施娟娟，顧偉

（江蘇省啟東中等專業(yè)學(xué)校，江蘇南通，226220）

1 傳統(tǒng)鎢絲“燒青”設(shè)備

通過(guò)對(duì)鎢絲企業(yè)的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在鎢絲加工到“燒青”環(huán)節(jié)時(shí)，會(huì)使用電動(dòng)機(jī)傳到帶動(dòng)鎢絲，使鎢絲繞在排絲軸上。該鎢絲抽絲機(jī)的生產(chǎn)自動(dòng)化程度較高。但由于該設(shè)備的研制時(shí)間在20世紀(jì)90年代，所以該設(shè)備還存在著許多的不足，主要有以下幾個(gè)方面不足地方：

（1）由于三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電壓有關(guān)，所以抽絲時(shí)，電動(dòng)機(jī)的角速度恒定，隨著鎢絲繞在軸上的半徑不斷增大，鎢線在“燒青”時(shí)，經(jīng)過(guò)燒青爐時(shí)的速度會(huì)越來(lái)越快（如圖1所示）。鎢絲“燒青”爐中溫度是恒定的，1150℃至1200℃，鎢絲在“燒青”爐中需要加熱15S左右，時(shí)間過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)，鎢絲的韌性和鋼性值會(huì)不一致。所以要求鎢絲通過(guò)“燒青”爐中的時(shí)間恒定，否則會(huì)導(dǎo)致鎢絲過(guò)韌或過(guò)鋼，形成廢品。

圖1 高溫“燒青”爐

（2）在一些小型的企業(yè)的傳統(tǒng)“燒青”設(shè)備中，抽絲裝置簡(jiǎn)單，沒(méi)有自動(dòng)化檢測(cè)裝置（如圖2所示），當(dāng)鎢絲加工過(guò)程中出現(xiàn)鎢絲斷絲或者鎢絲生產(chǎn)完成后，鎢絲“燒青”設(shè)備不會(huì)停止工作或報(bào)警，需要生產(chǎn)工人現(xiàn)場(chǎng)操作，增加了勞動(dòng)成本。

圖2 傳統(tǒng)鎢絲“燒青”爐設(shè)備

（3）鎢絲“燒青”爐設(shè)備的外殼和工作臺(tái)是由鐵管和鐵板制成的，因此，在鎢絲加工過(guò)程中，若通電導(dǎo)線在高溫情況下，絕緣層破損發(fā)生漏電，容易發(fā)生安全事故。

2 鎢絲“燒青”爐設(shè)備的設(shè)計(jì)

針對(duì)傳統(tǒng)鎢絲“燒青”抽絲機(jī)在生產(chǎn)中存在的功能不足和生產(chǎn)不方便，根據(jù)企業(yè)的要求，在功能上進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)后的鎢絲“燒青”爐設(shè)備，提高了鎢絲生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，降低了鎢絲生產(chǎn)過(guò)程中廢品的產(chǎn)生，極大地提高了生產(chǎn)效率。圖3所示改進(jìn)后的鎢絲“燒青”爐設(shè)備。

圖3 改進(jìn)后的鎢絲“燒青”爐設(shè)備

現(xiàn)我從以下幾個(gè)方面對(duì)鎢絲“燒青”爐設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。

2.1 鎢絲“燒青”爐設(shè)備操作臺(tái)設(shè)計(jì)

因原來(lái)的設(shè)備的操作臺(tái)由圓鋼管和鋼板焊接而成，現(xiàn)在操作臺(tái)改為不銹鋼框架，外面覆蓋一層亞克力板。不銹鋼金屬框架具有較強(qiáng)的強(qiáng)度，而亞克力板的絕緣性能較好，也具有一定的耐磨性。這樣的操作臺(tái)，既美觀，又結(jié)實(shí)，而且安全。原來(lái)裸露在外面的控制電路，現(xiàn)在放到箱體里面，這對(duì)于PLC等一些電氣元件來(lái)說(shuō)，可以防塵防振動(dòng)。

2.2 鎢絲“燒青”爐設(shè)備中抽絲電路的設(shè)計(jì)

