繞線機(jī)產(chǎn)品方案原理（步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用）
1.引言
繞線機(jī)作為電子工業(yè)專用設(shè)備之一，在我國(guó)已生產(chǎn)和使用了多年，改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)元器件廠也引進(jìn)了許多國(guó)外的繞線機(jī)。常見(jiàn)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(shí)，這些機(jī)器都會(huì)遇到共同的問(wèn)題，如無(wú)法達(dá)到整齊排線，繞線張力無(wú)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(shí)，問(wèn)題尤為突出。針對(duì)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(gè)問(wèn)題，用它繞制的磁電式測(cè)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(shí)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(lái)實(shí)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(jì)要求，有針對(duì)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(shí)，由于線徑細(xì)，如果張力太大，就會(huì)將線拉長(zhǎng)，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(huì)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(gè)張力指示儀，它是一個(gè)機(jī)械式張力指示儀，通過(guò)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(yàn)調(diào)節(jié)所帶來(lái)的偏差，張力指示儀的加裝對(duì)減少高速繞線時(shí)產(chǎn)生的線的抖動(dòng)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(guò)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(shí)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(dòng)輪或擺錘的擺動(dòng)來(lái)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(lái)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(yùn)動(dòng)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(gè)線徑的距離，在電子數(shù)控技術(shù)發(fā)展的今天，實(shí)現(xiàn)起來(lái)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(guò)我們反復(fù)試驗(yàn)，強(qiáng)制排線方式用于高速繞制0．1mm以下的線圈時(shí)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(zhǎng)補(bǔ)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(jì)算出實(shí)際的排線參數(shù)，再根據(jù)實(shí)際調(diào)試加以修正，由于控制系統(tǒng)有掉電保護(hù)功能，對(duì)每一種規(guī)格的線圈，經(jīng)過(guò)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(shí)，寶石針的擺動(dòng)與繞線主軸同步，不過(guò)其擺動(dòng)幅度比單獨(dú)采用強(qiáng)制排線時(shí)小，留出了一定的余地讓自由排線來(lái)發(fā)揮其緊密排繞特長(zhǎng)。
3.控制系統(tǒng)原理
以AT89C52單片機(jī)為中心構(gòu)成的控制系統(tǒng)，由于程序存儲(chǔ)器在單片機(jī)內(nèi)部，四個(gè)口都可以作為I／O使用，大大簡(jiǎn)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(gè)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(chǔ)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(dòng)器，電磁制動(dòng)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(hào)的輸入，其中，計(jì)數(shù)傳感信號(hào)連到外部中斷INT0端，它是正確繞線的關(guān)鍵信號(hào)。復(fù)位電路和晶振電路比較簡(jiǎn)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(dòng)器控制和LED顯示驅(qū)動(dòng)三部分。變頻器控制占用了三個(gè)口線：?jiǎn)?dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)方向和第二速度選擇，均通過(guò)小型直流繼電器來(lái)切換。第二速度選擇是在預(yù)停機(jī)時(shí)，使變頻器運(yùn)行在低速狀態(tài)，以便計(jì)數(shù)到匝時(shí)直流電磁制動(dòng)器能及時(shí)制動(dòng)，從而達(dá)到準(zhǔn)確停機(jī)的目的。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)有兩個(gè)，即串行步進(jìn)脈沖信號(hào)和方向信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)都是TTL電平，由于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部有光耦隔離，故可以直接輸出。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(hào)，顯然，這種方式省了單片機(jī)的一個(gè)控制信號(hào)。LED顯示器是主要的人機(jī)界面，由集成電路MC14499和74LS05來(lái)?yè)?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(dòng)接口電路，通過(guò)外串電阻來(lái)驅(qū)動(dòng)共陰極發(fā)光二極管，僅通過(guò)CE、CLK和DATA三個(gè)信號(hào)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(hào)包括操作按鈕信號(hào)和繞線傳感信號(hào)，由于這些信號(hào)均來(lái)自機(jī)器，拉線較長(zhǎng)，為了防止干擾，有必要對(duì)其進(jìn)行隔離和處理。按鈕信號(hào)和傳感信號(hào)處理電路，二者區(qū)別在于U2的選用，對(duì)按鈕信號(hào)，U2選用光電耦合器TLP521－1，而對(duì)傳感信號(hào)，U2應(yīng)選槽型光電傳感器。雖然三個(gè)傳感信號(hào)電路相同，但其所起的作用卻大不一樣。排線零位信號(hào)由擋光片觸發(fā)，是步進(jìn)電機(jī)排線的坐標(biāo)原點(diǎn)，每繞完一個(gè)線圈，都要回到原點(diǎn)對(duì)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(hào)用于主軸的精確定位，保證每次都從某一位置開(kāi)始繞線或每次都能停在某一固定位置，也由擋光片來(lái)觸發(fā)。計(jì)數(shù)傳感信號(hào)有兩個(gè)作用，一是匝數(shù)計(jì)數(shù)，二是作為繞線主軸與排線軸的同步信號(hào)，它是一個(gè)中斷輸入信號(hào)，單片機(jī)收到這個(gè)信號(hào)就認(rèn)為繞了一圈，步進(jìn)電機(jī)應(yīng)該連續(xù)走一個(gè)線徑的距離，當(dāng)然，單片機(jī)要將這個(gè)距離平均分配為十次走完，這個(gè)任務(wù)由裝在主軸上的分頻式碼盤來(lái)完成。
繞線機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)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(gè)程序都用匯編語(yǔ)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(shí)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(jì)數(shù)和同步控制等。具體的鍵盤掃描、LED顯示、算術(shù)運(yùn)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(yǔ)
數(shù)控細(xì)微線繞線機(jī)已在用戶廠進(jìn)行了批量使用，實(shí)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(jì)算機(jī)精密控制實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)復(fù)合排線方式實(shí)用可行，很好地解決了國(guó)產(chǎn)設(shè)備及進(jìn)口設(shè)備在高速繞制細(xì)微線線圈時(shí)出現(xiàn)亂繞的問(wèn)題。
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