墊
堡蘭
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蘭
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蘭
竺
竺
～
數控繞線機研究與設計
高振華 梁榮海。姜宗林ｚ
（１
淄博市環境保護科學研究設計院，
淄博２５５０４５；２，
淄博市環境監測中心站，
淄博２５５０
４
５）
摘
要：
本文介紹了采用步進電動機數控技術研究設計的數控繞線機，
該設計包括機械部分、電氣部
分、
微機控制電磁抱閘制動設計、
數控程序設計，具有計數準確、
功能齊全、
操作方便等優點，
提高了勞動生
產率。適用于中小電機制造企業，成本低、
精度高、
操作簡單方便、
應用前景廣闊。
關鍵詞：繞線機
數控技術
制動器
自動控制
中圖分類號：
ＴＨＩ６文件標識碼：
Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ
ａｎｄ
Ｄｅｓｉｇｎ
ｏｎ ＮＣ
Ｗｉｎｄｉｎｇ
Ｍａｃｈｉｎｅ
ＧＡＯ Ｚｈｅｎｈｕａ 。ＬＩＡＮＧ
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４
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２．
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ＺｉＢｏ Ｃｉｔ
ｙ，ＺｉＢｏ ２５５０
４
５）
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ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｒａｋｅ，Ａｕｔ
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ｌ
１數控繞線機研制問題的提出
隨著電子電器工業的發展，線圈的需求量越來
越大、
品種也越來越多，
從大型的電力變壓器、
牽引
電機繞組到充電用的微型線圈、
節能燈具用線圈，以
及各類電子設備都使用線圈。繞線機是用來繞制線
圈的設備。在使用的各種繞線機中，
有最早的手工繞
線，
現在大都用機械式的繞線機。機械式繞線機精度
較差，
線圈需逐匝檢驗，
工作效率較低，
勞動強度高，
尤其是機械式繞線機由于沒有采用自動控制技術，
線滾子由于慣性超越運行，
散線易劃去表面絕緣層，
影響產品質量?，F在國內繞線機已有了全自動、
多功
能、自動化產品。從線圈生產的上線、
排線、
饋線、
到
線圈繞制下線等，
都實現了過程自動化。從繞線機的
控制形式上看，從單一的開環控制發展到使用直流
伺服系統和交流伺服系統的閉環控制，已經形成了
由單軸繞制線圈到多軸同時繞制多個線圈的系列產
品。但這些先進的繞線機產品價格很高，
對中小型電
機制造企業的繞線使用來說，
功能有比較大的冗余，
價格太高，
一旦出現故障自己難以維修，
所以作者針
３２
對某中小型電機制造廠使用機械式繞線機的缺點，
根據實際生產不需要排線的要求，
研制成本低、
功能
滿足使用要求、
簡單易學、
操作方便的數控繞線機。
圖１數控繞線機總體方案原理圖
１齒輪Ｚ２＝３０ ２繞線軸
３線模
４金屬線５金屬線滾子
６抱閘制動器
７齒輪Ｚ１
＝２５
８ １３０ＢＣ３１
００Ａ步進電
２數控繞線機總體方案的制定
２．
１總體方案的制定
如圖１所示，１
６位單片機控制步進電機轉動，
通
過一級齒輪降速把轉動傳遞到繞線軸，當即將繞滿
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設計與研究。
≮ 瑪
蠢 ≮誓
匝數時，
單片機控制抱閘制動器使線滾子制動。根據
生產中小型電機的需要，本繞線機繞線的直徑為
０．
８
—２ｒ
ａ
ｍ，最大可回旋直徑２２０ｒ
ｎｍ，
不需要排線功能。
２．
２有關參數的選擇
①轉動脈沖當量的選擇：轉動脈沖當量取決于
負載精度，
將負載的最小分辨率（當量）
換算到電機
軸上，
即得步進電機的步距角。因繞線首尾重合為一
匝，
選轉動脈沖當量＝０．
５度。
②步進電機選擇：選步進電機步距角０．
６度，
齒
輪變速ｚｌ
＝２５，
Ｚ２＝３０，
模數ｍ＝１，
繞線軸的轉動脈沖當
量為：
＝
＝
＝２．
５（度）
１
．
３ＵＩ二．
）
步進電機的動態力矩一下子很難確定，我們往
往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據是電機
工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二
種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。
直接起動時（一般由低速）
二種負載均要考慮，
加速
起動時主要考慮慣性負載，恒速運行只要考慮摩擦
負載。一般隋況下，
靜力矩應為摩擦負載的２—３倍為
好。繞線最大張力經機械式繞線機試驗為３．
４千克，
摩擦負載轉矩為３．
４０—４．
５５Ｎｍ。
擇靜力矩一樣的步進電機，由于電流參數不同，
