【2020-13】銅管繞線機(jī)設(shè)計(jì)【6張CAD+設(shè)計(jì)說(shuō)明書】

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內(nèi)容簡(jiǎn)介：: 摘要繞線機(jī)在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的機(jī)械式繞線機(jī)大多采用人工排線，在效率、質(zhì)量、成本等方面存在著諸多弊端。隨著互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展以及新工業(yè)時(shí)代的到來(lái)，繞線機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，控制系統(tǒng)也由人工升級(jí)為了數(shù)字系統(tǒng)并逐步向更加先進(jìn)的人工智能方向發(fā)展，這在很大程度上推動(dòng)了全球制造業(yè)的發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程。我國(guó)在繞線機(jī)的自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)上較傳統(tǒng)機(jī)械強(qiáng)國(guó)德、日、美等還有較大的差距，對(duì)繞線機(jī)的諸多關(guān)鍵技術(shù)仍沒(méi)有掌握，眾多型號(hào)的繞線機(jī)機(jī)頭依賴進(jìn)口。本課題對(duì)銅管繞線機(jī)的研究將致力于繞線機(jī)在排線、主軸進(jìn)給、線卷軸、支架等結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)；對(duì)繞線機(jī)的工作原理進(jìn)行論述；分析繞線過(guò)程中的張力控制，設(shè)計(jì)合理的張力控制系統(tǒng)；對(duì)滑塊進(jìn)行有限元分析，優(yōu)化其工作性能，最后通過(guò)選用先進(jìn)的總控制系統(tǒng)，使整個(gè)繞線機(jī)工作流程更加完整、連貫、高效。最后通過(guò)工程預(yù)算，初步估計(jì)繞線機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。關(guān)鍵詞：工業(yè)化繞線機(jī) 控制系統(tǒng) 張力控制 AbstractWinding machine is widely used in daily life and industrial production. Most of the traditional mechanical winding machines use manual wiring, which has many drawbacks in efficiency, quality and cost. With the development of Internet and numerical control technology and the arrival of the new industrial era, the principle and structure of the winding machine are constantly optimized, and the control system is upgraded from manual to digital system and gradually develops towards more advanced artificial intelligence, which, to a large extent, promotes the development and industrialization of the global manufacturing industry. China in the independent design and production of winding machine compared with the traditional machinery power Germany, Japan, the United States and so on still have a big gap, to winding machine many key technologies have not mastered, many models of winding machine head rely on imports.The research on copper tube winding machine will be devoted to the optimization design of winding machine structure, such as lining, spindle feed, wire reel and bracket. The working principle of the winding machine is discussed. The tension control in winding process is analyzed and a reasonable tension control system is designed. The finite element analysis was carried out on the slider to optimize its working performance. Finally, the advanced general control system was selected to make the whole winding machine work flow more complete, coherent and efficient. Finally, the project budget is used to estimate the economy of the winder.Key words: Industrial; Winding Machine ;Control System; Tension Control目錄摘要IAbstractII第一章緒論11.1課題研究背景及意義11.1.1課題研究的背景11.1.2課題研究的意義11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3論文主要內(nèi)容及章節(jié)安排2第二章銅管繞線機(jī)總體設(shè)計(jì)42.1引言42.2目前國(guó)內(nèi)用機(jī)42.3銅管繞線機(jī)裝配圖62.4銅管繞線機(jī)工作原理62.4.1總體工作流程62.4.2線圈繞制原理72.5最終方案的具體設(shè)計(jì)72.5.1主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)72.5.2排線機(jī)構(gòu)82.5.3線卷軸結(jié)構(gòu)102.5.4支架結(jié)構(gòu)112.6 關(guān)于張力控制的研究112.6.1張力控制的必要性112.6.2張力控制國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀112.6.3 工業(yè)中用到的張力控制方法122.6.4 張力控制系統(tǒng)組成132.7本章小結(jié)13第三章控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)143.1引言143.2控制系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能143.3控制系統(tǒng)設(shè)備選擇143.3.1主控制器選擇143.3.2操作系統(tǒng)選擇153.4監(jiān)控系統(tǒng)的基本任務(wù)和要求173.5監(jiān)控界面選擇173.6本章小結(jié)17第四章滑塊有限元分析194.1引言194.2預(yù)處理194.2.1模型導(dǎo)入194.2.2物料設(shè)置和分配194.3網(wǎng)格化214.5結(jié)果分析234.6 本章小結(jié)24第五章工程定額預(yù)算255.1繞線機(jī)機(jī)械主體預(yù)算255.2繞線機(jī)的維修成本控制265.3工作環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展26結(jié)論27參考文獻(xiàn)28致謝30IV第一章緒論1.1課題研究背景及意義1.1.1課題研究的背景近年來(lái)隨著互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)機(jī)械正在向嵌入數(shù)字控制系統(tǒng)的方向發(fā)展。