要过程示意图如图3所示。图2虚拟加工系统的功能模块图3虚拟教工的主要过程示意图3虚拟加工系统中的数控刀具轨迹编译模块数控程序的生成主要是通过两个模块：一个模块是计算机辅助制造（CAM）模块，CAM模块根据所设计的零件、刀具路径计算出刀具的运动轨迹；另一个模块是机床控制器独立刀具位置数据（CLDATA）文件的输出结果，刀具位置数据文件在数控后处理模块中产生，用于运行具体的数控程序的文件。这两个步骤依旧涉及大量的人为干预和指导。在数控程序中始终有可能存在错误，如出现意外事故，词汇错误，语法错误，加工参数错误，刀具和夹具之间的干涉等错误。尽管像Unigraphics和MASTERCAM等的商业CAD/CAM软件可以执行刀具轨迹模拟，但是他们往往是根据刀具位置数据文件。本文中所开发的虚拟制造系统是基于数控程序的系统。在虚拟加工系统中，真实机床的数控代码控制机床三维图形模型运动。数控加工刀具轨迹编译器通常负责检查数控程序和计算用来驱动虚拟机床的驱动命令代码。刀具位置编译（CLT）的实施是很简单的，而且刀具位置数据文件直接提供了刀具位置。此外，这些刀具位置数据文件没有语法和语义错误。然而因为数控刀具轨迹编译器包括词法和词义分析，语法和语义解析，驱动代码的产生等功能，所以数控刀具轨迹编译的实施比刀具位置编译要困难的多。图4所示为拟议的数控刀具轨迹编译器的框架。它由三个主要部分组成。第一部分是预处理器，它是用来进行预处理工作的，如省去评论和空格有助于阅读。但是预处理器不负责驱动机床运动。第二部分主要是由词法分析仪和语法分析器组成，它们分别检查数控程序中的词汇和语法错误。每当需要新的口令时，语法解析将调用词法分析仪，然后词法分析仪将返回给语法分析器和该口令相关的词位。数控刀具轨迹编译的第二部分将逐句地检查数控程序。在数控程序中，如果有任何词汇或语法错误被发现，该数控系统不仅会报告错误的位置和类型，而且会给出一些纠正错误的建议。该数控编译的第三部分是基于数控程序对切削轨迹进行插补。第三部分将输出刀具位置信息的同时输出机床状态，例如机床的主轴转速，刀具号，冷却条件等。第三部分有助于驱动虚拟机床。图4数控刀具翻译的骨架3.1.词法分析仪和语法解析器（LASP）设计词法分析仪和语法解析器是为了检查数控程序中的词法和语法错误。词法分析仪和语法解析器的工作流程说明如图5。词法分析仪首先从数控程序中读取数控代码（被命名为块），然后按单刀金刚石切削G代码的标准符号表逐句检查NC代码。如果有像字符错误、地址错误这样的词法错误被发现，计算机屏幕上将会显示出错误以及错误所在的位置，同时将错误报告保存。接下来，将已分析过的数控块输入到语法解析器模块，在语法解析器模块中检查NC程序的语法错误。如果发现有例如错误的主轴速度，错误的刀具号等语法错误，那么错误和错误的位置也会显示和保存。词法分析和语法解析的过程将一直重复分析其他的数控块，直到分析完所有的数控程序中所有的数控块。如果分析和解析的结果表明，程序中仍然存在某些错误，数控程序应当再次被纠正和编辑。直到在该数控程序没有发现任何错误，如上所述的编辑过程才停止重复。最后，已校正的数控程序将进入下一部分，从而生成驱动代码。图5词法分析仪和原发解析器的工作流程图3.2.虚拟单刀金刚石切削的代码生成器数控程序是一个用于控制数控机床工作的指令集。该程序包括一些块，这些块包含块编号、预备功能、坐标值、进给功能，主轴功能、刀具功能、辅助功能等的信息。代码生成器的作用是根据数控代码找出相关信息用来驱动虚拟机床。G代码通常被分成不同的组。不同组的G代码可以被同一个块多次调用。除非这些被分组的G代码在同组中被代替，否则分组后的G代码都是模块化且一直有效的。其他的G代码只有在指定的块中有效，也并非模块化的。在这个虚拟加工中，G代码由下面的结构（classCGCommand）代表，如图6所示。在数控程序中，classCGCommand结构方便了G命令的校正过程。图6classCGCommand的结构图7所示是带刀具半径补偿的刀具轨迹插补说明图。实线代表着工件的轮廓，虚线代表刀具轨迹。结果表明，在计算机的缓存中同时需要两个块的信息，用来计算点2附近的补偿值（点2是工件的角点）。图7带刀具半径补偿的刀具轨迹插补图8所示是生成虚拟单刀金刚石切削驱动代码的过程。已模块化的G代码和一些像X、Z这样的词，通常在最开始被写入，并且除非它们被改变，否则在以后的数控代码中它们将被省略。为了能在计算机中执行刀具轨迹的插补，应按照块结构的格式填写数控代码。