根據(jù)前面對(duì)鎢絲“燒青”爐設(shè)備中的抽絲機(jī)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)鎢絲“燒青”爐設(shè)備的電路框架圖，如圖4所示。整個(gè)電路分為三大部分，用三菱FX3U-48MR型的PLC來(lái)控制。第一部分是控制恒速度裝置。主要由測(cè)長(zhǎng)（速）傳感器組成。鎢絲由抽絲同步電動(dòng)機(jī)拉動(dòng)，進(jìn)入高溫“燒青”爐進(jìn)行高溫“燒青”爐粹火處理，這個(gè)環(huán)節(jié)要控制鎢絲在高溫“燒青”爐中通過(guò)的時(shí)間恒定。所以通過(guò)測(cè)長(zhǎng)（速）傳感器檢測(cè)鎢絲的傳動(dòng)速度，把檢測(cè)的傳動(dòng)速度反饋到PLC進(jìn)行，形成負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。第二部分是鎢絲卷繞裝置。該部分由三菱E740變頻器、三菱PLC和匯川步進(jìn)電機(jī)組成。步進(jìn)電機(jī)由PLC來(lái)控制傳動(dòng)速度。隨著鎢絲軸上的鎢絲越繞越多時(shí)，鎢絲軸的直徑也會(huì)逐漸變大。所以鎢絲傳動(dòng)的線速度也會(huì)加快，這個(gè)線速度由測(cè)長(zhǎng)（速）傳感器檢測(cè)送到PLC，經(jīng)PLC處理后，由PLC降低輸送脈沖給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，從而降低步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到恒線速度的目的。第三部分是報(bào)警電路。由一個(gè)電子控制電路組成。電路通過(guò)鎢絲形成一個(gè)閉合回路，當(dāng)電路中有鎢絲時(shí)，電路會(huì)正常工作，當(dāng)鎢絲斷絲時(shí)或鎢絲繞絲結(jié)束，電路檢測(cè)不到鎢絲，報(bào)警電路會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，若無(wú)人處理，2分鐘后會(huì)把信號(hào)送到PLC，由PLC停止整個(gè)電路。

圖4 鎢絲“燒青”爐設(shè)備的框架圖

2.3 鎢絲“燒青”爐設(shè)備排絲裝置的設(shè)計(jì)

鎢絲“燒青”爐設(shè)備中的排絲裝置分為控制系統(tǒng)、排絲系統(tǒng)兩個(gè)部分。

（1）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

排絲系統(tǒng)是電路的核心部分，這個(gè)電路由一個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和兩個(gè)24V的接近開(kāi)關(guān)等電氣元器件組成。原來(lái)的設(shè)備中排絲電動(dòng)機(jī)我們采用55ZYT54型號(hào)的直流電動(dòng)機(jī)，由SKZ-02型號(hào)的直流電機(jī)調(diào)速器來(lái)控制直流電動(dòng)機(jī)的速度。但在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，直流電動(dòng)機(jī)控制的正反轉(zhuǎn)電路在運(yùn)行時(shí)，容易受到外界的影響，如供電電壓、負(fù)載大小等。因此，在鎢絲“燒青”爐的排絲裝置中，我們采用86BYG250H的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和MA860H的控制器來(lái)控制排絲系統(tǒng)。

（2）排絲系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)排絲系統(tǒng)時(shí)，為了使鎢絲均勻的繞在鎢絲軸上，我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)擺絲系統(tǒng)。因?yàn)閿[絲系統(tǒng)把精度的要求不高，為了節(jié)省成本，我們使用一臺(tái)單相的交流電機(jī)。交流電動(dòng)機(jī)由調(diào)壓器控制運(yùn)行。把單相交流電動(dòng)機(jī)和絲桿座固定在一起，當(dāng)絲桿作正反轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，擺絲系統(tǒng)也會(huì)左右擺動(dòng)，使鎢絲均勻地繞在鎢絲軸上。擺絲系統(tǒng)的正反轉(zhuǎn)由兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)來(lái)控制。在絲桿的兩個(gè)限位處裝在兩個(gè)感應(yīng)頭，當(dāng)感應(yīng)頭到達(dá)接近開(kāi)關(guān)位置時(shí)，就會(huì)改變電路的正反轉(zhuǎn)，從而會(huì)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)正反控制。電路中采用LJ12A系列三線常開(kāi)NPN金屬感應(yīng)的接近開(kāi)關(guān)。

導(dǎo)輪是控制鎢絲運(yùn)行方向的一個(gè)裝置，設(shè)計(jì)不好會(huì)使得鎢絲在排絲時(shí)，卷繞在鎢絲軸上不均勻或重疊。原有的導(dǎo)輪是用一個(gè)金屬的凹輪裝在金屬架上作為鎢絲的導(dǎo)輪，好處是鎢絲繞絲時(shí)在導(dǎo)輪中傳動(dòng)，但由于金屬導(dǎo)輪比較硬，傳動(dòng)中容易被磨損。安裝時(shí)導(dǎo)輪和金屬架接觸比較緊，當(dāng)出現(xiàn)卷繞需要偏移一定的角度時(shí)，不夠靈活，鎢絲在傳動(dòng)時(shí)會(huì)有磨損，較細(xì)的鎢絲容易斷絲。為了使鎢絲在擺絲時(shí)有一定的角度偏移，我們?cè)陔娐分性O(shè)計(jì)有導(dǎo)輪，鎢絲擺絲通過(guò)導(dǎo)輪，能很好實(shí)現(xiàn)鎢絲纏繞在鎢絲軸上，而不會(huì)出現(xiàn)亂絲。設(shè)計(jì)導(dǎo)輪時(shí)，采用膠木材料，導(dǎo)輪安裝在一個(gè)軸承上，能實(shí)現(xiàn)較好的旋轉(zhuǎn)。為了防止導(dǎo)輪磨損鎢絲和防止高溫的鎢絲損壞導(dǎo)輪，在導(dǎo)輪的中間加入高溫石棉材料，這樣，從“燒青”爐中出來(lái)的高溫鎢絲，不會(huì)對(duì)導(dǎo)輪造成損壞。

