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立式高速自动绕线机设计I 摘要由于电力系统中使用的变压器容量越大，要求其安全性也越来越高，对变压器的质量要求不但体现在其他零部件的安全可靠，还表现在线圈的电磁平衡上，要求线圈在轴向匝数紧密，且要求漆包线张力合格并为最佳。本文设计工作的主要内容是设计一款新型的绕制变压器线圈的立式高速自动绕线机。在系统设计中本文系统的介绍所设计绕线机的工作原理及各个子系统的工作原理。在对带有电机的系统，包括主动系统，进给系统和排线系统进行合理性分析时，最佳方法是有限元分析法，此种方法可以对各个部件的瞬时状态进行分析，此法来源于高等数学里的微积分。但由于条件限制，本设计的设计方法是传统的设计方法，在经验总结的基础上，利用力学和数学知识，结合机械设计手册等知识来简化现有绕线机的模型并对模型进行了改造，本设计中的绕线机系统就是利用此法所设计出来的产物。在主体设计中，利用动力学设计方法，对绕线机机械结构的主要受力部件尺寸和参数进行了设计并校核，包括主动轴，同步带，同步带轮轴承等参数进行了设计，确保其性能指标合格，满足其使用要求，并对标准件包括联轴器，花键等进行了周密的分析与选择，经过对比各类电动机的优缺点，结合本设计中绕线机的工作要求，选择了合适的电动机。关键词 立式绕线机 系统设计 机械结构立式高速自动绕线机设计IIAbstractBecauseofthepowersystemusedintransformercapacityislarger,itssecurityisbecomingmoreandmoredemanding,andrequirementsaboutthequalityofthetransformerisnotonlyreflectedinotherpartsofsafeandreliable,butalsoonthecoilelectromagneticbalance,requeststhecoilaxialcirclenumberclosely,andrequirequalifiedenameledwiretensionandforthebest.Themaincontentofthispaperistodesignanewtypeofhigh-speedautomaticwindingmachinewhichiswindingandwinding.Theworkingprincipleofthewindingmachineandtheworkingprincipleofvarioussubsystemsaredesignedinthesystemdesign.Withmotorinthesystem,includingsystemactively,feedsystemandwiringsystem,analysisoftherationalityofoptimummethodisfiniteelementanalysismethod,thismethodcananalyzethetransientstateoftheparts,whichisderivedfromthehighermathematicsinthecalculus.Butbecauseoftheconstraints,designmethodofthedesignisoneofthetraditionaldesignmethod,onthebasisoftheexperience,theuseofmechanicsandmathematicsknowledge,combiningknowledgesuchasmechanicaldesignmanualtosimplifyexistingcoilingmachinemodelandthemodeltransformation,thedesignofthewindingmachinesystemisdesignedbyusingthismethod.