计算机同时读入两个块，从而进行带刀具半径补偿的刀具轨迹插补。为了确定点2和点3的坐标，以及以何种方式对在点2附近进行刀具轨迹插补，需要预处理块2和块1。块1是基于SPDT机床控制规范的刀具轨迹插补计算，详细说明见图9。所求插补结果用来驱动虚拟机床。图8生成驱动代码的过程图9执行块1的过程4实例研究在本论文中，插入一个衍射透镜模具衬垫的制造作为实例，用来说明VMS中数控刀具轨迹编译模块的性能。图10是衍射透镜模具衬垫的设计技术要求。根据此设计技术要求产生待加工模具的数控程序。加工模具衬垫之前，在所开发的虚拟SPDT系统中验证数控程序和模拟衬垫的可加工性。图11所示是数控程序的检查结果。图11（a）是在NC程序中有语法错误的情况。检查结果不仅指出错误的位置和类型，而且建议出纠正方法。图11（b）所示是没有任何错误的数控程序的检查结果。图12（a）所示是被模拟的刀具轨迹，图12（b）和图12（c）所示是被加工模具衬垫的2维和3维模型。它们均表明数控刀具轨迹的编译可以有效的履行其职能。图10模具衬垫的设计技术要求图11数控程序的检查结果5结论本文阐述了一种概念性的超精密金刚石车削的虚拟加工系统，并详细讨论了虚拟加工系统中数控刀具轨迹编译器模块。数控刀具轨迹编译器包括词法和词义分析，语法和语义分析，驱动代码生成等部分。由于所开发的虚拟加工系统是由数控程序控制，所以可以在实际生产之前确保数控代码的正确性。通过引用实例（衍射透镜模具衬垫的制造）说明数控刀具轨迹编译器的性能。模拟仿真结果表明，数控刀具轨迹编译功能可以有效的发挥其职能。（a）刀具轨迹（b）加工衍射透镜的模拟结果（c）已加工模具沉淀的三维模型图12加工衍射透镜的模拟结果感谢作者在此表示诚挚的感谢驻中国香港特别行政区的研究资助局对本项目的财政资助。17参考文献1M.Onosato，K.Iwata.通过集成产品模型和工厂模式对虚拟制造系统的开发.机械工程研究所，42（1），（1993）475-4782C.F.Cheung，W.B.Lee.金刚石精密的虚拟加工的检查系统的框架.J.Mater.Process出版社.119（2001）27-403岩田光，米小野里，光寺本，第大崎.虚拟制造虚拟加工系统作为集成制造资源的先进信息基础.机械工程研究所.46（1）（1997）335-3384K.I.Lee，S.D.Noh.虚拟制造系统工程活动的测试床.机械工程研究所.46（1）（1997）347-3505S.Ho，S.Sarma，Y.Adachi.刀具和环境之间的实时分析与干预.电脑辅助设计.33（2001）935-9476Y.C.Chung，J.W.Park，H.Y.Shin，B.K.Choi.广义数控加工的表面建模.计算机辅助设计.30（1998）587-5947C.L.Liu，D.M.Esterling，J.Fontdecaba.运用扩展四叉树法对数控加工型材的尺寸校核.计算机辅助.28（1996）845-8528D.Blackmore，M.C.Leu.凸线辊形包络线微分方程的算法及其在数控加工应用中的验证.计算机辅助设计.29（1997）629-6379W.B.Lee，C.F.Cheung，J.G.Li.，材料加工中的虚拟制造应用J.Mater.Process出版社.5054（2001）1.8附录二一、选题依据1.研究领域工程实践2.论文（设计）工作的理论意义和应用价值（1）当今，高速加工制造技术已经是世界制造业的主流技术，世界范围内的机械 设备日益向高速、高效、高精度和自动化方向发展。机电设备研发阶段已经运用了现 代辅助设计与分析方法，特别是有限元方法大量运用在机电设备研发中。有限元方法 是一种求解复杂对象的方法，基本思路来源于“化弧为直”、“化整为零”的思想。有 限元法应用离散的思想，将一个连续（2）解域离散为一组优先个、且按一定方式相互联系在一起的单元组合体。由于 求解域的区域与区域的连接方式不同，因此可以模拟几何形状复杂的求解域。然后利 用每一单元内假设近似函数，分片表示求解域上的未知场函数。（3）当今有限元技术已经从航空航天、大型土木工程、大型风电设备、高速列车 及国防等领域，推广到汽车、生活消费品、能源、工业设备、工程机械、材料、化学 工艺等过程及高科技等领域。如唐进元等，应用了有限元分析了加载条件下齿轮啮合 的传动性能参数，应力变化等规律，通过与赫兹接触应力解析公式计算结果对比，理 论与有限元分析结果一直，验证了有限元仿真值的正确性。