我國(guó)制造業(yè)自改革開放來(lái)取得快速發(fā)展，對(duì)各種機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量要求不斷提高，2018年我國(guó)線圈總產(chǎn)量達(dá)到600多億只，線圈的銷售額也在逐年快速增長(zhǎng)，從2016年的30.58億美元增長(zhǎng)到2019年的50.33億美元，未來(lái)數(shù)年線圈市場(chǎng)的銷售規(guī)模都將保持25以上的增長(zhǎng)。新科技的應(yīng)用使得繞線機(jī)不斷向智能化，高速化，精密化和操作簡(jiǎn)易化的“新機(jī)械”方向發(fā)展。其中繞線機(jī)應(yīng)用相當(dāng)廣泛，小到縫紉機(jī)所需線圈大到水利工程、航空航天所需大型電機(jī)，因此繞線機(jī)的發(fā)展在機(jī)械現(xiàn)代化中最具代表意義。雖然近年來(lái)我國(guó)繞線機(jī)技術(shù)取得了一定進(jìn)步，但相較于諸多傳統(tǒng)機(jī)械大國(guó)，如美國(guó)，日本，德國(guó)，意大利等還有較大的差距，尤其是在繞線機(jī)機(jī)頭，伺服控制，人機(jī)交互等方面比較落后。1.1.2課題研究的意義繞線機(jī)廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妫覈?guó)對(duì)繞線機(jī)所掌握的技術(shù)非常有限。銅管繞線機(jī)雖與普通纏繞現(xiàn)狀物繞線機(jī)有著一些差別，但很多機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)都可互通互用。所以本課題的研究對(duì)管狀和線狀物體纏繞設(shè)備的研究都具有重大意義。本課題（銅管繞線機(jī)）將著力對(duì)排接線裝置，張緊機(jī)構(gòu)，主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)，繞線機(jī)支架，線卷軸結(jié)構(gòu)等進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)其中采用的絲杠排線機(jī)構(gòu)將具有更大的傳動(dòng)比和更高的精度；主軸采用矩形花鍵軸設(shè)計(jì)，來(lái)減小應(yīng)力集中，增大承載能力；支撐機(jī)構(gòu)采用兩個(gè)軸承箱作支撐，采用深溝球軸承，消除軸向載荷。并對(duì)各零件進(jìn)行有限元分析，對(duì)各元件的特性進(jìn)行分析和優(yōu)化，最后給予布局優(yōu)化，設(shè)計(jì)出一套完整，實(shí)用的銅管繞線機(jī)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)純機(jī)械式繞線機(jī)正在被數(shù)控系統(tǒng)控制的新型繞線機(jī)所取代。我國(guó)由廖建明參與設(shè)計(jì)的多軸全自動(dòng)繞線機(jī)處于國(guó)際領(lǐng)先地位，其設(shè)計(jì)的16軸繞線機(jī)實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)繞線生產(chǎn)，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)18000rpm；采用的xyz三軸聯(lián)動(dòng)部件和8工位轉(zhuǎn)盤式結(jié)構(gòu)等極大提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量；另外由哈爾濱理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的全自動(dòng)變壓器繞線機(jī)也處于世界領(lǐng)先水平。總體來(lái)說(shuō)國(guó)外部分國(guó)家在繞線機(jī)控制部分（即伺服驅(qū)動(dòng)器）實(shí)現(xiàn)了全閉環(huán)，生產(chǎn)效率更高，如日本三菱伺服驅(qū)動(dòng)器，在保持高性能的前提下對(duì)功能進(jìn)行限制的AC伺服非常先進(jìn)；美國(guó)高曼公司生產(chǎn)的環(huán)形伺服機(jī)型在環(huán)形繞線機(jī)領(lǐng)域遙遙領(lǐng)先。在環(huán)形繞線機(jī)的排線技術(shù)方面日本德國(guó)較為先進(jìn)，我國(guó)機(jī)頭大部分為進(jìn)口，近年來(lái)我國(guó)西華大學(xué)關(guān)于邊滑式繞線機(jī)的研究取得一定突破。在人機(jī)交互控制屏方面我國(guó)也處于落后水平，人機(jī)交互正在朝著智能化方向發(fā)展，如大型觸摸屏，人機(jī)對(duì)話；我國(guó)百度公司在人工智能領(lǐng)域處于國(guó)際先進(jìn)水平，廣州泰克奇和成都吉瑞在大型觸摸屏方面技術(shù)較為成熟，眾多繞線機(jī)控制器生產(chǎn)公司正在與其合作，加快人機(jī)交互智能化。以上列舉了我國(guó)和日本，美國(guó)，德國(guó)在繞線機(jī)領(lǐng)域分別的優(yōu)勢(shì)，總體來(lái)說(shuō)我國(guó)在繞線機(jī)的伺服控制和人機(jī)交互方面處于落后水平，在機(jī)械方面部分保持著一定的優(yōu)勢(shì)。在未來(lái)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)我國(guó)依舊應(yīng)該遵循邊創(chuàng)新邊引進(jìn)的發(fā)展道路。1.3論文主要內(nèi)容及章節(jié)安排本論文主要從銅管繞線機(jī)的實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，以提高生產(chǎn)效率為宗旨，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)繞線機(jī)行業(yè)的深入了解，針對(duì)其目前還存在的一些問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)學(xué)習(xí)和研究。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：（1）銅管繞線機(jī)系統(tǒng)總體方案的提出；（2）對(duì)銅管繞線機(jī)排線技術(shù)的研究；（3）對(duì)銅管繞線機(jī)線圈繞制過(guò)程中張力控制的研究；（4）繞線機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)；論文的章節(jié)安排如下：第一章介紹了課題研究的背景機(jī)意義，分析對(duì)比了銅管繞線機(jī)和一些現(xiàn)有繞線機(jī)的差別，提出了本文主要研究的內(nèi)容。第二章分析了銅管繞線機(jī)的工作原理，圍繞銅管繞線機(jī)裝配圖，對(duì)主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)，排線機(jī)構(gòu)，線卷軸結(jié)構(gòu)，支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析、設(shè)計(jì)和優(yōu)化。并對(duì)張力控制進(jìn)行了研究，提出了張力的產(chǎn)生和張力控制的必要性，分析了國(guó)內(nèi)張力控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析對(duì)比現(xiàn)行張力控制的方法，選擇最佳張力控制方法，并給出了張力控制系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)。