立式高速自动绕线机设计IIIInbodydesign,theuseofdynamicdesignmethodofmainmechanicalpartsofwindingmachinesizeandparametersforthedesignandcheck,includingthedriveshaft,synchronousbelt,synchronousbeltwheelbearingparametersforthedesign,toensuretheperformanceindexesofqualified,satisfytheuserequirement,andthestandardpartsincludingcoupling,splineandsoonhascarriedonthethoroughanalysisandselection,throughcomparingtheadvantagesanddisadvantagesofallkindsofmotor,combinedwiththedesignofwindingmachineworkrequirements,choosethesuitablemotor.Keywords:Keywords:Verticalwindingmachine，systemdesign，mechanicalstructure立式高速自动绕线机设计IV目录摘要.IAbstract.II第 1 章绪论.11.1 引言.11.2 常用绕线机的介绍 .11.3 课题背景.11.4 课题目的.31.5 课题任务.41.6 课题难点.4第 2 章总体方案设计 .52.1 绕线机的原理 .52.2 主动系统的工作原理 .62.3 进给系统工作原理 .62.4 气动夹紧系统原理 .8第 3 章主动系统设计 .93.1 各部件运动参数设计 .93.2 主动轴电机的选择 .113.3 电机型号选择 .113.4 同步带及同步带轮参数设计.133.5 联轴器选择 .163.6 主动轴设计 .163.7 轴承的校核 .19立式高速自动绕线机设计V3.8 传动轴参数校核 .213.9 花键的设计及校核 .21第 4 章进给系统设计 .234.1 传动方案的设计与选择 .234.2 张紧装置中螺栓强度的校核.24第 5 章气动夹紧系统 .265.1 夹具与工作轴的配合 .265.2 气缸的选择与尺寸计算 .265.3 导轨的选择 .27结论.28致谢.29参考文献.30附录一.1附录二.12立式高速自动绕线机设计1第第 1 1 章绪论章绪论1.1 引言随着工业的发展，绕线机在线圈的生产行业中已经不可或缺，纵观线圈绕制的发展历史，绕线机绕制线圈已经完全取代了人工绕制，地位举足轻重。绕线机的型号也不尽相同，尤其是在现代的机械行业中，新的电动机器不断被人类发明出来，这些机器内部无疑都会用到各类线圈，这就催生了各种能够生产此类线圈的绕线机。随着国内清洁能源的利用越来越广泛，变压器线圈的需求越来越高，这就推动了绕制变压器线圈的立式绕线机飞速发展。1.2 常用绕线机的介绍市面上常见的绕线机有全自动绕线机，半自动绕线机，伺服精密绕线机等。全自动绕线机自动化程度高，而价格都比较昂贵，由于经济性原因，不能被广泛地使用。此类绕线机绕制的线圈体积通常比较小，如电子玩具线圈，钟表线圈，手机震动马达线圈，耳机的音圈等等，生活中常见的线圈很大一部分是由全自动绕线机绕制生产出来。由于运用场合较多，自动化程度高，节省了很大一部分人力，一个操作工即可操作几台全自动绕线机。并且集合数控技术，光控技术，气动技术于一体，制造出来的产品质量高且稳定，还能适应不同的工作环境，故价格十分昂贵。全自动绕线机的部分零部件是非标准的零件，有些还是专门为这种机型设计的零件，故损坏后，维修困难，周期长。半自动绕线机（CNC）的性价比在绕线机中是最高的，故应用得最为广泛，发展得也最为成熟。多采用 CNC 控制器，也有部分使用自主研制的控制器。半自动绕线机价格比全自动的低廉，操作也十分简便。缺点就是人力消耗较大，每台机器必须由一位操作员来看守与操作，通常在生产电感线圈和镇流器的车间内常见。伺服精密绕线机的控制系统闭环控制，能够自动校准误差，是目前世界上最先进，功能最完备的一种机型，它的系统采用的是伺服系统，控制方式采用是闭环控制，闭环控制的工作原理是将电脑的输出的信号与反馈信号比较，来判别误差，并自动对产生误差的系统位置进行自动补偿。伺服精密绕线机内部使用的电机均为伺服电机，伺服电机的有点事无论在高转速工作情况下还是低转速工作情况下，都能保持优良的稳定性。此类绕线机全自动化需要与电磁控制系统配合使用，由于精度立式高速自动绕线机设计2较高，其部分零件需要专门定制。