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摘要:介紹了數(shù)控細(xì)微線繞線機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計方案與排線方法,,給出了控制系統(tǒng)原理框圖及光電傳感器信號電路。 1.引言
繞線機(jī)作為電子工業(yè)專用設(shè)備之一,,在我國已生產(chǎn)和使用了多年,,改革開放以來,我國元器件廠也引進(jìn)了許多國外的繞線機(jī),。常見的有平行繞線機(jī),、環(huán)行繞線機(jī)及各種特種繞線機(jī)等。在繞制細(xì)微漆包線時,,這些機(jī)器都會遇到共同的問題,,如無法達(dá)到整齊排線,繞線張力無法控制等,,特別是繞制0.1mm以下的一些音圈,、傳感器機(jī)芯等線圈時,問題尤為突出,。針對這種情況,,我們研制了這種適用于細(xì)微漆包線的繞線機(jī),很好地解決了這個問題,,用它繞制的磁電式測振傳感器機(jī)芯線圈,,張力穩(wěn)定,線圈直流電阻一致性好,,排線整齊,,外觀達(dá)到了“鏡面”效果。
2.實現(xiàn)原理
與普通繞線機(jī)一樣,,精密繞線機(jī)的排線也是用步進(jìn)電機(jī)來實現(xiàn)的,,放線張力的控制也用了彈簧摩擦片張力器,但為了達(dá)到設(shè)計要求,,有針對性地進(jìn)行了許多改進(jìn),,采用復(fù)合排線法,加裝了張力指示儀,,大大地改進(jìn)了整機(jī)性能,,提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
2.1放線張力
在繞制細(xì)微漆包線時,,由于線徑細(xì),,如果張力太大,就會將線拉長,,使線圈的直流電阻增大,。在成批生產(chǎn)中,張力的不穩(wěn)定還會造成線圈與線圈之間較大的直流電阻差異,,所以要嚴(yán)格控制張力,。為此,,在普通放線張力儀與寶石針之間加裝了一個張力指示儀,它是一個機(jī)械式張力指示儀,,通過指針刻度即可知道繞線張力是多少克,,避免了操作工人憑經(jīng)驗調(diào)節(jié)所帶來的偏差,張力指示儀的加裝對減少高速繞線時產(chǎn)生的線的抖動也有好處,。細(xì)線的放線張力器一般都是彈簧摩擦片式,,經(jīng)過細(xì)致調(diào)節(jié)完全可以滿足要求。
2.2排線原理
繞細(xì)線線圈時一般采用兩種排線方式,,即自由排線和強(qiáng)制排線,。這兩種排線方法各有千秋,自由排線靠線的張力及擺動輪或擺錘的擺動來排線,,導(dǎo)輪與線圈骨架之間的距離較遠(yuǎn),,只要調(diào)節(jié)得當(dāng),每匝線都能緊密排繞,,完全可以使繞出的線圈達(dá)到“鏡面”效果,,但是調(diào)節(jié)起來比較困難,主要是機(jī)械方面的調(diào)試量太多,;強(qiáng)制排線利用繞線主軸與排線軸的同步運動技術(shù),,使每繞一圈,排線機(jī)構(gòu)步進(jìn)一定的距離,,一般是步進(jìn)一個線徑的距離,,在電子數(shù)控技術(shù)發(fā)展的今天,實現(xiàn)起來并不困難,,只要事先設(shè)置好繞線參數(shù),,不需要太多的調(diào)試即可繞線,但經(jīng)過我們反復(fù)試驗,,強(qiáng)制排線方式用于高速繞制0.1mm以下的線圈時非常困難,,經(jīng)常出現(xiàn)亂繞現(xiàn)象。
新方案采用將兩種方式復(fù)合,,取其長補其短,,以強(qiáng)制排線為主,,自由排線為輔,,寶石針與線圈骨架的距離拉大,控制系統(tǒng)根據(jù)這一距離和設(shè)定的繞線參數(shù),,計算出實際的排線參數(shù),,再根據(jù)實際調(diào)試加以修正,由于控制系統(tǒng)有掉電保護(hù)功能,,對每一種規(guī)格的線圈,,經(jīng)過幾次調(diào)整,,都可以很快得到理想的繞線參數(shù)并保存。繞線時,,寶石針的擺動與繞線主軸同步,,不過其擺動幅度比單獨采用強(qiáng)制排線時小,留出了一定的余地讓自由排線來發(fā)揮其緊密排繞特長,。
3.控制系統(tǒng)原理
如圖1所示的以AT89C52單片機(jī)為中心構(gòu)成的控制系統(tǒng),,由于程序存儲器在單片機(jī)內(nèi)部,四個口都可以作為I/O使用,,大大簡化了外圍電路,,提高了系統(tǒng)的可靠性。
3.1單片機(jī)電路