（4）同样有限元技术也有很多应用分析机床主轴，如 Reddy VR 简历了车床主轴有限元建模，将加工最大宫颈癌年和最小变形作为准则，并将轴承间隙，轴承刚度，工 件直径等作为参数，诸如此类的研究成果还有很多，不一一列举。3.目前研究的概况和发展趋势我国绕线机产业从改革开放的初期开始起步，从原始的机械齿轮手摇式到全自动 的绕线机，其中经历的多次的技术革新，从市场调研来看，现代电气技术的提高促进 了对高质量线圈的要求，于是半自动的绕线机正在向全自动，高效的方向发展，目前 国能的厂家正在集中精力开发精密排线，闭环控制，张力控制，多功能等技术，正在 与国外的现金技术拉近距离。2010 年随着经济的回暖，绕线机的市场需求量大幅度增加，许多企业也在赶制设备，其中箔绕机的增长幅度最为明显，其中是多头绕线机，可以满足搞生产要求的机 型；自动绕线机的增长，大大提高了生产效率，减少了劳动工人的劳动量。近年来， 绕线机的发展水平已经达到了一个新的高度，形成了全自动，多功能，高效自动化的 生产能力。从线圈的生产的上线，馈线，端头绕制到线圈绕制和下线都实现了过程的 自动化，从控制形式上看，单一的开环控制发展到使用直流伺服电机和交流伺服电机 到多轴同时绕制多个线圈的一系列产品。中国绕线机在控制方面还在沿用继电器控 制，生产出来的产品质量很差，生产效率也很低，是手工与机械的结合，近几年来， 中过的科研人员利用电脑和单片机对这类设备进行了改造，但是仍然不尽如人意，自 动化程度仍然不高，操作也不方便，高精度的控制问题因采用了 PLC 控制和变频技11术已经得已解决。即使国内技术正在高速发展，但成产出来的绕线机种种缺点还是存在，制造出来 的绕线机应用的局限性很大，目前只能用于绕制较大的线圈，比如变压器的线圈，对 于绕制小型的线圈还是有较大的困难。虽然我过绕线机的生产商有近百家，但是有一 半没有生产能力，技术还不成熟，借鉴与抄袭的现象还是屡见不鲜。造成市场上生产 出来的绕线机型号单一，功能不全，绕制完成的线圈质量很差，而且绕制的效率也是 不如人意，无论在外观还是性能方面都没有亮点可言。还有一个致命的缺点就是柔性 差，不能根据需要对绕线机进行简单的改造以适应不同的需求。国内的立式绕线机力矩大，架线机构与加紧装置会产生很大的拉紧力，所以绕制 出来的线圈直径一般都会满足要求不会超差，这对精密的线圈来说至关重要，缺点是 构型复杂，精密度要求高，不好制造，升降机构的三套传动系统运动必须同步，否则 会产生相当大的噪音，严重时，不能够运动。深圳市拓维精新精密机械厂生产的TWX-08-750 八轴数控绕线机采用了 CNC 四轴伺服电机驱动，能用于多种骨架线圈绕线，但控制器 采用的是日本 YASKAWA 公司的 MP2000 系列控制器，无自主知识产权，且设备故障率很高；厦门精合电气自动化有限公司生产的多轴绕线机，包括主轴 机构，排线机构，和夹断线机构，但其关键部件多采用进口部件，所以控制器亦为国 外直接进口控制器，不具有核心技术的自助知识产权。国内绕线机与国外同等擦汗尿频还存在差距，主要是对绕线机关键技术研究不 足，不透彻，自主研发绕线机要达到国际水平或领先国际水平，必须要加强对其关键 技术的研究。而国外在绕线机这一方面的发展水平远远超过了中国，比如德国，意大利，日本 等，国外绕线机的控制系统已经由绕线机自身的控制发展到微机控制，在关键的部位 还可以实现状态的自动监控和故障的诊断，正在向 3000r/min 的高速绕制方向发展， 从大型的电力变压器，牵引电机绕组到充电的微型线圈，以及各类电子设备，已经实 现了闭环控制，整个绕线机设备已经基本实现自动化，智能化，网络化。而中国还在 沿用落后的继电器控制，在精度方面有着很大的欠缺，自动化程度仍然没有国外的高。 随着社会的发展和制造领域的需要，绕线机的制造正在处于飞速发展过程中，而将来 的绕线机必将发展到流水线的水平，从制造线圈到线圈质量的考察，故障的反馈与修 复，都将由绕线机自身来完成，把工人的双手从无尽的劳动中解放出来，既降低了劳 动强度还提高了工作效率。国外自动绕线机发展较早，绕线机性能更优，功能更全面。