第三章對(duì)銅管繞線機(jī)的總控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇，分析其工作原理，論述了監(jiān)控系統(tǒng)的工作任務(wù)和基本要求，為銅管繞線機(jī)的自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)。第四章主要對(duì)滑塊進(jìn)行了有限元分析，分析和優(yōu)化了滑塊的工作性能，為繞線機(jī)的穩(wěn)定工作提供了保障。第五章對(duì)銅管繞線機(jī)生產(chǎn)的成本進(jìn)行了預(yù)估，同時(shí)也從繞線機(jī)維修的角度給出了建議，進(jìn)一步減少了繞線機(jī)后續(xù)的附加成本。對(duì)繞線機(jī)的工作環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展做了相關(guān)論述。第二章銅管繞線機(jī)總體設(shè)計(jì)2.1引言銅管繞線機(jī)屬于傳統(tǒng)的螺線管繞線機(jī)，主要分為直型螺線管繞線機(jī)和彎曲螺線管繞線機(jī)，本課題主要進(jìn)行直型銅管繞線機(jī)的設(shè)計(jì)。銅管繞線機(jī)的芯模骨架（銅管）可視為一圓柱體，主軸所處位置為圓柱體軸心，同樣也是線圈的軸向位置。銅管繞線機(jī)的繞制工作從大體上講需要同時(shí)滿足銅管的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和放線設(shè)備的橫向運(yùn)動(dòng)兩個(gè)基本運(yùn)動(dòng)。因此控制主軸進(jìn)給速度和橫向放線進(jìn)給速度的比例就非常重要，即張力控制。下文將會(huì)對(duì)張力控制進(jìn)行單獨(dú)研究。本課題的設(shè)計(jì)從設(shè)計(jì)產(chǎn)品上講需要需要滿足基本繞線工作，保證繞線質(zhì)量，同時(shí)要符合經(jīng)濟(jì)，實(shí)用，環(huán)保等要求。2.2目前國(guó)內(nèi)用機(jī) 圖2-1 一種臥式繞線機(jī)（前視）圖2-2 一種臥式繞線機(jī)（后視）圖2-1和圖2-2所示是我國(guó)常用的一種臥式直型螺線管繞線機(jī)。這種型號(hào)的繞線機(jī)就能滿足主軸回轉(zhuǎn)和放線機(jī)構(gòu)的橫向位移?？刂茩C(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)控制，該種繞線機(jī)主要依賴進(jìn)口。該繞線機(jī)分為放線部分、張力控制部分、收線部分三大部分。其放線部分布置在地面工作臺(tái)上，可在水平面上按照預(yù)定的進(jìn)給速度作橫向位移運(yùn)動(dòng)，放線盤由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，繞線由張力控制系統(tǒng)輸送至繞線機(jī)放線臂，繞線機(jī)的放線臂前端布置有張力檢測(cè)裝置。繞線通過(guò)放線盤，經(jīng)由導(dǎo)輥滑輪結(jié)構(gòu)傳送，通過(guò)張力裝置調(diào)整張力后，經(jīng)由主軸電機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，纏繞在預(yù)制的線圈骨架上面。本課題（銅管繞線機(jī)）的設(shè)計(jì)我將采用立式結(jié)構(gòu)，在排線和零件布局上和臥式有著明顯差別，各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)用于不同場(chǎng)合。2.3銅管繞線機(jī)裝配圖1-支架 2-調(diào)節(jié)滑塊 3-電機(jī)固定板 4-導(dǎo)架 5-從動(dòng)輪圖2-3 銅管繞線機(jī)裝配圖本設(shè)計(jì)我對(duì)零件結(jié)構(gòu)和布局做了比較好的規(guī)劃，整個(gè)設(shè)計(jì)從外觀上講結(jié)構(gòu)分布合理，并且設(shè)計(jì)了電機(jī)固定板，方便后續(xù)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的安裝。下文我將依照裝配圖論述繞線機(jī)工作原理、工作流程，并對(duì)繞線機(jī)主要結(jié)構(gòu)：主軸進(jìn)給結(jié)構(gòu)、排線結(jié)構(gòu)、線卷軸結(jié)構(gòu)和支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，論述其設(shè)計(jì)特征和工作特點(diǎn)。2.4銅管繞線機(jī)工作原理2.4.1總體工作流程銅管生產(chǎn)線自動(dòng)纏繞機(jī)是用于生產(chǎn)銅管生產(chǎn)線的端部纏繞設(shè)備。放線盤的最快放線速度可達(dá)22m/min。該設(shè)備由自動(dòng)纏繞部分，定長(zhǎng)測(cè)量部分，自動(dòng)排線部分三部分組成。自動(dòng)繞線部分采用伺服電機(jī)控制，定長(zhǎng)測(cè)量部分采用米表控制，自動(dòng)排線設(shè)備采用伺服電機(jī)控制。自動(dòng)繞線機(jī)采用對(duì)稱式設(shè)計(jì)，兩側(cè)同時(shí)擰緊或分離。繞線時(shí)，先將兩軸分開，人工將卷筒對(duì)中，然后擰緊。這個(gè)動(dòng)作固定卷軸。銅管從冷卻系統(tǒng)冷卻后，就是銅管的成品，接下來(lái)就要進(jìn)行卷繞收集工作。在此之前，銅管必須先穿過(guò)張拉系統(tǒng)。目的是使銅管在纏繞時(shí)有一定的張力，使纏繞銅管致密不松動(dòng)。之后通過(guò)米表再繞過(guò)排線機(jī)的線輪，然后將銅管端部放入線盤閉合接觸面的接頭處，拉緊線盤，然后開機(jī)繞線。當(dāng)線盤完全纏繞時(shí)，與排線機(jī)導(dǎo)輪支撐板相連的氣壓系統(tǒng)工作，推動(dòng)固定板前進(jìn)，固定板上的導(dǎo)輪隨銅管落入剪切系統(tǒng)，剪切系統(tǒng)工作，將銅管剪短。至此，銅管的纏繞和收集工作就完成了。主軸可單獨(dú)更換，卷軸可更換后再卷繞。2.4.2線圈繞制原理線圈繞制之前，繞線的芯模骨架（即銅管）固定在主軸和基座之間，繞制開始的時(shí)候，主軸帶動(dòng)芯模骨架旋轉(zhuǎn)，放線機(jī)構(gòu)以和主軸進(jìn)給相匹配的速度做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，將線料緊密的纏繞在銅管上。由于排線時(shí)線料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為一螺旋線形狀，并通過(guò)對(duì)其幾何要素和速度的分析可得出此式：（2-1）式中導(dǎo)線速度（排線導(dǎo)針的移動(dòng)速度）；匝間的法向螺距；卷繞線速度（單位時(shí)間內(nèi)的繞線長(zhǎng)度）；導(dǎo)線卷繞一周的長(zhǎng)度。由式可知，在繞制線圈的過(guò)程中，想要使排線均勻，必須保持不變。繞線主軸繞制一周的時(shí)間為/，在繞線的過(guò)程中繞線主軸轉(zhuǎn)速不變，即/保持不變。2.5最終方案的具體設(shè)計(jì)2.5.1主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)用于控制主軸的進(jìn)退。其目的是收緊和放松卷軸。該機(jī)構(gòu)采用一對(duì)安裝在肩部的角接觸球軸承。臺(tái)肩和軸承端蓋固定軸承，它限制了軸承和主軸之間的軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)。軸承降低了主軸在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的摩擦系數(shù)。由于主軸在工作時(shí)除旋轉(zhuǎn)外還有軸向進(jìn)給作用，所以采用成對(duì)安裝的角接觸球軸承。角接觸球軸承既能承受軸向載荷，又能承受徑向載荷，并能在較高的轉(zhuǎn)速下工作。