1.3 课题背景在全世界工业起步初期,线圈的绕制全由工人手工完成，即工人把漆包线按着指立式高速自动绕线机设计3定要求绕到转子上,并且通过人工来对线圈的匝数进行确定,这样的生产方式既消耗人力效率又不高,而且人工绕制无法保证线的张力，故生产出来的线圈问题百出.调研发现，绕线机市场十分混乱，质量也是参差不齐，有国外先进的绕线机，也有国内落后的半自动绕线机。相对国内生产的绕线机，这种舶来品价格昂贵，对国内一些中小型企业，选择进口绕相机显然不是明智之举，出于经济方面的考虑，大部分企业仍在沿用扁线平绕的落后加工工艺，部分不能用机器自动完成的工作，还需人工完成。如果使用传统漆包线，线圈体积就会变大，为了适应小型机器的体积，不得不使用价格较高丝包扁铜线。而经过传统工艺生产出来的线圈散热性不佳，故内圈容易被烧坏。由于国内绕线机越来越不能满足绕制变压器线圈的要求，国内变压器线圈生产商想要生存，就必须从国外进口先进的绕线机。然而昂贵的价格，依然让国内厂商感到巨大的压力。随着变压器行业的发展，我国务必要研制出具有自主知识产权的新型全自动绕线机，使我们能在世界的绕线机行业中占有一席之地。为了满足国内的生产需求，促进绕线机行业的发展，需要借鉴国外先进经验，研制出性价比高的自主知识产权的绕线机。在当局的重视之下，在政策与方针指导之下，我国变压器的发展成果令人瞩目，无论是系统，还是品种，都开创了一个新的纪元。1.3.1 绕线机的技术趋势绕线机历经半个世纪从最初的手工绕制发展到现在的半自动、全自动绕线机，国内绕线机仍在以迅猛的速度发展。通过单片机系统控制，计算机显示，传感器的测量，绕线机闭环控制功能已经越来越完善。故为了延长绕线机的生命周期，就必须开发出功能更全面，柔性化程度更高的绕线机。目前半自动绕线机应用最为广泛。绕线机的技术趋势势必会朝着以下方面发展。（1）高产能,多功能随着人工的成本提升和市场对产品性能的提高，绕线机也在不断更新换代，价格也会随之攀升。虽然价格会比之前贵上几倍， ，但是新型绕线机的使用不但大大提升了工作效率，也使工人绕制线圈出现的质量上的问题大大降低，还能给企业带来巨大的利润。综合考虑，高产能，多功能绕线的出现已是必然。立式高速自动绕线机设计4（2）具有模块化的功能根据使用要求，可以自己搭配模块，模块化控制器的比单片机的计算能力还要强，通讯也更加方便，成本也比单片机低，操控也相对简单，只要稍加培训，素质较低的工人就可熟练操作，完成复杂的工作。（3）研发与定制专用机型线圈的种类繁多，使用的材料也是各不相同,国内的许多厂家都对制造特殊的线圈望而却步，然而，专用机型出现的脚步已经不能被阻挡，而新机型的出现势必会推立式高速自动绕线机设计5动绕线机的发展，催生出更多的专用机型，以满足各类线圈的功能要求。1.3.2 立式绕线的趋势传统绕线方式是扁线平绕，而近几年来出现了扁线立绕的先例，而这种新的绕线方式正在成为一种绕线潮流。顾名思义，这是一种扁线“站立”在铁芯上的绕线方式，如图 1.1 所示。图 1.1 立式绕线扁线立绕工艺有如下优点：（1）在铁芯上套好绝缘纸就可以直接绕制。（2）散热性能优越，线“站立”在铁芯上，线暴露在空气中的面积比较大，不但能，这样匝间距会相增加匝数，提高线圈性能。1.4 课题目的国外的绕线机产业发展迅猛,尤其是德国,意大利,美国等国家技术先进,世界知名企业比比皆是,而国内的绕线机基本都停留在半自动层面上,偶有全自动的绕线机也由外国进口。整体水平远远落后于以上国家。国内应用的各式线圈花样变得越来越多，这也推动着国内绕线机的大力发展。然而其发展却及其缓慢，技术落后，使得企业利润下滑，只有自力更生，自主研发出性能优越的绕线机，才能不依赖于国外的技术，扭转被动局面。振兴国民经济需要有先进技术与设备的支持，否则就成了竹篮打水。而数控全自动绕线机效率高，稳定性好，柔性强，诸多功能集于一身，在推动经济发展的过立式高速自动绕线机设计6程中作用不可小觑，本次毕业设计就是在参考大量国外文献的基础上，结合中国国情，在正确指导方针之下，设计一款新型立式高速自动绕线机，以满足国内市场需求。1.5 课题任务设计变压器线圈立式数控绕线机，要求能够实现绕制线圈过程的自自动控制，各个坐标轴采用较先进的伺服电机控制，使用光电编码器来进行测量反馈，能够对整个过程实现闭环控制。为了顺应以人为本的理念，设计的绕线机必须具备高精度，自控能力，自动化，以减少工人的劳动强度，使工人能在安全的环境工作。