德国和意大利生产的 自动绕线机功能多，绕线加工可靠性能高，自动化程度，已经基本实现绕线全过程自 动化，产品得到更多功能用户的青睐；美国生产的自动绕线机人机交互平台完备，方 便工人，方便工人操作；日本生产的自动绕线机设备体积小巧精致，具有多轴、高自 动化特点，其设备柔性好，各机型标准化，一遇拆装，更换与维修；瑞士的米特已经 研制出主轴转速高达 24000rpm 的高速绕线机；日本田中精密生产的 MSC 全自动多轴绕线机到达主轴 10000rpm，主轴最高转速可达 16000rpm；日本日特机械工程株式会社生产的 NOL 线嘴式内转子绕线机，可对用于小型马达的外转子，内转子绕线，采用自动流水线式安装传动单元，用户可自由编排自己的流水线；美国生产的 GS-6 绕线机，绕线轴最高转速达 12000rpm，具有绕线加工小静电机外转子的特点；意大利Marsilli 在粗线径绕线机的研制方面，具有自己独特的技术优势。日本的绕线机先进程度很高，在绕线机的很多方面相比中国都具有创新行，也算是技术优势，日产绕线 机人机界面友好，独创了简单的中文编程操作系统，也可以选择英文操作系统。自带 了 128k 的快速闪存，可扩展 USB 移动存储，既第一次使用后，接下来的使用可以直接调出相应的程序，既简单又快速，作业效率很高。日本产绕线机排线，上下料缠脚 和绞线动作都是全自动，用微机控制，不需要人来操作，定位精度高，性能高，工作 更为稳定。使用了 3GT 同步带的使用全面地大幅度地降低了噪音，减小了温度升高， 而且极大地提高了转速，效率也相应提高。绕线机上还增加了热量排放系统，温度可 维持在 40，设备因摩擦和工作时间过长产生的热量都被降低，减小了发生故障的几率卸料系统装在上料系统上边，对于木质骨架，卸料更加平稳，不会破坏骨架，而外 国产品卸料力很大，电木骨架易被卸料装置推破，无法实现全自动。日本的绕线机采 用新型工作系统，显著提高了绕线速度，缩短绕线周期，减少人员配置，缩短作业时 间，提高生产效率。二、论文（设计）研究的内容1.重点解决的问题立式高速自动绕线机整体设计2.拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路）（1） 对立式高速自动绕线机进行相关资料的查询，并挑选出 13 篇参考论文，其中中文文献 10 篇，英文文献 3 篇；（2） 清楚立式高速自动绕线机的系统图，了解各元件名称与系统的工作原理；（3） 绘制出零件图，绕线机装配图，左夹具装配图；（4） 学习绕线机系统设计方法，应用其方法选用液压系统中的各原件；（5） 对绕线机各个原件参数进行校核，验证是否符合工作要求；（6） 编写设计说明书；（7） 检查修改与完善所有设计内容，复习所有设计内容，进行答辩；3.本论文（设计）预期取得的成果（1）确定出绕线机的设计方案；（2）绘制出零件图；（3）绘制出装配图；（4）编写设计说明书一份。三、论文（设计）工作安排1.拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）；（1）调研法：对绕线机的研究背景，技术水平，发展状况进行市场调研；（2）设计参数：根据绕线机的性能要求，设计绕线机系统中各个原件的尺寸与参数， 选择合适的元件；（3）文献法：查阅参考相关文献进行设计2.论文（设计）进度计划第 1 周：完成立式高速自动绕线机调研第 2 周：完成立式高速自动绕线机资料查阅与翻译工作第 3 周：完成立式高速自动绕线机文献综述工作第 4 周：完成立式高速自动绕线机开题报告撰写工作第 5 周：提出几个设计方案第 6 周：分析比较各个方案第 7 周：确定总体设计方案，绘制总图第 8 周：主动系统设计第 9 周：选择动力系统第 10 周：进给系统设计第 11 周：启动、夹紧机构设计第 12 周：进行相关的设计与计算第 13 周：控制系统设计第 14 周：撰写设计说明书第 15 周：绘制零件图第 16 周：修改、补充、整理图纸与论文,准备答辩四、需要阅读的参考文献1赵晓东，董哲，王敏.全自动绕线机的研制J.电子工业专用设备，2010,39(11)：41-452王学智，王臧，龚东军.电压互感器绕线机 PLC 控制系统设计J.武汉轻工大学学报, 2016, 35(1):56-603赵钢，罗银宾.全自动绕线机，专利 20144金晶.节能灯镇流器线圈全自动绕线机的研发. 浙江理工大学，2012.5王超.一种能自动调速的绕线机设计J.机械工程与自动化, 2016，(6).6张晶晶.立式绕线机的研究与设计J.电气制造, 2011，(6):58-597熊劲松.自适应式绕线机的设计与实现J.机械研究与应用, 2010，(3):133-1348伍晓亮，田怀文，江晓亮，徐志彪.精密电阻绕线机送丝机构的设计与改进J. 