邴冬梅

摘 要：目前大部分自動(dòng)繞線機(jī)都存在張力控制不穩(wěn)定的問(wèn)題，繞制是產(chǎn)品電氣指標(biāo)存在較大離散，不能滿足一些產(chǎn)品對(duì)線包一致性的要求，該文針對(duì)此問(wèn)題探討自動(dòng)繞線機(jī)張力控制方式，指出單一的彈簧張力設(shè)定方式的不足，提出新的自動(dòng)繞線機(jī)張力檢測(cè)、控制的方案，與國(guó)外昂貴的張力控制方法相比，該方法簡(jiǎn)單可靠，成本較低，經(jīng)實(shí)際試用，可以大大提高張力控制穩(wěn)定性，由于其安裝不需對(duì)原繞線機(jī)結(jié)構(gòu)作更改，可在眾多自動(dòng)繞線機(jī)上快速便捷的加裝，具有一定的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：張力控制 自動(dòng)繞線機(jī) 拉力計(jì) 單片機(jī)

中圖分類號(hào)：TM305 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）12（a）-0077-02

在漆包線繞制工藝中，張力是一個(gè)十分重要的參數(shù)，漆包線廠家在漆包線出廠時(shí)都提供繞行張力的參考值，在使用時(shí)必須保證工藝值滿足線材要求，線材的過(guò)度受拉會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有影響。對(duì)一些總長(zhǎng)較長(zhǎng)的線包尤其是精密傳感器用線包來(lái)說(shuō)，如果對(duì)張力沒(méi)有控制會(huì)造成產(chǎn)品電氣參數(shù)分布的離散。因此張力計(jì)是自動(dòng)繞線機(jī)必不可少的，它已成為繞線機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。

隨著新產(chǎn)品新技術(shù)的不斷推出，張力計(jì)在近幾年也有了迅速地發(fā)展，由以前由彈簧機(jī)械預(yù)先設(shè)定張力發(fā)展到現(xiàn)在的電子測(cè)量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)保證張力穩(wěn)定。電子反饋控制張力計(jì)是在最新高檔繞線機(jī)上的使用附件[1-2]，它可以根據(jù)張力波動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)張力大小，電子張力計(jì)采用的是電磁式張力控制。這種張力計(jì)多為進(jìn)口繞線機(jī)配備，附件價(jià)格昂貴，再加上需與新的主機(jī)和軟件配套使用，其使用成本太高。

1 張力控制原理

目前國(guó)內(nèi)繞線機(jī)配備的張力計(jì)大都為機(jī)械式，通過(guò)調(diào)節(jié)彈簧及摩擦片的松緊實(shí)現(xiàn)張力調(diào)節(jié)，由于相關(guān)機(jī)械參數(shù)的離散性，張力計(jì)上的值只能作為大致參考，在實(shí)際使用過(guò)程中，為了避免張力器的不準(zhǔn)確，需通過(guò)拉力計(jì)鉤住漆包線的一端試?yán)瓉?lái)測(cè)定張力（如圖1），根據(jù)情況調(diào)節(jié)彈力及壓緊力，由于是手動(dòng)測(cè)量和調(diào)節(jié)，再加上在繞行過(guò)程中機(jī)頭的移動(dòng)，彈簧的跳動(dòng)及摩擦片摩擦力變化，還有線包外形尺寸的累積變化[3]均會(huì)造成張力的波動(dòng)和偏離，最終造成產(chǎn)品的相關(guān)電氣參數(shù)出現(xiàn)較大的離散。

繞線機(jī)在較高速繞行時(shí)，線材張力控制除了跟調(diào)定的相關(guān)預(yù)緊力有關(guān)外，還跟受到阻尼器及滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力影響相關(guān)[4]，在允許范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速越高，張力越大。利用這個(gè)原理，可設(shè)計(jì)一套張力實(shí)現(xiàn)微調(diào)系統(tǒng)，選配帶有數(shù)據(jù)輸出接口的電子拉力計(jì)（非鎖定式）裝在機(jī)器上實(shí)現(xiàn)張力實(shí)時(shí)測(cè)量，根據(jù)張力反饋情況對(duì)繞線機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。

