绕线机原理

原理建模：

根据线绕电阻器的结构特点及生产要求，建立了如下图所示的绕制模型。

如图所示，骨架夹持定位后，送线装置从1#位置向前移动，把伸出的一小段电阻丝送到始焊点位置，然后焊机把电阻丝前段与左侧金属帽焊接在一起，接着骨架旋转一定的角度并同时移动一小段距离(前间距)，将电阻丝绕到瓷棒上，然后送线装置摆动一个角度(前摆角)到达2#位置，在这一位置电阻丝与骨架轴线垂直。接着开始绕线，如图b所示，骨架在旋转的同时向左排线移动，而送线装置固定不动，这样就在瓷棒上绕出了螺旋线，当绕制到合适位置时，骨架停止旋转及排线移动。然后，如图C所示，送线装置向右摆动一定角度(后摆角)返回到1#位置，接着骨架旋转一定的角度并移动一段距离(后间距)，将电阻丝绕到金属帽上，然后焊机把电阻丝与金属帽焊接在一起。在焊接的同时送线装置向后移动，把电阻丝拉断，接着骨架向右移动到初始位置，更换骨架，进行下一个骨架绕制。

主要技术控制

（1）恒张力的控制：

绕制电阻时，需要对电阻丝施加一定的阻力来产生线张力，以确保电阻丝紧密地绕在瓷棒表面。线材状态、放线卷的松紧程度、放线卷上电阻丝的排列方式、运动系统的速度变化等因素都会引起线张力的变化。张力太大会使电阻丝材料发生塑性变形，甚至导致电阻丝被拉断；张力波动幅度大，线张力不均匀，会使绕成的螺旋线各处内应力变化大，后工序处理时各处弹性恢复不一致，进而导致电阻阻值变化，甚至断线失效。由于电阻丝直径微小而且对电阻阻值一致性要求较高，因此对电阻丝的张力控制要求非常严格。采用控制绕线与放线的线速度差控制线张力的方法(检测线材的线速度、控制放料卷转速、补偿其线速度的变化)，要达到张力的波动幅度小或波动幅度处于受控状态，机械结构与控制系统比较复杂，影响因素众多，技术难度大，因此，线材的张力是影响电阻器质量的重要因素之一。

（2）精密排线和定位检测技术

线绕电阻器的绕线质量实际反映的是绕线节距精度，因此，实现排线系统的精确走位以达到控制节距精度的目的，既是衡量制造的线绕电阻器是否符合设计要求，又是考核绕制系统技术水平高低的重要参数，是系统研究设计的核心。排线与绕线的运行关系形成节距，排线系统运动的位置精度，直接影响绕线节距精度。排线系统要求实现u级位移精度，由于其静态质量、运动系统的动态加速度、传动误差等，会引起运动迟缓或运动突变，破坏运行关系；运动系统由于受动载荷、运行频率、环境温度、干扰源的影响，系统的电气参数偏离控制范围，均引起绕线节距精度的变化。这种变化量对线绕电阻器绕制系统影响很大。因此，准确控制排线的位置精度和稳态控制节距精度，是必须研究与解决的关键技术。另外，由于来料的骨架和金属帽长度不一致，使用标准骨架长度来定位很难达到实际的要求，如何进行准确的定位，也是需要解决的关键技术。

功能分析：

图3．1为电阻绕线机的功能构成。物料通过工艺系统，完成作业功能，生产出合格的成品。电源电器对外部能量进行处理，完成动力功能。PLC系统把操作者输入的信息进行存储、运算、输出指令，完成控制功能，并能向人机界面输出系统信息。传感器检测工作过程的变化，反馈给PLC系统，完成检测功能。机件联接和支撑各个部件，将各要素组合起来，进行空间配置，形成一个有机的整体。

另外，周围环境传入热、振动等干扰因素，加工中心的热、噪声、振动等伴生输出传给周围环境。

详细来说，电阻绕线机输如的物料是电阻骨架和电阻丝，而输出的成品是线绕电阻器，系统内部的作业功能、动力功能、控制功能、检测功能和结构功能共同作用，才能完成这种转变。由于电阻绕线机的工艺系统很复杂，必要功能很多，仅仅依靠上面的功能构成图并不能将其功能很清楚的完全表现出来，所以，接下来还要用功能树的形式来表达待设计系统的功能关系和功能元组成。

由图3．2所示的功能树可以看出，电阻绕线机的功能可以分解为下料功能、送丝功能、绕线功能、下件功能、控制功能等5个分功能。而每个分功能又需要一组功能元来实现。下料功能可以分解为下料引导、引线校直和精确送料3个功能元；送丝功能需要由送丝拉断、张力控制、送丝摆角和电阻丝实时检测4个功能元共同配合实现；绕线功能可以分解为骨架夹持定位、排线动作和绕线动作3个功能元；下件功能则可分解为下件引导、阻值检测和分选动作3个功能元：控制功能则包括了人机交互、运动控制、参数处理3个功能元。

功能分析：

（1）绕线模块实现的是电阻骨架的夹持定位、排线和绕线功能。根据原理方案的设计，绕线模块的下部是精密滚珠丝杠副和导轨的组合，因此，其只有采用卧式放置时才比较稳固牢靠。绕线模块是整台设备的核心部分，其他结构模块上的动作都是以它为核心，辅助其完成绕线动作。因此，绕线模块被放置在整台设备的中心位置，丝杠和导轨的组合固定在机箱内的支架上。

骨架的夹持定位需要夹头往复运动才能执行夹紧、松开动作，而绕线动作又要求夹头夹紧骨架后能带动它做回转运动。

（2）下料模块的位置被放在绕线模块的外侧，也即是整台机器的正面这一侧，相对于机箱固定。这种布置可以方便操作人员向下料机构内添加电阻骨架。同时，为了使电阻骨架的夹持定位准确，从下料机构上落到送料机构上的电阻骨架的轴线应与绕线模块的夹头轴线平行并在同一平面上。

（3）送丝模块被布置在绕线模块的内侧，也即是机器的背面一侧，位置相对机箱固定，但送丝机构可以摆动一个角度。送丝模块上的送丝机构一方面要将电阻丝送出方便焊接，另一方面还要在焊完第二点后能够将电阻丝拉断。送丝模块的高度应保证送出的电阻丝恰好与电阻骨架金属帽上方相切。

（4）下件检测模块放置在机器的外侧，位置相对于机箱固定。下料模块的结构应保证从夹头间落下的电阻器成品正好能落到下料导轨上，经过检测后的电阻经过分选，落入收集槽中不同的仓位。收集槽的位置应方便操作人员取放。

（5）控制模块包括气动控制单元和PLC控制单元，它们都被放置在机箱内。原理方案：

利用高精度滚珠丝杠副和导轨的组合来实现排线动作，滚珠丝杠副靠伺服电机来驱动。

电阻骨架靠两端金属帽夹持定位，夹持动作采用气缸来执行。

电阻骨架夹持定位后，一方面在伺服电机的驱动下做绕自身轴线的转动，另一方面还在丝杠导轨组合的带动下作沿轴线放线的左右移动。

保证：精确控制电阻绕线机的绕线动作和排线动作并协调好他们之间的配合，这样就可以改善绕线质量，进而提高所绕制电阻器的品质。