單個(gè)角接觸球軸承只能承受一個(gè)方向的軸向載荷，由于主軸有前進(jìn)和后退兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，所以選用成對(duì)安裝的角接觸球軸承。軸承套圈和軸承端蓋固定保護(hù)軸承?？刂浦鬏S前進(jìn)和后退的驅(qū)動(dòng)器是氣壓系統(tǒng)，氣壓系統(tǒng)與推板相連。推板通過(guò)螺釘與軸承套圈連接。氣壓系統(tǒng)工作時(shí)，推動(dòng)板被往復(fù)拉動(dòng)而移動(dòng)。氣壓系統(tǒng)軸向進(jìn)給通過(guò)推板，軸承套圈和角接觸球軸承的配合，將軸向力傳遞給主軸，從而實(shí)現(xiàn)主軸的軸向進(jìn)退。1軸承 2推板 3螺絲螺母 4螺絲 5振動(dòng)篩2-4進(jìn)給機(jī)構(gòu)2.5.2排線機(jī)構(gòu)常用排線機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介：1.凸輪排線機(jī)構(gòu)凸輪排索機(jī)構(gòu)主要由凸輪，回位彈簧和排索桿組成。電機(jī)帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)索桿按凸輪的輪廓運(yùn)動(dòng)，回位彈簧的工作使索桿按凸輪的輪廓運(yùn)動(dòng)。然后根據(jù)排線桿的運(yùn)動(dòng)將銅管排在線盤上。2.絲杠排線機(jī)構(gòu)絲杠排線機(jī)構(gòu)由絲杠，排線裝置和電機(jī)組成。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠運(yùn)動(dòng)，排線機(jī)構(gòu)安裝在絲杠上，絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)排線器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在絲杠兩端分別安裝行程開關(guān)，當(dāng)絲杠向前轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，排線器作正向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。當(dāng)前進(jìn)遇到行程開關(guān)時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。此時(shí)，排線器在絲杠上反向運(yùn)動(dòng)，反向運(yùn)動(dòng)的末端再次遇到行程開關(guān)。此時(shí)絲杠再次向前旋轉(zhuǎn)，排線器向前進(jìn)給。該控制實(shí)現(xiàn)了往返運(yùn)動(dòng)和排線工作。采用絲杠排線具有傳動(dòng)比高，精度高等優(yōu)點(diǎn)。但絲杠加工難度高，螺距影響排纜的嚴(yán)密性。如果徑向力過(guò)大，即銅管質(zhì)量過(guò)大或拉力過(guò)大，絲杠就會(huì)彎曲變形。3.光條式排線機(jī)構(gòu)光條排纜機(jī)構(gòu)是借鑒國(guó)際上一些技術(shù)設(shè)計(jì)的。主要由燈桿，行程開關(guān)，換向器和滾動(dòng)軸承組成。光桿排纜機(jī)構(gòu)的工作原理是由電機(jī)提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)光桿旋轉(zhuǎn)，光桿與滾動(dòng)軸承環(huán)的配合帶動(dòng)滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)排纜機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)排纜裝置遇到開關(guān)時(shí)，滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化。光棒電纜在實(shí)現(xiàn)無(wú)間歇調(diào)速方面取得了前所未有的進(jìn)展。燈條的成本很高，遇到較大的力時(shí)與軸承的摩擦配合會(huì)打滑，從而導(dǎo)致排纜不均勻。光條排纜機(jī)構(gòu)適用于受力不是很大的場(chǎng)合。4.軌道式排線機(jī)構(gòu)軌道式排索機(jī)構(gòu)的排索機(jī)構(gòu)作用于固定軌道上，通過(guò)軌道上的運(yùn)動(dòng)來(lái)排索。適用于排線速度低，產(chǎn)品質(zhì)量高的場(chǎng)合。由于它是軌道式結(jié)構(gòu)，因此能夠承受重載工作場(chǎng)所。由于軌道式排線機(jī)構(gòu)質(zhì)量較大，在排線的換向過(guò)程中會(huì)有較大的慣性，因此小導(dǎo)線不適用于軌道式排線機(jī)構(gòu)。這個(gè)機(jī)構(gòu)就是繞線機(jī)的排線機(jī)構(gòu)，采用軌道式排線，其安裝順序安裝在定量測(cè)量部分之后，繞線機(jī)夾持的線盤上方。主要部件有導(dǎo)輪，導(dǎo)輪支撐板，固定板，T型滑塊和壓板。當(dāng)銅管從米表中出來(lái)后，繞過(guò)導(dǎo)輪上部，再插入線盤上的固定孔中，啟動(dòng)繞線機(jī)，繞線機(jī)開始工作，繞線。排纜器安裝在絲杠上，絲杠通過(guò)聯(lián)軸器與伺服電機(jī)相連。伺服電機(jī)工作時(shí)，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，然后排線器在絲杠上沿軸向進(jìn)給。當(dāng)銅管穿過(guò)線盤芯部的寬度時(shí)，伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，然后排線器沿絲杠的軸向反轉(zhuǎn)并再次穿過(guò)芯部的寬度。伺服電機(jī)再次向前旋轉(zhuǎn)，排線機(jī)再次反轉(zhuǎn)后。這個(gè)圓形動(dòng)作完成了銅管的排線，使銅管整齊地纏繞在線盤上。支撐板用螺絲固定在T型滑塊上，兩壓板對(duì)稱放置固定在固定板上。對(duì)稱放置的壓板之間形成的間隙橫截面為T形，正好與T形滑塊配合，T形滑塊插入壓板形成的T形槽中。設(shè)計(jì)了壓板和T型滑塊配合剪切機(jī)構(gòu)完成剪切動(dòng)作。導(dǎo)向輪支撐板上連接有氣缸。當(dāng)繞線即將完成時(shí)，控制排線機(jī)伺服電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。氣缸工作推動(dòng)導(dǎo)輪支撐板前進(jìn)，T形滑塊沿T形槽前進(jìn)，運(yùn)動(dòng)軌跡固定。此時(shí)，固定在導(dǎo)輪支撐板上的導(dǎo)輪也向前移動(dòng)，卡在導(dǎo)輪內(nèi)的銅管被氣壓系統(tǒng)向前推動(dòng)一個(gè)位移，銅管穿過(guò)線盤夾持板上的預(yù)留孔，使銅管纏繞在剪切內(nèi)管上，此時(shí)剪切機(jī)構(gòu)工作，剪切機(jī)構(gòu)工作將銅管切割。電纜排列機(jī)構(gòu)如圖所示。1-導(dǎo)孔 2-導(dǎo)盤 3-滑塊 4-螺釘圖2-5 排線機(jī)構(gòu)2.5.3線卷軸結(jié)構(gòu)線盤由夾持板和盤芯兩部分組成。固定板用三顆螺絲固定在盤芯上。銅管纏繞在盤芯上，阻擋盤可保持銅管纏繞成型。線盤采用對(duì)稱式設(shè)計(jì)，可以方便地安裝或拆卸成銅管，導(dǎo)柱可以方便地安裝在線盤中心。在盤芯的外端是一個(gè)凹的等腰三角槽，它想與主軸末端的等腰三角凸臺(tái)配合。等腰三角形的邊是工作平面。通過(guò)面與面的接觸和配合，主軸的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)。由于等腰三角形的特點(diǎn)，使卷筒易于拆卸和安裝在主軸上，節(jié)省了時(shí)間，提高了效率。線盤對(duì)稱組合的設(shè)計(jì)，也省去了另外設(shè)置夾頭的需要，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，操作方便。繞過(guò)排線器的銅管，將其線端放入對(duì)稱線盤之間的連接處，然后擰緊即可開始工作。