此次毕业设计工作需要很多参考资料，故需要养成一定搜集信息的能力。在做设计的过程当中，必然会遇到不解的地方，还需要具备勤学好问的精神，如有疑惑，及时与导师沟通。1.6 课题难点1.6.1 由于本设计中，线的绕制方式扁线立绕，这就要求在绕制过程中，保证线状态良好能够不发生扭转，保持与铁芯的垂直度。1.6.2 要保证线圈绕线匝与匝之间紧密相挨，一定要保证进给运动和主运动的严密配合。1.6.3 一定要严格避免线骨和其夹具之间的相对运动，严格保证二者转速的一致性，否则，线骨磨损，线圈质量达不到要求。由于线骨长度较大，要保证在转动过程中的稳定性。立式高速自动绕线机设计7第第 2 章总体方案设计章总体方案设计绕线机由多种系统组成，内部的机械构造比较复杂，内部电器元件的使用数量也比较多。需要对系统组成的整体有一个全面的了解与把握，下面将会整个系统进行剖析。2.1 绕线机的原理绕线机内部机械系统之间的关系如图 2.1 模型所示：图 2.1 绕线机机械系统主动系统：自动绕线机的主动系统由电动机、主轴、联轴器、减速器、同步带、同步带轮、传动轴、工作轴及支撑件等组成。主动系统的作用主要是对整个系统提供稳定的动力，当工作时，电机 1 转动，带动联轴器 1 所在的轴同时转动，经过减速器减速增距，将动力传递给联轴器 2 所在的轴，再将动力依次传递给同步带轮及同步带，传动轴，工作轴，当动力传递给工作轴的时候，就可带动线骨转动，与其他系统协调配合工作完成对线圈的绕制。气动夹紧系统：气动夹紧系统安装在工作轴上，工作轴和部分夹紧元件组成，通过图 2.1 很明显可以知道其工作原理，气缸能够在工作轴上反复运动，并且能够立式高速自动绕线机设计8充当夹具从左侧夹紧线骨，其不但能够在轴向限制线骨滑动。也能跟随工作轴一起转动，这就对气动夹紧系统和工作轴之间的连接紧固性要求很高，只有气动夹紧系统不能与工作轴之间发生先对转动，才能确保绕线质量。进给系统：从图 2.1 中可以看出，电机 2，滚珠丝杠，排线机构构成了进给系统，主要功能是排线，绕制出来的线圈，外观一定要耐看，这就要求线与线之间十分紧密，不会出现过大缝隙和线与线之间出现重叠的情况，这一点需要排线机构可线骨之间天衣无缝的配合，线骨转一圈，滚珠丝杠在电机 2 的带动下转过一定的角度。进给系统的精度由伺服电机和滚珠丝杠来保证。放线系统：放线系统由电机，支撑件和辅助件构成，的主要作用在于通过张紧装置来保证漆包线的张力，使线圈紧凑，防止扁线出现松垮的现象，线圈更“结实” 。2.2 主动系统的工作原理绕线机中主动系统是一个至关重要的系统，其结构比其他系统的结构复杂，使用的各类元件较多，其工作原理如图 2.2 所示：图 2.2 主动系统工作图解主动系统中各个部件之间的联系和动力工作顺序通过图 2.3 一目了然，其动力传递顺序也比较简单，在这里不再赘述。立式高速自动绕线机设计9图 2.3 动力传递顺序2.3 进给系统工作原理进给系统是故是一种能量转换系统，此系统通过将电机的旋转运动通过滚珠丝杠立式高速自动绕线机设计10的传动副来转换为移动工作台在导轨上的往复运动，也同时带动转线骨在工作轴上左右移动。通过与主动系统配合，完成对漆包线的缠绕，使线十分紧密地“站立”在线骨上。进给系统的局部放大图如图 2.4 所示,：图 2.4 进给系统局部放大图进给系统的三维立体图如图 2.5 所示：图 2.5 进给系统局部三维图立式高速自动绕线机设计112.4 气动夹紧系统原理气动夹紧系统原理是将气缸作为气动夹紧系统的动力源，将绕线机的左夹具安装在能够移动的滑台上，不但能够在滑台上做往复的直线运动，还能随着工作轴进行同步的转动。夹具在直线导轨上进行往返运动，同时夹具对线骨做安装与拆卸工作，其行程为，使绕制线圈的工作能够连续不断地进行。图 2.6 为气动夹紧系20mm统工作原理示意图。图 2.6 气动夹紧系统工作原理立式高速自动绕线机设计12第第 3 3 章主动系统设计章主动系统设计3.1 各部件运动参数设计主运动的系统图如 3.1 所示图 3.1从图 3.1 所示可以了解本设计中绕线机的工作原理，首先电机转动将动力输送给减速器，减速器（也叫增距器）是一种比较精密的仪器，通过自身减速增矩的作用再将动力通过同步带输送给传动轴，带动传动轴转动，因传动轴两端都有同步带传动，再通过另一端的同步带，将转动传递给工作轴，整个系统得以有条不紊地进行。