2 張力測(cè)量

張力計(jì)安裝示意圖如圖1所示，拉力計(jì)掛裝一個(gè)滑輪拉在漆包線上，拉力計(jì)裝在上面不影響繞線的進(jìn)行，同時(shí)可以實(shí)時(shí)讀出繞行時(shí)的張力值，根據(jù)所得張力可以進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，如果值偏差較大一般在彈簧拉力計(jì)上進(jìn)行松緊調(diào)節(jié)，而如果偏差值較小，一般適當(dāng)調(diào)節(jié)一下繞行速度即可。

繞線張力F1與拉力計(jì)讀數(shù)F2的關(guān)系由圖2分析可得：

F2=F1·cosφ+F1·sinθ

為了方便測(cè)量，拉力計(jì)滑輪位一般拉到直角位置（如圖3）此時(shí)F2=F1，拉力計(jì)值即為張力值。

拉力計(jì)作為一種通用工具其校準(zhǔn)比較方便，定期校準(zhǔn)可以保證張力值讀數(shù)的準(zhǔn)確。這種加裝拉力計(jì)的方法可以準(zhǔn)確反映繞線張力值，避免了張力器自身參考讀數(shù)不準(zhǔn)確，手工測(cè)量不一致以及轉(zhuǎn)速因素?zé)o法估量的問(wèn)題，測(cè)量方法簡(jiǎn)單可靠直觀。

3 張力的控制

繞線的速度（線速度）與張力在一定范圍內(nèi)存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，速度快張力大，速度小張力小，對(duì)于張線機(jī)來(lái)說(shuō)只能控制轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，但是在繞制一些層數(shù)較多的線圈時(shí)，由于繞線的積累導(dǎo)致骨架直徑變大，會(huì)造成線速度的變快，此時(shí)應(yīng)及時(shí)地放小主軸轉(zhuǎn)速，維持線速度穩(wěn)定，保持張力的穩(wěn)定。對(duì)于長(zhǎng)骨架來(lái)說(shuō)，機(jī)頭的大范圍移動(dòng)，線的受力也有波動(dòng)，越靠邊張力越大，此時(shí)也應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)速度的大小，將電子拉力計(jì)的拉力值與速度控制關(guān)聯(lián)起來(lái)，可以制成一個(gè)具有實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的張力計(jì)。

這種方法的使用可以提高繞線的效率，張力指標(biāo)的控制更精確，線組的一致性也得到保證。控制效果與電機(jī)及整個(gè)系統(tǒng)的配備有很大關(guān)系，因此PID參數(shù)在每臺(tái)機(jī)器上還需調(diào)整。

4 使用效果

該文對(duì)于張力的測(cè)試和控制方法已在實(shí)際中使用，某型傳感器用感應(yīng)線圈在實(shí)現(xiàn)中需配對(duì)使用，為滿足要求需提供一組（4個(gè)）阻值電感值偏差不超過(guò)0.5%的配套組合，原先每1 000個(gè)只能選出50組左右，改進(jìn)后提高到200組左右，大大提高了生產(chǎn)效率。張力與速度PID控制在簡(jiǎn)易繞線機(jī)上實(shí)現(xiàn)，控制方法比較簡(jiǎn)單，筆者在實(shí)施過(guò)程中沒(méi)有購(gòu)置新的工具和設(shè)備，而使繞制效果大為改觀，低成本的改進(jìn)方案可以給其他繞線機(jī)使用者提供參考。

5 結(jié)語(yǔ)

該文針對(duì)普通自動(dòng)繞線機(jī)存在的張力控制不穩(wěn)定問(wèn)題提成本的改造解決方案，通過(guò)在繞行過(guò)程中讀取張力值從而微調(diào)繞行速度達(dá)到張力的穩(wěn)定控制。該改進(jìn)方案實(shí)施成本低，簡(jiǎn)捷可靠，具有較好的實(shí)用價(jià)值。

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