现代制造工程, 2016，(1):105-1099欧阳一鹏，赵汝炫.电阻绕线机的设计与改进J. 硅谷, 2013，(5):22-2310 许中明，董逢，周利明.一种新型数控立式绕线机的研制J.顺德职业技术学院学报， 2009，（7）2 .11William D.Brown.Advanced Electronic Packaging with Emphasis ON multichip modules(M)2006.12JEDECSolidStateTechnologyAssociation.JESD22-A104CS,Temperature Cycling,May,2005附：文献综述文献综述1 研究的目的及意义绕线机是绕制线圈行业中非常常见的一种加工设备,它的结构,系统组成,功能随着 社会的发展,加工零件的工艺要求,它的结构与功能亟待改变来适应这种高标准的要求, 绕线机已经从传统的机械式,半自动式,逐渐发展成为全自动式,绕制高品质的线圈已经 不再费时费力,无论效率还是质量都有了质的飞跃漆包线从原料桶出来经过张力机构,仍保持良好的张力,经过排线机构到减压机构 的压线柱下。绕线机主轴每旋转一周,排线机构时线移动一个线径的距离,实现紧密排 线。同时漆包线被加热机构加热,当漆包线绕在磨具上就会紧紧的粘在一起,当一个线 圈被绕完后,减压机构把漆包线剪断的同时,另一端也被压倒,卸下线圈,如此循环。绕线机这种自动化设备在机械,建筑等领域非常常见,在需要时对铜线进行缠绕和 布置。全自动绕线机(数控绕线机)的组成包括控制系统,转动系统,传动系统,人机界面 和传感器。在制造行业中绕线机的应用特别广泛。随着我国电力工业的大力投入，变压器制造水平正处在快速发展阶段。变压器的 品种越来越多，结构形式越来越复杂，质量不断提高，性能指标也在不断升级。变压 器的发展趋势是耗损低、重量轻、可靠性高、价格便宜。这些性能指标高低都集中体 现在变压器产品的设计和制造环节上。因此，一旦变压器设计完成后，制造过程就尤 为关键，而变压器产品的质量和性能是靠工艺设备来保证的，所以变压器专用设备的 技术水平在某种程度上也反映着变压器的制造水平。因此，大力推动变压器专用的设 备的发展是制造高性能，高水平变压器的有力保证。作为变压器制造的核心部分，变 压器线圈的绕制质量对整个变压器性能极为关键。而线圈绕制的技术水平很大程度上 依赖于绕线机的技术水平，因此国外的变压器制造商都十分重视现金绕线机技术的开 发和应用。但是，由于目前国内大多数变压器专用设备生产商生产规模较小，技术力量薄弱， 研发费用投入较少，原创能力较低等原因，尚无法生产出符合技术要求的高质量专用 设备，更无法与国外生产企业形成强有力的竞争。为了进一步促进行业的技术进步， 满足国内变压器生产企业的需求，本课题借鉴国外的先进经验同时结合我过国情，进 行性能优良，价格低廉的全自动绕线基金的开发研制。常用电力变压器绕线机的种类（1）自动排线绕线机自动排线绕线机是绕制配电变压器高压线圈的专用设备。新型的绕线机主机转速 由 300r/m 提高到 500r/m，进一步提高了生产效率。排线机构由单头增加到二至三头， 即一次可同时绕三只线圈。同时采用多线并饶方式，增加径向压紧机构，对每根放线 盘进行张力的独立控制，从而使线组排列整齐，电流密度分布均匀，匝间紧密均匀。 同时配有端绝缘开卷机构，导线张紧机构，计算机可预置多种参数，可使线圈绕制一 次完成，自动化程度大大提高，减轻了工人的劳动强度。（2）箔式线圈绕制机箔式线圈绕制机是绕制低压箔式线圈的关键设备。国内已有厂家研制出新型数 字式箔式线圈绕指机，该机采用直流电机产生的箔带张力，其特点是张力调整方便、 准确、稳定性好，绕制全过程张力保持不变，从而能够保证线圈的绕制质量。控制系 统会自动计算开卷机上料卷直径，从而随时调整电机输出力矩，确保整个绕制过程张 力恒定，对保证线圈质量起关键作用。调偏机构采用光电模拟量传感器非接触检测箔 带边沿，通过伺服电机动态纠偏，该系统精度高，反应快，可靠性高，调偏精度高。（3）立式绕线机立式绕线机进一步向大型化发展。原有的立式绕线机载重量只有 20t，现在已经提高到了 40t，线圈直径最大使用到 3500mm，最大高度达到了 4000mm。使用了气囊板式张紧装置，而且数字显示张力大小，张力控制更加准确，稳定可靠。为了提高所 绕制的线圈的尺寸精度，控制立式绕线机径向跳动，增加了绕线轴头固定装置；控制 轴向跳动，使用了高精度双排轴式大型轴承。