从理论上来说，只要设定了工作轴的转速，计算得到整个传递过程的总效率就可推算出电动机的转速范围，计算过程就是利用工作轴转速除以总效率。立式高速自动绕线机设计13为轴的传动比， 为传动比， 为传动比， 为传动比， 为减速器自554433221身的传动比。传动带与的传动比都为。531 1在设计中一般工作轴的转速都存在着一定的范围，这是长期的设计积累和实验的结果，总体来说不能够低于，如果低于此数，不但浪费能源，工作效率500/低下，而且由相对性原理，机器的体积就会相对变大，浪费地理资源。如果高于转速的上限，整个系统就会变得不再稳定，机器工作时震动比较大，同时噪音也会变得异常强烈，而噪音对环境来说也是一种污染，对工人也附近的居民都会造成不良影响，在此取除了轴意外的转动机构的转速相同，即：5= 4= 3= 2= 500/根据此绕线机的工作条件，技术参数，工作性能等因素，结合经济性考虑，选用单级圆柱齿轮减速器，齿轮为淬硬齿轮，查表知此种减速器传动比 i 1故轴承有向左窜动的趋势，1 号轴承被“压紧” ，2 号轴承被“放松” ，因为工作时，轴不可能窜动，则被“压紧”的轴承会产生一个力与派生轴向力之和来抵消使轴窜动的力，则有：1= 夹+ 2= 100 + 398 = 4982 号轴承承受的力只有派向力，即：2= 2= 8673.7.4 轴承的当量载荷的计算轴承的当量载荷的计算公式为P = (+ )轴承 1 的当量动载荷X = 1.44， = 1.371= 1.4(0.44 1275 + 1.37 967) = 1886由轴承 2 的当量动载荷系数（）：X = 1， = 02= 1.4(1 2776 + 0) = 38863.7.5 轴承寿命的计算=10660(2)103=10660 500(905003886)103= 118905轴承寿命满足要求，轴承的参数符合设计要求。3.8 传动轴参数校核由于本设计中的传动轴长度大，如果用实心轴，它的质量就会变得很大，轴本身会发生变形，这样在工作的时候，轴的震动就会很大，产生噪声，更为严重的是立式高速自动绕线机设计28工作时的稳定性极差，严重时可导致机身震动，绕制的线圈不都会不符合要求。为了增强稳定性又能使轴满足足够的刚度，将轴设计为空心轴，传动轴质量外圆直径，内圆直径，传动轴的长度，m = 5，D = 30d = 10l = 510查表可知此类传动轴的弹性模量。传动轴工作时受力如图 3.8 所示E = 210图 3.8 传动轴受力模型单位长度的传动轴所受的载荷：q =5 9.80.51= 96抗扭截面系数： =64(4+ 4)= 3.192 10 8由于传动轴受力均匀，则可知传动轴的中点的挠度最大，根据材料力学知识可知：=-348=- 1.9 10- 2最大转角在 a、b 两端，由材料力学知识可知：=- =-216= 5.6 10- 5经过计算传动轴挠度的极值和转角极值的计算，再与轴的标准极值和转角对比，显然轴的各项指标都符合设计要求。立式高速自动绕线机设计293.9 花键的设计及校核键是一种标准件，作用是连接轴和轮毂以达到传递扭矩的功能，也可以使零件固定在轴上，也可实现在轴向上的导向作用。再本设计中，花键的作用是连接轴和联轴器。花键的载荷分布不均与系数，取。 = 0.70.8 = 0.7计算花键的最小直径：d 33= 114 32.16500= 17.1根据最小直径选择花键副，选择6 3277 361010 61110引入的系数 是用来考虑实际载荷在花键上非配不均的影响，花键连接的强度校核分为静连接校核和动连接的校核。静连接：=2000=41.67 100007 8 35 1 88.5.= 2.24 = 60100动连接：p =4 103= 2.24 = 3060故花键符合设计要求。立式高速自动绕线机设计30第第 4 章进给系统设计章进给系统设计4.1 传动方案的设计与选择要设计出合理的进给系统方案需要知道此系统的运动方式，知道了系统的运行方式再反推出进给系统方案，经过这种程序设计出来的方案，才是最符合要求的方案。设计过程中需要反复进行实验，通过仔细观察，确定所选择的方案一定会使进给系统反复得平稳得做直线运动。经过各个方案的对比最终敲定使用伺服电机和滚珠丝杠的方案。伺服电机加滚珠丝杠的优点十分明显，首先这种方案消耗能量少，运行时的平稳性非常高，而且这种结构易于安装，维护方便，省时省力。