盤芯工作面具有一定的錐度，拆下銅管后即可輕松拆下盤片。在對(duì)稱盤芯的接觸面上設(shè)計(jì)了凹槽，使得兩平面接觸時(shí)可以減小張力，方便地?cái)Q緊盤。2.5.4支架結(jié)構(gòu)繞線機(jī)主軸采用兩個(gè)軸承箱作支撐，選用深溝球軸承，因?yàn)闆](méi)有軸向載荷。主軸與軸承之間花鍵孔的配合具有良好的指導(dǎo)性。主軸與電機(jī)的連接選用剛性聯(lián)軸器。主軸與聯(lián)軸器采用矩形花鍵連接，中性承載能力好，齒根結(jié)實(shí)，由于齒根較淺，可減少應(yīng)力集中?；ㄦI軸的軸和輪轂強(qiáng)度削弱較小，加工更方便。該磨削方法可以獲得較高的精度。2.6 關(guān)于張力控制的研究2.6.1張力控制的必要性隨著線圈的繞制不斷進(jìn)行，線圈的半徑不斷增大，因此如果主軸進(jìn)給和放線進(jìn)給速度不改變，那么線料受到的張力將不斷增大，在材料韌性限度內(nèi)線料不斷被拉伸，但是半徑減小，電阻增大，直接對(duì)線圈的工作性能造成影響；進(jìn)給速度控制過(guò)于不合理則還可能直接拉斷線料，導(dǎo)致線圈損壞；除此以外，施加在線料上的張力是線圈成型壓力的唯一來(lái)源，所以張力不足會(huì)導(dǎo)致線圈繞制成型的壓力不足，進(jìn)而使線料無(wú)法與軸芯相貼合。因此施加在線料上的張力穩(wěn)定可控就顯得非常重要。2.6.2張力控制國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀張力控制主要是對(duì)主軸進(jìn)給和送料速度比例的控制，比例過(guò)大會(huì)導(dǎo)致線料被拉斷，比例過(guò)小會(huì)導(dǎo)致繞線松弛、混亂、離縫，這都會(huì)導(dǎo)致所繞制線圈的工作性能受到極大影響，甚至直接損壞線圈，因此比例必須控制在合理范圍之內(nèi)。我國(guó)對(duì)張力的控制系統(tǒng)的研究晚于諸多發(fā)達(dá)國(guó)家，因此比例控制相比一些國(guó)家相對(duì)落后，我國(guó)所能控制的比例精度較低，只能保證繞制過(guò)程中線料不會(huì)過(guò)于拉伸，但是在精度控制上相對(duì)粗糙，因此生產(chǎn)的繞線機(jī)線圈線料排布精度較低，因此對(duì)于半徑極小的線料的繞制我國(guó)還不能獨(dú)立完成。2.6.3 工業(yè)中用到的張力控制方法在工業(yè)生產(chǎn)中，為了滿足線圈繞制工藝要求的張力，一般都通過(guò)施加不同形式的阻力來(lái)實(shí)現(xiàn)，工業(yè)中用到的主要施加形式由以下幾種：第一種：在送線通道上安裝摩擦輥，摩擦輥會(huì)對(duì)放線設(shè)備放出的線料產(chǎn)生摩擦進(jìn)而提供繞制所需要的張力，通過(guò)這種方式施加摩擦需要摩擦輥與線料充分接觸，因此需要一定的接觸面積，所以這種方式適用于半徑較大的線料的繞制，對(duì)于細(xì)絲料而言，難以產(chǎn)生所需要的繞線張力；同時(shí)在繞制過(guò)程中摩擦輥與線料的接觸或多或少會(huì)對(duì)線料或者漆包有一定磨損，因此此種方式現(xiàn)在工業(yè)上占用比例較低。第二種：通過(guò)在放線盤與繞線主軸控制回轉(zhuǎn)的螺線管（銅管）管身的繞線傳送通道上安裝制動(dòng)器，通過(guò)制動(dòng)器制動(dòng)施加阻力來(lái)提供所需要的張力。這種張力控制方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是會(huì)受到機(jī)械結(jié)構(gòu)本身的限制，所以張力控制精度并不是很高，所以這種結(jié)構(gòu)一般根據(jù)機(jī)械本身結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品要求精度來(lái)確定是否使用。第三種：在放線裝置上施加阻力矩，即在放線過(guò)程中，在芯軸上安裝可以提供阻力矩的裝置，通過(guò)繞線機(jī)收線部分的收線回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與放線部分的阻力矩，就可以提供在繞線時(shí)所需要的張力。通過(guò)這種方式產(chǎn)生的張力會(huì)隨著繞線的需求而改變，即通過(guò)控制使阻力矩保持不變，隨著繞制的進(jìn)行，張力會(huì)隨著線圈實(shí)際半徑的改變而改變。這種控制張力的方法難度在于阻力矩恒定的控制，現(xiàn)在常用計(jì)算機(jī)張力控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種張力控制方式既不會(huì)對(duì)繞線本身造成影響，也不需要考慮機(jī)械本身結(jié)構(gòu)的限制，同時(shí)控制精度很高，是目前應(yīng)用最廣泛的張力控制方式，也是本課題傾向采取的控制方式。三種方式的原理結(jié)構(gòu)如下：圖2-6 張力的控制方式2.6.4 張力控制系統(tǒng)組成銅管繞線機(jī)的張力控制系統(tǒng)可分為三個(gè)主要部分：放線盤放線部分，張力檢測(cè)與控制部分，銅管管身收線部分。放線部分主要由放線盤、張力控制器、變頻電機(jī)（施加阻力矩）。收線部分使用特定夾具固定安裝銅管管身并通過(guò)伺服電機(jī)控制其回轉(zhuǎn)，從而使線料纏繞到銅管管身上，并控制放線裝置的位置和放線速度。張力檢測(cè)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線料上的張力值，并將測(cè)定的張力信息傳送給張力控制器，張力控制器在接收到信號(hào)后，再經(jīng)過(guò)計(jì)算把所得信息傳送給變頻電機(jī)，隨時(shí)修改其輸出的反向力矩，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)張力的穩(wěn)定可控。設(shè)計(jì)的張力控制系統(tǒng)如圖所示：2-7 張力控制系統(tǒng)示意圖2.7本章小結(jié)本章主要提出了繞線機(jī)工作的本質(zhì)，給出了目前國(guó)內(nèi)用機(jī)的前后視圖，并結(jié)合繞線機(jī)總裝配圖分析了銅管繞線機(jī)的工作原理，同時(shí)對(duì)主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)，排線機(jī)構(gòu)，線卷軸機(jī)構(gòu)和支架機(jī)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，并對(duì)各機(jī)構(gòu)工作性能和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行論述，論證其相較于過(guò)去一些機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)處，以確保銅管繞線機(jī)的穩(wěn)定工作。在張力控制必要性的部分提出了張力的產(chǎn)生和張力的必要以及由于張力控制不當(dāng)會(huì)造成的后果。分析張力控制的關(guān)鍵和我國(guó)張力控制技術(shù)的現(xiàn)狀，由此引申出張力控制在設(shè)計(jì)中的重要性。在第三小段對(duì)工業(yè)上目前應(yīng)用到的三種張力控制方法進(jìn)行分析對(duì)比，最后選用施加阻力矩的方法。最后對(duì)張力控制系統(tǒng)的組成和工作原理進(jìn)行了論述，論證上文提到的張力可控。第3章控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1引言總控制系統(tǒng)是繞線機(jī)不可或缺的一部分，過(guò)去傳統(tǒng)繞線機(jī)均采用人工控制和半自動(dòng)控制，依賴人工不可避免導(dǎo)致了效率低下，質(zhì)量也難以保證。因此本課題所采用的是伺服電機(jī)分布式控制系統(tǒng)，就是要采用多個(gè)控制器進(jìn)行分別控制，最后把信息反饋到總控制系統(tǒng)，形成一個(gè)閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。