因此，通过使用线圈绕制专用设备，使 绕组生产达到了一个新的水平。多用在国内超高压，特高压变压器的制造过程中，对 我国双百万变压器成功研制起到设备的保障作用。立式绕线机结构如图 1 所示：（4）卧式绕线机图 1立式绕线机结构带有轴向，径向压紧式卧式绕线机在大型变压器线圈生产中，得到了广泛使用。 随着变压器性能要求提高，一般中小型变压器的生产也开始使用了压紧式卧式绕线机。为了更加准确地控制押紧力，原来压紧机构是使用力矩电机或汽缸产生压力进行 压紧，现在已通过伺服电机取代。为了控制绕制圈尺寸公差，增加光栅尺，可以进行 在线检测线圈尺寸。多轴式放线车上的各种线盘放线张力独立控制，根据绕制线圈的 长度，放线车随动跟踪，避免导线的扭曲变形产生新的应力，降低绕组的涡流损耗。绕线机的基本组成：机械结构部分,电气控制部分,气路部分等组成。机械部分由绕线机构,排线机构,剪 线机构,线圈模具,脱模机构,张力机构,机架等组成。排线机构:排线机构由伺服电机,联轴器,精密丝杠,精密导轨,气缸,导向轴和排线架 组成。排线装置如下图 2 所示：张力机构:与传统不同,使用了电机张力器,稳定性强,移动时仍然具有稳定的张力, 提高了质量。传统的机械式张力器不稳定,适应性较弱,在开始和结束时的不稳定张力, 直接导致了绕线效果的不理想,相比之下,电机张力器的使用时绕线整齐,无重叠,无松 散。剪线机构:由剪线模具,带弹簧导向销,切刀等组成,可以自动完成压线与剪线。线圈模具:不同的线圈模具对应着不同型号的线圈。根据线圈外形与功能,结合设 计出来的线圈图纸,设计模具图纸,此时有三种模具要被用到,进线模,芯轴,脱模模具。三 种模具根据需要随时更换,根据图纸加工,所以要求模具的安装尺寸,与设备的安装不见 具有互换性。机架:机架用角钢焊接,外部用优质碳素钢结构钢板,表面喷漆,既美观又大方2 绕线机技术发展状况图 2 自动排线装置绕线机从最初的手工,历经半个世纪发展到半自动,全自动,一台绕线机的组成包括 控制系统传动系统,运动系统,人机耦合和传感器,目前半自动绕线机应用最为广泛,已 经出现百花争艳的局面,突出表现在以下三个方面（1）高产能,多功能需求高这一现象的产生,是因为人工成本的攀升与市场对产品功能要求提高。一台绕线机 起步价十几万,表面看起来很昂贵,但是绕线机的使用不但使工作效率提了上来,也大大 减小了人工绕制带来的质量上的问题,降低了企业风险,综合考虑,还是应用绕线机能够 给企业带来更高的利润。（2）模块化的功能控制器使机器更加的人性化模块化的功能控制器使机器更加的人性化,根据绕线机功能要求的不同,可以随意 配置模块化功能 控制器,相对于 PLC 的强计算能力,方便的通讯,较低的成本,相对简单和固定的控制要求。模块化的组合式控制器,的应用就非常广泛了,操作也较为简单,只 要稍培训,就可以完成复杂的控制工作。（3）专用机型的研发与定制线圈的种类各式各样,使用的材料也是各不相同,面对制造种类繁多的线圈,国内的 许多厂家都望而却步,但是近几年随着技术的提高,国内的制造商的技术力量也在逐渐 增大,在应对花样繁多的线圈的绕制中也是得心应手,随着加工能力的提升,绕线机定制 的周期也在大大缩短。国内的这种技术目前正在起步当中,绕线机是完成家用电器及工业电机线圈绕制 的设备, 国内的这种技术目前正在起步当中,生产出来的产品局限性很大,主要用来绕制大型变压器线圈,制造商有沈阳电工,西安启源等,目前还没有绕制大容量并联空心电 抗器的立式绕线机。虽然我若绕线机的生产商近百家,但是有一半多没有研发能力,技 术仅仅停留在抄袭和模仿的状态,造成市场上的绕线机种类单一,功能不全,无论是外 观上,配置上,还是功能上,都没有丝毫亮点。绕线机的核心是控制系统,生产商采用的都 是系统供应商供应的系统,绕线机一旦制造完成就不能按着客户的要求改动,柔性差。 由于绕线机制造商和系统供应商相互之间联系不是很大,系统供应商不了解绕线机的各种功能,所以导致绕线机会出现很多用不到的功能,资源浪费国内生产变压器的生产商,常用的绕线机主要部分包括主机绕线模,操作平台,放线 架,控制系统等。主机部分主要功能是 实现回转与升降,主机的回转运动经减速器和齿轮副传到花盘,升降采用丝杠螺母机构传动,由于花盘半径大,所以通常采用三个配套的 同步传动系统。这种立式告诉绕线机具有力矩大,并且架线机构与加紧装置会产生很大的拉紧力, 所以绕制出来的线圈的直径一般都会满足要求不会超差。这对精密的线圈来说至关重 要。