这种结构性价比也非常高，综合各种情况与因素，最终决定使用滚珠丝杠和旋转伺服电机的组合方案。4.1.1 滚珠丝杠由于绕线机中使用了滚珠丝杠这种传动副零件，在传动过程中一定会受到力和力矩的作用，理论上要对滚珠丝杠的各项指标进行校核。根据绕线机的工作情况，进给过程需要有很高的精度要求，而精度高是基于灵敏度高，间隙小的基础之上，又由于滚珠丝杠能承受的负载远远大于绕线机的额定负载，但根据实际情况，滚珠丝杠的性能不需要校核。4.1.2 张紧装置在本设计中不需要设计新的夹紧元件，使用市面上的张紧装置即可，因为当前的电气夹紧控制技术已经十分完善，只需按照自己的需要来选择即可。唯一需要改进的地方就是要使之适应新型绕线机的工作要求。本设计中使用的张紧装置要求较高，不但可以自动检测绕线机绕制线圈的铜线张力,还能实时对张紧力进行控制。该张紧装置要安装在滑动工作台上，其功能还兼有排线，导向等作用，图 4.1 为市面上常见的张紧装置。立式高速自动绕线机设计31图 4.1 市面上的张紧装置4.2 张紧装置中螺栓强度的校核本设计中的螺栓使用普通螺栓，在张紧装置中，螺栓的排列结构和受力模型如图4.2 所示，且对其受力进行分析，得螺栓 2 所受的力最大。图 4.2 螺栓排列结构及受力分析在横向力的作用下，六个螺栓所受的横向力相同：F横F =总6=11006= 183.33则螺栓 所受力：226 = 1=1.2 3240.5 (199 4 + 10 2)= 8立式高速自动绕线机设计323 螺栓直径：合= + 2d 4 1.3合= 9.8由计算结果选用 M10 的螺栓。立式高速自动绕线机设计33第第 5 章气动夹紧系统章气动夹紧系统5.1 夹具与工作轴的配合夹具在工作轴上的位置不固定，因为，在装卸的过程中，夹具要在工作轴上滑动，在绕制线圈的过程中，夹具要随着工作轴转动。夹具与工作轴的此种相对状态的实现基于夹具上设有轴承，外圈固定在夹具上，套筒和工作轴之间要用花键连接，为了直观体现夹紧元件的的工作过程，用图 5.1 表示：图 5.1 加紧原件工作过程5.2 气缸的选择与尺寸计算气缸在气动夹紧系统中的安装方式如图 5.2 所示立式高速自动绕线机设计34图 5.2 气缸的安装方式由于绕线机的工作频率低，则设定负荷率，计算气缸的缸径时，须知道 = 0.8夹紧力，和气缸的工作压力，设夹紧力为，气缸压力，则缸径：100NP = 0.6MPaD =4=4 1003.14 0.6 0.8= 16气缸的选用都有推荐值，根据推荐值选择直径的气缸，选择系列气缸中20mmQGX型号的气缸。QGD20 205.3 导轨的选择本设计中，绕线机在工作时，它的进给系统做的是反复的直线运动，故进给需要有一个导轨进行导向，经过对比与考察，发现直线导轨具有与承载负载力大，互换性较高，安装起来也十分方便，故最终采用了直线导轨。根据负载大小，使用时的条件和预期的使用寿命，来选择直线导轨副。目前的直线导轨的生产厂家都对自己的产品进行了系列划分，本设计中的夹具质量小，形成小，安装时的空间也不大，综合各种原因，选用台湾 HIWIN 生产的 MGW 系列的窄型导轨。滑块的安装方式和直线导轨的安装方式如图 5.2.1 和图 5.2.2 所示。图 5.3 滑块安装方式立式高速自动绕线机设计35图 5.4 直线导轨安装方式立式高速自动绕线机设计1结论绕线机是把漆包线缠绕在工件上的电气加工设备，自动完成排线与绕线。而构成这样一台机器，需要很多自动化的系统和控制类元件，例如控制系统，传动系统，进给系统，人机交互界面和各种传感器，本设计中的立式高速自动绕线机与传动绕线机相比较有很大的改进，闭环系统的应用，提高了生产的精度，全自动化替代了半自动化，生产效率大大提高，降低来了操作工人的劳动强度。本设计中的绕线机结构相对于老式绕线机结构比较明晰，因为在设计过程中对各个系统的位置和系统中得各个部件的相互关系进行了最优的布置，还用 CAD 绘图软件对内部系统做出来简图，其结构简单性可见一斑。已存的绕线机内部结构比较混乱，这就浪费了部分不必要的空间。本设计中的绕线机具有精度不俗的特点，主要是经过仔细斟酌对比使用了最合适的部件，比如联轴器，电机，花键，螺栓等这些标准件，都是经过多方对比有确定选择出来的。而对于轴，同步带，同步带轮等的尺寸首先进行了周密的设计计算，并对其强度进行了校核确保其能达到使用标准。就目前能源的发展来看，电能的应用越来月广。