在構(gòu)建了銅管繞線機(jī)總控制系統(tǒng)之后，為了便于工業(yè)生產(chǎn)，還需要建立一套能實(shí)時(shí)反應(yīng)繞線機(jī)工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)的監(jiān)控系統(tǒng)，在這個(gè)過(guò)程中需要應(yīng)用到計(jì)算機(jī)軟件和人機(jī)交互界面。3.2控制系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能控制系統(tǒng)靈活控制放線盤放線速度，在接收到張力檢測(cè)裝置的信息反饋之后必須能夠準(zhǔn)確計(jì)算出主軸進(jìn)給速度和橫向放線速度的比例，并進(jìn)行及時(shí)的調(diào)節(jié)。具備斷線自動(dòng)檢測(cè)功能，防止出現(xiàn)機(jī)械事故。需要對(duì)同徑螺線管的繞線信息進(jìn)行分類存儲(chǔ)的功能，方便同類型產(chǎn)品的再次生產(chǎn)。檢測(cè)系統(tǒng)需要具備登錄，運(yùn)行控制，歷史信息等功能。3.3控制系統(tǒng)設(shè)備選擇3.3.1主控制器選擇目前普遍使用的自動(dòng)控制系統(tǒng)可供選擇的主要類型有三種：?jiǎn)纹瑱C(jī)，PLC和微PC。微PC結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，操作要求較高，一般應(yīng)用于某些特定場(chǎng)合。應(yīng)用最多的嵌入式控制系統(tǒng)的主要控制方式為單片機(jī)控制和PLC控制兩種。PLC是一種基于數(shù)字運(yùn)算的技術(shù)，其具備編寫程序來(lái)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的能力，是專門為大工業(yè)環(huán)境下的生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的一種控制技術(shù)。其主要具備的功能包括邏輯運(yùn)算，順序運(yùn)算，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)等等，主要通過(guò)數(shù)字形式或者模擬形式的輸入和輸出，來(lái)完成各種類型的機(jī)械生產(chǎn)，PLC及相關(guān)配套設(shè)施都是按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)組成的一個(gè)體系，易于進(jìn)行功能擴(kuò)充的準(zhǔn)則設(shè)計(jì)。隨著幾年來(lái)微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，使得PLC的可靠性大大增加，平均使用壽命的到極大的延長(zhǎng)。因此，PLC功能強(qiáng)大，便于維護(hù)，應(yīng)用靈活，調(diào)試周期短等優(yōu)點(diǎn)都使其應(yīng)用范圍大大的增加。單片機(jī)是一種采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)設(shè)計(jì)而成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，因此單片機(jī)控制器具有更高的控制性能。根據(jù)繞線機(jī)的不同類型而設(shè)計(jì)不同的單片機(jī)進(jìn)行控制。綜合比較兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，最終決定使用PLC可編程控制器，原因是：?jiǎn)纹瑱C(jī)雖然具有較好的控制性能，但是容易受到其他因素的干擾而降低設(shè)備的精確度。選擇PLC控制系統(tǒng)是處于對(duì)設(shè)備長(zhǎng)遠(yuǎn)利益考慮，其后期的維修和調(diào)試成本相對(duì)來(lái)說(shuō)比較低，而且PLC技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，控制精度也可以得到不錯(cuò)的保證。最終選擇使用松下的 FP-X 型PLC，如圖 4-1 所示，它是晶體管輸出型的。該型號(hào)的PLC 具有高速演算、大容量程序存儲(chǔ)器、具有獨(dú)立的注釋存儲(chǔ)器、最大 I/O點(diǎn)數(shù)可達(dá)300點(diǎn)等四大突出優(yōu)勢(shì)。圖4-1 松下FP-X型PLC3.3.2操作系統(tǒng)選擇操作系統(tǒng)主要包括觸摸屏，顯示器和操作面板?？紤]到繞線機(jī)工作場(chǎng)合的不確定性，以及讓操作者方便的生產(chǎn)工藝參數(shù)，監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程和報(bào)警信息等，控制界面選用普洛菲斯的GP3300H型手持式觸摸屏，其可在電纜長(zhǎng)度內(nèi)隨意移動(dòng)，極大的方便了操作者操作。操作界面如下圖4-2，電氣參數(shù)如下表4-34-2普洛菲斯GP3300H型手持式觸摸屏4-3電氣參數(shù)表類別參數(shù)輸入電壓DC24V額定電壓DC19.2V-28.8V允許失電10ms以下功耗16.7W以下瞬時(shí)電流16.7以下，半寬（電流超過(guò)30A的時(shí)段）：40ms以下絕緣強(qiáng)度AC500V, 20mA小于1分鐘（電源端子和FG端子之間）絕緣電阻DC500V,10兆歐以上（電源端子和FG端子之間）3.4監(jiān)控系統(tǒng)的基本任務(wù)和要求從直螺線管線圈繞線機(jī)的繞制工藝要求與設(shè)備運(yùn)行的規(guī)律出發(fā)，該繞線機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主要任務(wù)如下：(1) 與下位機(jī)通信獲得繞線機(jī)張力，速度，位移等等實(shí)時(shí)工作運(yùn)行參數(shù)，對(duì)繞線機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行分析，判斷其運(yùn)行是否正常，若正常工作則顯示其各種參數(shù)，若發(fā)生故障則需要及時(shí)報(bào)警。(2) 通過(guò)對(duì)變頻器與控制卡輸入已知的數(shù)據(jù)，以使伺服電機(jī)與變頻電機(jī)收到對(duì)應(yīng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并可以對(duì)部分參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的修改，實(shí)現(xiàn)對(duì)繞線機(jī)運(yùn)行整個(gè)過(guò)程的控制。(3) 讀取監(jiān)控界面的各種參數(shù)，并進(jìn)行詳細(xì)記錄；(4) 界面直觀清晰，便于人工操作以及數(shù)據(jù)收集?；谝陨弦?，銅管繞線機(jī)的上位機(jī)監(jiān)控界面在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足以下設(shè)計(jì)原則：（1）用戶需求在控制界面上有良好的顯示；（2）操作簡(jiǎn)單，信息顯示清楚直觀，使用方便；（3）符合人為操作習(xí)慣；（4）具備操作失誤時(shí)自動(dòng)停止運(yùn)行功能，防止操作不當(dāng)時(shí)系統(tǒng)發(fā)生損壞。3.5監(jiān)控界面選擇Microsoft Visual Studio（簡(jiǎn)稱 VS）支持多種編程語(yǔ)言對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。其中，C#是一種較為新型的編程語(yǔ)言，VC#提供了一種面向?qū)ο蟮木幊汰h(huán)境，有大量的現(xiàn)成控件，便于構(gòu)建 windows 窗體程序，具有良好的可視化性能，完全能夠滿足銅管繞線機(jī)的監(jiān)控功能。基于以上優(yōu)點(diǎn)，可以便捷的開發(fā)上位機(jī)的監(jiān)控界面。