缺点是构型复杂,精密度要求高,不好制造,升降机构的三套传动系统运动必须同步, 否则会产生相当大的噪音,严重时不能够运动国外的绕线机由自动控制发展到微机控 制。在某些关键部位还能实现状态监控和故障的诊断。正在向 3000r/min 的高速旋转发展。意大利和德国的产品以及技术目前位于世界的领先水平。中国在绕线机的控制 方面还在沿用电器控制,生产出来的产品质量很差,生产效率也很低。是手工与机械的 结合,近几年来,科研人员利用电脑和单片机对这类设备进行了改装,但还是不尽如人意, 自动化程度仍然不高,操作也不方便,高精度的控制问题因采用 PLC 控制和变频调速技术已经成功的得以解决。从近年来国内绕线机和引进的绕线机来看,绕线机正在往全自动,多功能,高效,高 效自动化。通过单片机控制,电脑显示,传感器测量,实现了自动化,由之前的人工凭经验 草垛到现在的闭环控制,从结构改造上,到现在的有梭式的绕线机,已经满足了市场的需 求,总之,要开发出具有生命的绕线机,就要开发出啊绕线机的大部分功能,可以绕制的 线圈技术要求柔。国外的绕线机由于发展的比中国早，绕线机性能更优，功能更齐全。德国和意大 利的绕线机功能多、绕线加工可靠性高、自动化程度高，已经基本实现绕线全程自动 化，产品的到更多用户的青睐；美国生产的自动绕线机人机交互平台完备，方便工人 操作；日本生产的自动绕线机体积小小精致，具有多轴、高自动化特点，其柔性好， 各机型标准化，易于拆装、更换与维修；台湾生产的自动绕线设备以其相对简单的配 件、优质的服务和排线均匀的特点，适合多元化生产线。绕线机未来的发展趋势必将会以流水线的方式呈现在世人面前,从线圈的加工,测 试到多种辅助类机械相结合完成成品,因为流水线的工作模式会大大降低工人的劳动 强度,生产效率也大大的提高。行业发展趋势由原来销售单一的产品转换成集成生产方案的提供,关联销售从产 品导向转换向客户导向,已经是自动化及数控设备行业竞争推动下的必然趋势,对于绕 相机也是一样,企业应该把生产出来的产品作为解决方案的一部分,而不是作为单独产 品的出现。3 亟待解决的问题国内绕线设备总体相对落后，难以满足新产品的工艺要求，主要表现存在以下几个 方面：（1）卷线采用异步交流电机驱动，绕线机启动、制动不平稳、线圈绕制不紧；（2）排线和张紧采用人力手工操作，排线不均匀，无法实现恒定张力，劳动强度 大；（3）设备自动化程度低，计数器可靠性差。这些问题使国内线圈的绕制出现种种问题，目前需要亟待解决。指导教师评阅意见（对选题情况、研究内容、工作安排、文献综述等方面进行评 阅）审核意教研室主任意见见签字：年月日签字：年月日学院教学指导委员会意见签字：年月日公章：任务书论文(设计)题目：立式高速自动绕线机设计工作日期：2016年12月09日 2017年05月26日1.选题依据:通过完成总体设计、主动系统设计、进给系统设计、启动夹紧机构设计等，通过进行相关的设计与计算，可以促使学生对科学的机械设计方法的掌握；在完成本设计的过程中，需要绘制一定数量的CAD图纸，可以提高学生的CAD绘图水平，通过完成论 文的撰写，可以培养学生严谨的科学态度，形成认真、细致的工作方法。2.论文要求(设计参数):完成立式高速自动绕线机设计。要求绘制包括总体设备全部图纸等在内的4张零 号图纸，撰写设计说明书20000字以上。3.个人工作重点:立式高速自动绕线机工作原理设计、总体设计分析、主动系统设计、进给系统设计、启动、夹紧机构设计，绘制图纸，撰写设计说明。4.时间安排及应完成的工作:第1周：完成立式高速自动绕线机调研第2周：完成立式高速自动绕线机资料查阅与翻译工作 第3周：完成立式高速自动绕线机文献综述工作第4周：完成立式高速自动绕线机开题报告撰写工作 第5周：提出几个设计方案第6周：分析比较各个方案第7周：确定总体设计方案，绘制总图第8周：主动系统设计第9周：选择动力系统第10周：进给系统设计第11周：启动、夹紧机构设计第12周：进行相关的设计与计算第13周：控制系统设计第14周：撰写设计说明第15周：修改、补充、整理，准备答辩5.应阅读的基本文献:1赵晓东，董哲，王敏.全自动绕线机的研制J.电子工业专用设备，2010,39(11)：41-452王学智，王臧，龚东军.电压互感器绕线机PLC控制系统设计J.武汉轻工大学学报,2016, 35(1):56-603赵钢，罗银宾.全自动绕线机，专利20144金晶.节能灯镇流器线圈全自动绕线机的研发. 