而电能转换成其他的能源需要电动机这类设备，而这些设备中的关键在于线圈的绕制，故全自动新型绕线机的研制变得非常关键。立式高速自动绕线机设计2致谢毕业设计历经四个月终于完成了，内心十分高兴，更多的感激。在毕业设计的过程中，我遇到了很多困难，我去请教老师，我去请教同学，我去查阅资料。是老师，同学与诸多的科研工作者的工作成果的帮助，我才得以顺利解决困难。在这里我感谢我的指导老师蔡军老师，是她为我提供了立式高速自动绕线机这样一个紧跟时代潮流的项目，经过本次设计，我真的学会了很多东西，内心特别充实。而且在设计中，我遇到困难就去请教老师，全程老师其力亲为，孜孜不倦地为我解答，帮我搜集资料等，在大学生涯当中能遇到这样一位良师益友，我真是感到莫大的荣幸。在这里，我要对老师说声谢谢，也要对帮助过我的同学说声谢谢。是你们的帮助才能使我顺利地完成本次毕业设计。立式高速自动绕线机设计3参考文献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)：41-45.2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):56-60.3赵钢，罗银宾.全自动绕线机，专利 2014.4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.立式高速自动绕线机设计45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):58-59.7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):133-134.8伍晓亮，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):105-109.9王敏，杨兆建，张建军.细微线空心绕线机的研究J.IC 制造与设备，2009，173：44-46.10欧阳一鹏，赵汝炫.电阻绕线机的设计与改进J.硅谷,2013，(5):22-23.11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）2.12何国强，胡梓玉.切割钢丝用拉丝机和收线机的电气控制原理分析C.2011 金属制品行业技术信息交流会论文集，中国金属学会，2011：125-127.13William D.Brown.Advanced Electronic Packaging with Emphasis on Multichip ModulseM.14JEDEC Solid State Technology Association JESD22-A104CS,Temperature Cycing ,May,2005.15Betthu J D.Engineering Design and Graphics with Autodesk Inventor 2008M.Upper Saddle River.Prentics Hall Press,2007:39-42.立式高速自动绕线机设计5附录一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。数控刀具立式高速自动绕线机设计6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。驱动虚拟单点金立式高速自动绕线机设计7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立式高速自动绕线机设计8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，立式高速自动绕线机设计9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立式高速自动绕线机设计10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立式高速自动绕线机设计11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 6 classCGCommand 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立式高速自