本系統(tǒng)的單片機(jī)電路是一典型的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng),,四個口均未用作數(shù)據(jù)口或地址口,,其中,P0口工作為基本輸入輸出方式,,控制LED顯示及EEPROM的讀寫,,串行EEPROM電路用了一塊X25045,它既能存儲繞線參數(shù),,防止掉電丟失,,又擔(dān)當(dāng)了監(jiān)控CPU的看門狗。P1口工作在輸出狀態(tài),,控制主軸電機(jī)M1變頻器,,排線步進(jìn)電機(jī)M2驅(qū)動器,電磁制動器和蜂鳴器,。P2口專門控制4×4監(jiān)控鍵盤,,采用了常規(guī)的行列矩陣掃描原理。P3口用于操作按鈕和繞線傳感信號的輸入,,其中,,計數(shù)傳感信號連到外部中斷INT0端,它是正確繞線的關(guān)鍵信號,。復(fù)位電路和晶振電路比較簡單,,此處不再贅述。
3.2輸出電路
輸出部分主要包括主軸電機(jī)變頻器控制,、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器控制和LED顯示驅(qū)動三部分,。變頻器控制占用了三個口線:啟動、轉(zhuǎn)動方向和第二速度選擇,,均通過小型直流繼電器來切換,。第二速度選擇是在預(yù)停機(jī)時,使變頻器運行在低速狀態(tài),,以便計數(shù)到匝時直流電磁制動器能及時制動,,從而達(dá)到準(zhǔn)確停機(jī)的目的,。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器控制信號有兩個,即串行步進(jìn)脈沖信號和方向信號,,這兩個信號都是TTL電平,,由于驅(qū)動器內(nèi)部有光耦隔離,故可以直接輸出,。驅(qū)動器在內(nèi)部將串行步進(jìn)脈沖進(jìn)行環(huán)行分配,,變成三相信號,顯然,,這種方式省了單片機(jī)的一個控制信號,。LED顯示器是主要的人機(jī)界面,由集成電路MC14499和74LS05來擔(dān)當(dāng),,MC14499是一款工作于串行方式的七段數(shù)碼LED編碼驅(qū)動接口電路,,通過外串電阻來驅(qū)動共陰極發(fā)光二極管,僅通過CE,、CLK和DATA三個信號與單片機(jī)接口,,大大節(jié)省了口線資源。
3.3輸入電路
輸入信號包括操作按鈕信號和繞線傳感信號,,由于這些信號均來自機(jī)器,,拉線較長,為了防止干擾,,有必要對其進(jìn)行隔離和處理,。圖2所示即為按鈕信號和傳感信號處理電路,二者區(qū)別在于U2的選用,,對按鈕信號,,U2選用光電耦合器TLP521-1,而對傳感信號,,U2應(yīng)選槽型光電傳感器,。雖然三個傳感信號電路相同,但其所起的作用卻大不一樣,。排線零位信號由擋光片觸發(fā),,是步進(jìn)電機(jī)排線的坐標(biāo)原點,每繞完一個線圈,,都要回到原點對零,,以消除由于步進(jìn)電機(jī)丟步或絲杠反向間隙造成的積累誤差。主軸零位信號用于主軸的精確定位,,保證每次都從某一位置開始繞線或每次都能停在某一固定位置,,也由擋光片來觸發(fā)。計數(shù)傳感信號有兩個作用,,一是匝數(shù)計數(shù),,二是作為繞線主軸與排線軸的同步信號,它是一個中斷輸入信號,,單片機(jī)收到這個信號就認(rèn)為繞了一圈,,步進(jìn)電機(jī)應(yīng)該連續(xù)走一個線徑的距離,當(dāng)然,,單片機(jī)要將這個距離平均分配為十次走完,,這個任務(wù)由裝在主軸上的分頻式碼盤來完成。
繞線機(jī)控制系統(tǒng)的實時性很強(qiáng),,而且主程序與中斷程序,、中斷程序與中斷程序之間的嵌套比較復(fù)雜,因此,,整個程序都用匯編語言編寫和調(diào)試,。在單片機(jī)中斷資源的利用方面作了合理安排,如T0定時器用于步進(jìn)電機(jī)調(diào)頻脈沖,,INT0外部中斷用于匝數(shù)計數(shù)和同步控制等,。具體的鍵盤掃描、LED顯示,、算術(shù)運算,、中斷處理等程序可參考有關(guān)資料,此處就不一一介紹了,。
4.結(jié)束語
數(shù)控細(xì)微線繞線機(jī)已在用戶廠進(jìn)行了小批量使用,,實踐證明其繞線質(zhì)量滿足精密線圈要求,調(diào)試方便,,穩(wěn)定可靠,,由單片計算機(jī)精密控制實現(xiàn)的復(fù)合排線方式實用可行,很好地解決了國產(chǎn)設(shè)備及進(jìn)口設(shè)備在高速繞制細(xì)微線線圈時出現(xiàn)亂繞的問題,。(史亞楠 編輯) |
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