浙江理工大学，2012.5王超.一种能自动调速的绕线机设计J.机械工程与自动化, 2016，(6).6张晶晶.立式绕线机的研究与设计J.电气制造, 2011，(6):58-597熊劲松.自适应式绕线机的设计与实现J.机械研究与应用, 2010，(3):133-1348伍晓亮，田怀文，江晓亮，徐志彪.精密电阻绕线机送丝机构的设计与改进J. 现代制造工程, 2016，(1):105-1099欧阳一鹏，赵汝炫.电阻绕线机的设计与改进J. 硅谷, 2013，(5):22-2310 许中明，董逢，周利明.一种新型数控立式绕线机的研制J.顺德职业技术学院学报，2009，（7）2 .指导教师签字：XX教研室主任意见：同意签字：XX 2016年12月11日教学指导分委会意见：同意签字：XX 2016年12月11日 学院公章进度检查表第-3周工作进展情况完成立式高速自动绕线机的调研完成立式高速自动绕线机资料的查阅与翻译工作查阅国内文献10篇，了解立式高速自动绕线机的在国内的发展状况， 同时查阅外文文献3篇并选取其中一篇最为合适的外文文献进行翻译2016年12月27日指导教师意见该同学针对立式高速自动绕线机做了调研工作，查阅了国内外文献，阅读了12篇国内外文献，了解了国内外立式高速自动绕线机的发展情况，翻译 了相关的外文文献。该同学工作态度认真，主动联系老师汇报工作，表现较好，按计划完成了工作任务。指导教师(签字)：XX 2016年12月27日第-1周工作进展情况在前面已经完成了调研、文献查阅、文献翻译、文献综述基础上，明确了课题研究的目的、意义，应用价值、重点解决的问题、确定了拟开展研究的几个主要方面工作及论文预期取得的成果；另确定了主要研究方法，制定研究进度计划，完成开题报告。2017年01月06日指导教师意见完成开题报告。基本上了解了论文题目所涉及的理论知识，开题报告详细说明了论文研究的目的意义、目前研究的概况和发展趋势、重点解决的问题、拟开展研究的几个主要方面、预期取得的成果、拟采用的主要研究方法、进度计划。指导教师(签字)：XX 2017年01月06日第 1周工作进展情况根据绕制的线圈的体积不同，匝数不同，绕线方式不同提出几个设计方案2017年03月06日指导教师意见方案有待细化，要求完成相关绘图以及相关计划说明。要求查阅机械设计手册及机械设计、机械原理相关书籍；研究相关的国内外前沿技术。指导教师(签字)：XX 2017年03月07日第 5周工作进展情况查阅机械设计相关手册，对绕线机的主要部分进行设计计算，并绘制出部分零件图和装配图。2017年03月29日指导教师意见方案总体设计不够完善，总图存在很多问题，计算与分析不够充分。指导教师(签字)：XX 2017年04月01日第 11周工作进展情况完成控制系统设计，完善绕线机所有部分的设计计算，撰写设计说明书。检查说明书及零件图、装配图中的错误并改正，准备答辩2017年05月11日指导教师意见基本完成了图纸绘制及说明书撰写，需要补充、修改、整理、排版，准备答辩。指导教师(签字)：XX 2017年05月12日第周工作进展情况年月日指导教师意见指导教师(签字)：年月日过程管理评价表评价内容具体要求总分评分工作态度态度认真，刻苦努力，作风严谨32遵守纪律自觉遵守学校有关规定，主动联系指导教师,接受指导33开题报告内容详实，符合规范要求53任务完成按时、圆满完成各项工作任务43过程管理评分合计11 过程管 理评语 立式高速自动绕线机设计课题包含的各类知识，技术比较全面，对本科生来说，要完成该项设计是一个挑战。该同学工作态度认真，刻苦努力，作风严谨。在毕业设计过程中，该同学独立查阅文献和设计手册，能提出一些切实可行的想法。自觉遵守学校有关规定，主动联系指导教师，接受指导。每周都能保持与老师至少联系一次，定期主动与老师沟通。查阅了一定数量的文献资料，开题报告内容详实，符合规范要求。能按时、圆满完成各项工作任务。指导教师签字:XX日期:2017-05-21指导教师评价表评价内容具体要求总分评分选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满54能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语能力、文献资料检索能力、计算机应用能力54完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规107指导教师评分合计1