其運行矩頻特性差別很大，
可依據矩頻特性曲線圖，
判斷電機的驅動電壓和電流。步進電機一般在較大
范圍內調速使用、
其功率是變化的，
一般只用力矩來
換算功率，
力矩與功率換算如下：根據功率Ｐ＝∞Ｍ，
∞＝２１
Ｔ
ｒ
ｇ６０，∞為角速度，
單位為弧度／秒，
ｎ為轉速
轉／分，
所以Ｐ＝２１
ＴｎＭ／
６０，
其中Ｐ為功率，
單位為瓦，
Ｍ為力矩，單位為牛頓米。綜上所述，
步進電機的計
算選擇步驟如圖２所示。
圖２步進電機選擇計算步驟
選擇１３０ＢＣ３１
００型步進電機，三相六拍工作方
式，
步距角０．
６度，
驅動電流８Ａ，
高低驅動電壓８０伏
和３００伏，保持靜轉矩１１
．
７６Ｎｍ，滿足負載轉矩
４．
５５Ｎｍ的要求，該步進電機運行頻率比較高，
為
１５０００Ｈｚ，
矩頻特性比較好，
在較高頻下輸出轉矩不下
降。
③抱閘制動器的選擇：制動器工作原理是利用
摩擦副中產生的摩擦力矩來實現機械軸停止運轉，
引人抱閘制動器解決了停止繞線時，因線滾子慣性
繼續旋轉出現散線劃傷線表面絕緣層，省去了人工
控制，
降低了勞動強度，
提高了產品質量和材料利用
率，通過計算和比較選擇短行程電磁鐵雙瓦塊式制
動器，
制動器的型號為ＪＣＺ２００／
１５，制動器上電磁鐵型
號為ＭＺＳ１—１５，
線圈電壓為３８０伏三相交流電壓。
３數控繞線機控制部分設計
３．
１數控繞線機步進電機控制部分設計
步進電機控制部分主要有如下功能：人工通過
鍵盤向微機輸入繞線匝數、
輸入速度級數，開發控制
程序定義鍵盤有運行鍵、
暫停鍵，
開機首次繞線時，
先輸人匝數和速度級數后，按運行鍵則微機控制步
進電機自動升速繞線，當升速到要求的速度級數時
就恒速運行，當快到達要求的匝數時（具體匝數實驗
確定）自動降速運行，
微機控制抱閘制動器抱閘，
到
達要求的匝數則線模和金屬線滾子停止運轉。當再
次繞同樣規格的線時只按運行鍵即可，不用重復輸
人匝數和速度級數，
框圖如圖３所示。
圖３微機控制數控繞線級原理框圖
３．
２抱閘制動器控制設計
抱閘制動器控制為弱電控制強電設計，其控制
原理圖如圖４所示。微機并行輸出口（下轉第３５頁）
３３
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設計與研究
圖１變速箱示意圖
圖２動力滑臺示意圖
３．
２工藝步驟
根據機架的加工要求及我公司現有設備情況，
為了保證窗口各面間的相互平行與垂直，窗口面與
地腳面相對位置及對稱，
移動式牛頭刨床加工前，
首
先在ＢＦ一１３Ａ落地鏜床上分別加工出安裝定位基準、
找正基準及測量基準并在ＢＦ一１
３Ａ落地鏜床］
Ｊ
ｎ－
￣出
地腳各面。
在移動式牛頭刨床上加工窗口各面時，分別以
寬度方向基準面及地腳面定位安裝，同時以基準找
正，
來保證窗口面的平行及與窗口底面的垂直，
通過
測量基準來保證窗口各面與地腳面的相對位置及對
稱度要求。
加工過程中，刨刀行程５００毫米，粗加工速度
６．
４毫米／分，
精加工速度１２．
８毫米／分，
符合牛頭刨
床的加工特點；刨削時整個刨頭直接穿人工件內檔，
圖３機架工示意圖
剛性較好，
加工平穩。
３結束語
以上加工機架內檔的方法比ＢＦ一１３Ａ落地鏜床
機架，
加工精度和效率都有很大提高，
成本也大大降
低，
經檢測完全符合圖紙要求，
各項精度均能滿足使
用，
并且經用戶使用未提出任何異議。
該加工方案投入成本低，
效益高，
不僅僅適合加
工機架，也適合加工其它一些大型工件的內檔及平
面的加工，
大大擴展了牛頭刨床的加工范圍，
對沒有
大型設備的公司非常適合。
參考文獻：
［
１
】
《機械設計手冊》，機械出版工業出版社
［
２】
《牛頭刨床圖冊》，
沈陽機床廠
【
３］
《牛頭刨床使用說明書》，
０
●０
●０
●０
●０
●０
●０
●０
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●０
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●０
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●ｏ
●０
●０
●
（上接第３３頁）
Ｄｌ位發出高電平，
ｎ繼電器線圈帶
電，
其常開觸點閉合，電磁鐵線圈帶電，
實現抱閘；
微
機并行輸出口Ｄ２位發出高電平，
Ｊ
２繼電器線圈帶
電，
其常閉觸點斷開，電磁鐵線圈失電，
抱閘松開。
４結論
本數控繞線機克服了機械式繞線機精度較差，
效率較低的缺點，降低了勞動強度，提高了產品質
量，
具有設定匝數、
顯示繞線信息、自動停機、
暫停和
【ａ）
微機控制原理圖
Ｖ
【ｂ）電磁鐵強電控制原理圖
線圈自動抱閘停轉等功能，適用于各種中小型企業
的繞線，
成本低、
精度高、
操作簡單方便、
使用前景廣
闊。
參考文獻：
【１
】高宇。
侯曉霞．機電一體化電力變壓器繞線機．
電氣時
代，
２００４．
５．
９２—９３
『
２１劉曉勇，
方曉燕．
基于Ｐｃ和ＰＬＣ的繞線機數控系統研
究，
機床電氣，
２００４．
１．
４６—４７
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