同時(shí)，VC#具有強(qiáng)大的編程功能，可以實(shí)現(xiàn)多種參數(shù)的編程控制，并且其具有非常好的模塊擴(kuò)展能力，便于監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)改造。因此本文所述的繞線機(jī)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)采用 VC#進(jìn)行其界面設(shè)計(jì)與功能開發(fā)。3.6本章小結(jié)通過(guò)對(duì)繞線機(jī)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和張力控制的控制方式的研究，本章概述了銅管繞線機(jī)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要求，并按照同時(shí)對(duì)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)部分和張力系統(tǒng)部分進(jìn)行控制的要求搭建了繞線機(jī)控制系統(tǒng)，并簡(jiǎn)單介紹了該控制系統(tǒng)的軟硬件部分。此外，根據(jù)繞線機(jī)控制系統(tǒng)的性能要求，應(yīng)用 VC#軟件設(shè)計(jì)了可用于繞線機(jī)控制系統(tǒng)上位機(jī)的監(jiān)控界面，實(shí)現(xiàn)了線圈繞制參數(shù)的輸入與繞線機(jī)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。這在很大程度上使得整個(gè)繞線工作自動(dòng)化程度更高，進(jìn)一步提升了工作效率。第4章滑塊有限元分析4.1引言有限元分析是用數(shù)學(xué)方法把物理系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)劃分成眾多而細(xì)小的單元。元素之間在一定約束條件下的相互作用可以歸結(jié)為使用有限數(shù)量的元素來(lái)近似無(wú)線數(shù)未知結(jié)果的方法?；谠摾碚?，可以對(duì)負(fù)載，磁場(chǎng)，流體，電場(chǎng)等系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。目前國(guó)外許多公司在實(shí)際生產(chǎn)和研究中廣泛使用有限元軟件，如ansys，adams，ideas等，在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分利用有限元軟件對(duì)零件的各種特性進(jìn)行分析和優(yōu)化。例如，通過(guò)受力分析可以得到零件的應(yīng)力，應(yīng)變，變形等參數(shù)。可以知道零件是否能滿足要求。通過(guò)對(duì)不同材質(zhì)的零件進(jìn)行材質(zhì)分析，可以選擇新的，便宜的材料。從而降低生產(chǎn)成本。對(duì)零件形狀的流動(dòng)分析可以直觀地得到一些數(shù)據(jù)，包括流體的方向和各零件的壓力。這些數(shù)據(jù)在實(shí)驗(yàn)中很難獲得，或者說(shuō)需要通過(guò)更多的投入，人力，物力來(lái)獲得。這體現(xiàn)了有限元法的意義。目前，這一技術(shù)手段在國(guó)內(nèi)應(yīng)用并不廣泛。這主要是因?yàn)槲覈?guó)處于技術(shù)前沿，領(lǐng)域少。工廠大多位于低端加工制造業(yè)。沒(méi)有先進(jìn)的高科技技術(shù)。但隨著國(guó)家對(duì)工業(yè)制造的重視，越來(lái)越多的工業(yè)工程師得到了提拔。而且國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)也會(huì)被我們廣泛應(yīng)用和接受。對(duì)滑塊進(jìn)行有限元分析的原因：由于在繞線過(guò)程中滑塊會(huì)頻繁與其他零件摩擦，并且需要經(jīng)常調(diào)節(jié)，所以對(duì)滑塊材料的選擇和力學(xué)的分析非常重要。通過(guò)對(duì)銅管繞線機(jī)滑塊的有限元分析，可以不斷優(yōu)化滑塊的各種參數(shù)和工作性能，為繞線機(jī)的穩(wěn)定工作提供保障。4.2預(yù)處理4.2.1模型導(dǎo)入對(duì)三維軟件對(duì)滑塊進(jìn)行建模，建模后將模型導(dǎo)入ansysworkbench4.2.2物料設(shè)置和分配查詢素材庫(kù)，如圖4-1所示，知道45Mn的材料參數(shù)如下:圖4-1 45Mn材料參數(shù)材料的楊氏模量為2.04e11PA，泊松比為0.23。在軟件中產(chǎn)生一種新材料，名稱設(shè)置為45MN。點(diǎn)擊左邊的線性特性，在楊氏牟杜勒斯一欄輸入2.04e11，在泊松比一欄輸入0.23，點(diǎn)擊保存，創(chuàng)建一個(gè)新材料。如圖4-2所示。圖4-2 創(chuàng)建新材料頁(yè)面進(jìn)入ANSYS軟件后，點(diǎn)擊材料，在材料-分配框后點(diǎn)擊擴(kuò)展，選擇之前建立的材料45Mn2，就成功地將材料分配到零件中，如圖4-3圖4-3 材料分配界面4.3網(wǎng)格化導(dǎo)入模型后，如上圖所示，打開主界面，將模型網(wǎng)格化，點(diǎn)擊網(wǎng)格功能，右鍵插入網(wǎng)格方法，選擇大小調(diào)整，即可設(shè)置網(wǎng)格大小。將整個(gè)網(wǎng)格尺寸設(shè)置為1mm。點(diǎn)擊網(wǎng)格，軟件將網(wǎng)格模型。網(wǎng)格劃分影響分析結(jié)果的質(zhì)量。一般來(lái)說(shuō)，網(wǎng)格劃分越細(xì)，分析結(jié)果就越準(zhǔn)確。與簡(jiǎn)單的線性結(jié)構(gòu)分析相比，只需將網(wǎng)格的整體質(zhì)量設(shè)置為100即可滿足要求。劃分結(jié)果如圖4-4所示。圖4-4 網(wǎng)格劃分結(jié)果可以看到最終的網(wǎng)格劃分效果和網(wǎng)格數(shù)量，如下圖4-5所示:4-5網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖所示，網(wǎng)格總數(shù)為487658個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)為170523個(gè)，網(wǎng)格質(zhì)量為1004.4工況設(shè)置網(wǎng)格劃分完成后，需要設(shè)置整個(gè)裝置的邊界條件。如下圖所示，是模型的固定條件，即模型中的某些部分是固定的。將滑塊的頂面設(shè)置為固定。即固定支架。此外，設(shè)置約束條件，即應(yīng)力載荷或位移載荷置接觸面上的力為3000N，方向相反。如圖4-6所示圖4-6設(shè)置約束條件示意圖4.5結(jié)果分析預(yù)處理完成后，點(diǎn)擊軟件上的SOLVE按鈕，進(jìn)入計(jì)算過(guò)程，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行分析。分析得到的總變形位移如圖4-7所示，最大主應(yīng)力如圖4-8所示。圖4-7 總變形位如圖所示，最大的變形發(fā)生在滑塊端部的紅色部分。符合工作過(guò)程中收集的扭轉(zhuǎn)力的方向。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要保證該部分的強(qiáng)度，減小扭轉(zhuǎn)，增加傳動(dòng)精度和可靠性。4-8 最大主應(yīng)力從圖中可以看出，滑塊拐角處產(chǎn)生較大的應(yīng)力應(yīng)變，且次數(shù)較弱。設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)加強(qiáng)該部分的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。另外，端部圓軸部分也存在較大的應(yīng)力和變形，可以通過(guò)增大圓筒直徑來(lái)改善?；蛘咄ㄟ^(guò)改變材料，熱處理等來(lái)提高整體。4.6 本章小結(jié)本章主要對(duì)銅管繞線機(jī)的滑塊進(jìn)行有限元分析，對(duì)滑塊進(jìn)行預(yù)處理，并對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格化分析，得到滑塊的受力情況，選擇合適的材料，以滿足繞線機(jī)工作的要求，最后確定對(duì)滑塊拐角進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的加大。通過(guò)這一步，使滑塊的工作性能達(dá)到了最優(yōu)化。由于篇幅和難度問(wèn)題，沒(méi)有對(duì)所有元件進(jìn)行有限元分析，后續(xù)我將繼續(xù)完善。第5章工程定額預(yù)算5.1繞線機(jī)機(jī)械主體預(yù)算序號(hào)名稱數(shù)量成本1底座梁11302底座梁21303底座撐板11254固定立柱2455頂部撐板11006大梁1407滑軌31508支架11209橫向滑塊41010腳板11011橫向立柱12512滑軌端蓋220013芯子130014壓緊裝置210015從動(dòng)輪16016螺母座1317電機(jī)固定板15018光軸14019絲杠座23020調(diào)節(jié)滑塊12021電機(jī)固定板15022線架115023卡盤座120024鎖緊螺母2425軸銷18026齒盤110027滑塊66028內(nèi)六角M16x303629絲杠螺母225.2繞線機(jī)的維修成本控制繞線機(jī)的維修方法和相關(guān)提議：整機(jī)復(fù)位法、備件替換法、改善環(huán)境質(zhì)量法、維修信息跟蹤法。1.整體復(fù)位法相當(dāng)于現(xiàn)在各種機(jī)型的恢復(fù)出廠設(shè)置，會(huì)清空存儲(chǔ)的程序和軟件類信息，但是能快速恢復(fù)硬件的正常操作，所以定期脫機(jī)存儲(chǔ)不同類型繞線機(jī)生產(chǎn)程序等相關(guān)信息將非常有利于整體復(fù)位之后快速恢復(fù)生產(chǎn)，減少損失。2.備件替換法應(yīng)用于繞線機(jī)可拆卸零件的維修，因此在購(gòu)進(jìn)繞線機(jī)時(shí)應(yīng)盡量選擇可拆卸零件較多的設(shè)備，尤其是易磨損的零件，這能極大提高維修的快速性。3.改善環(huán)境質(zhì)量法即通過(guò)環(huán)境加濕，降噪，減震等等，降低外界環(huán)境對(duì)機(jī)器的損害，由于后期大規(guī)模搬運(yùn)成本過(guò)高，所以工廠要根據(jù)自身大多數(shù)設(shè)備的硬性環(huán)境選擇工廠落地位置和規(guī)模等，之后再通多工廠種植綠植降噪加濕，通過(guò)減震膜，減震墻等減震，減少外界環(huán)境對(duì)設(shè)備的損害。4.維修信息跟蹤法即記錄維修信息，這樣不僅可以大致計(jì)算設(shè)備的維修周期，而且能在再次出現(xiàn)同樣問(wèn)題時(shí)快速制定維修方法，因此必須對(duì)每一臺(tái)設(shè)備的維修信息進(jìn)行及時(shí)記錄。采用以上四種方法都會(huì)在很大程度上減少維修成本。5.3工作環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展（1）對(duì)于銅管和不同線料的切割廢料進(jìn)行分類回收；（2）繞線時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲，可通過(guò)在工廠內(nèi)種植綠植降噪；（3）本課題設(shè)計(jì)的銅管繞線機(jī)眾多零件具備拆卸功能，能夠快速更換，符合可持續(xù)發(fā)展理念。結(jié)論隨著“新機(jī)械”和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)各種線圈的需求量進(jìn)一步增加，性能要求也越來(lái)越高，直螺線管線圈是一種通用的線圈，過(guò)去應(yīng)用于各種電機(jī)，隨著4G和5G技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在也廣泛應(yīng)用于通信和移動(dòng)設(shè)備。繞線機(jī)的控制技術(shù)也從傳統(tǒng)的人工控制成功過(guò)渡到了半自動(dòng)控制，目前正在朝著全自動(dòng)的方向發(fā)展。本課題對(duì)銅管繞線機(jī)的研究也采用伺服電機(jī)控制，進(jìn)一步提高了繞線機(jī)的自動(dòng)化水平。通過(guò)對(duì)繞線機(jī)發(fā)展?fàn)顩r和螺線管類繞線機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的學(xué)習(xí)和研究，本課題對(duì)主軸進(jìn)給、排線、線卷軸等結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，張力控制也采用了目前最為先進(jìn)的恒阻力矩控制方式，設(shè)計(jì)出了與現(xiàn)有控制系統(tǒng)匹配的一套經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的銅管繞線機(jī)。論文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)部分：（1）對(duì)繞線機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了對(duì)比分析，確定了本課題所需側(cè)重研究的內(nèi)容。對(duì)銅管繞線機(jī)機(jī)械的主體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括排線機(jī)構(gòu)，主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)等，主軸進(jìn)給在設(shè)計(jì)上采用角接觸軸承，氣壓驅(qū)動(dòng)，使整個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)更加穩(wěn)定。（2）對(duì)所應(yīng)用到的關(guān)鍵技術(shù)張力控制技術(shù)進(jìn)行了分析對(duì)比，給出了最佳選用方案，并對(duì)恒阻力矩的控制進(jìn)行了分析和論述，最后對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行理論設(shè)計(jì)和原理分析。（3）對(duì)滑塊進(jìn)行有限元分析，不斷優(yōu)化元件性能，使繞線機(jī)工作更加穩(wěn)定。本論文是通過(guò)對(duì)直螺線管生產(chǎn)工藝和現(xiàn)有繞線機(jī)特點(diǎn)的分析，在結(jié)合自己的一些創(chuàng)新想法而設(shè)計(jì)的一款銅管繞線機(jī)，由于我的個(gè)人水平限制，論文可能存在諸多不足之處，后續(xù)還需要不斷改進(jìn)和完善：（1）還需要通過(guò)大量反復(fù)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行考核，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，爭(zhēng)取找到最優(yōu)的方案。（2）由于時(shí)間和難度問(wèn)題，沒(méi)有對(duì)所有元件進(jìn)行有限元分析，有一些元件可能還存在一些下次，在后續(xù)爭(zhēng)取對(duì)所有元件進(jìn)行分析，不斷優(yōu)化，使整個(gè)繞線機(jī)趨于完善。隨著需求的不斷增加，對(duì)彎曲螺線管類繞線機(jī)的需求也越來(lái)越大，生產(chǎn)彎曲螺線管的環(huán)形繞線機(jī)需要的技術(shù)更加復(fù)雜，排線和張力控制等方法完全不同，后續(xù)還需要對(duì)此類繞線機(jī)展開學(xué)習(xí)和研究。參考文獻(xiàn)1.聶斌.高度自動(dòng)化的機(jī)械制造過(guò)程控制方法J.機(jī)械設(shè)計(jì),2005,5(22):59- 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