工作時(shí)，因不同規(guī)格的鎢絲繞線時(shí)，繞絲的角度也不完全相同，所以繞線時(shí)偏轉(zhuǎn)角度會(huì)有一定期微調(diào)。導(dǎo)輪角度可以自由偏轉(zhuǎn)和人工調(diào)整。通過(guò)導(dǎo)輪架上的螺絲，來(lái)調(diào)節(jié)導(dǎo)輪的偏轉(zhuǎn)角度。

2.4 鎢絲“燒青”爐設(shè)備中報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)

鎢絲“燒青”爐設(shè)備能對(duì)各種規(guī)格的鎢絲進(jìn)行“燒青”加工。在加工比較細(xì)的鎢絲時(shí)，容易發(fā)生斷絲故障。設(shè)計(jì)后的鎢絲“燒青”過(guò)程，自動(dòng)控制程度較高，沒(méi)有工人現(xiàn)場(chǎng)操作，如發(fā)生鎢絲斷絲，設(shè)備不會(huì)報(bào)警，這樣會(huì)影響生產(chǎn)效率。

在鎢絲“燒青”爐設(shè)備上設(shè)計(jì)了一個(gè)斷絲報(bào)警裝置。在鎢絲繞絲時(shí)，發(fā)生斷絲故障，設(shè)備會(huì)自動(dòng)報(bào)警，發(fā)出報(bào)警聲音，若2分鐘內(nèi)無(wú)人操作設(shè)備，設(shè)備會(huì)自動(dòng)停止生產(chǎn)。該電路利用鎢絲“燒青”爐設(shè)備中加入一個(gè)獲特不銹鋼圓柱，利用其導(dǎo)電性能和鋁盤、鎢絲形成一個(gè)回路。鎢絲通與斷相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)，鎢絲斷絲時(shí)，這個(gè)回路就斷開(kāi)，此時(shí)把斷絲信號(hào)傳輸?shù)絇LC，由PLC控制電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)和切斷電路的信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)電路的自動(dòng)控制。

2.5 鎢絲“燒青”爐設(shè)備的編程設(shè)計(jì)

PLC是整個(gè)電路的控制核心。根據(jù)整個(gè)電路工作需求，進(jìn)行電路的功能編程設(shè)計(jì)。在電路中，先確定PLC的輸入/輸出地址分配表，再來(lái)設(shè)計(jì)輸入/輸出的PLC接線圖，根據(jù)PLC的輸入/輸出地址分配表和接線圖來(lái)編程。

3 鎢絲同步抽絲機(jī)的安裝

3.1 箱體材料的選用和制作

鎢絲同步繞線機(jī)設(shè)計(jì)完成后，接下來(lái)就要對(duì)它進(jìn)行安裝。我選用40mm×40mm×3mm的角鐵，焊接了一個(gè)120cm×70cm×65cm的長(zhǎng)方體。再選用4mm厚的亞克力板做操作臺(tái)面和箱體的面板。用鉆頭在亞克力板和角鐵上打孔，用螺栓固定住。為了安裝和維修方便，工作柜用對(duì)開(kāi)門，對(duì)開(kāi)門用30mm×30mm的方管焊成一個(gè)門框，再把亞克力板固定在上面，用鉸鏈固定在操作臺(tái)上。

3.2 排絲裝置系統(tǒng)材料的選用和安裝

排絲機(jī)構(gòu)包括了一臺(tái)排絲用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)支架、來(lái)回運(yùn)動(dòng)的滑塊和滑塊支架、絲桿、接近開(kāi)關(guān)、導(dǎo)輪和導(dǎo)輪支架。

3.3 電動(dòng)機(jī)的選擇和安裝

排絲裝置的電動(dòng)機(jī)選用了漢鼎電機(jī)廠生產(chǎn)的型號(hào)為57BYGH5601步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。該種電機(jī)的基本步距角為1.8°/步，額定電流為3A。為了使得步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能牢固地安裝在操作臺(tái)面上，用萬(wàn)能安裝鋁架做為電動(dòng)機(jī)的安裝支架。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的尺寸為55mm×55mm×54mm，萬(wàn)能安裝鋁架的尺寸為57mm×80mm×805mm。在萬(wàn)能鋁塊上用手槍鉆打直徑為φ8的孔，用內(nèi)六角螺栓把電動(dòng)機(jī)固定在支架上。

3.4 滑塊和滑塊支架材料的選擇和安裝

導(dǎo)輪的往返運(yùn)動(dòng)裝置，采用絲桿順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)來(lái)帶動(dòng)滑塊作往返運(yùn)動(dòng)?；瑝K的尺寸為50mm×90mm×35mm，材料為鋁。因?yàn)殇X的質(zhì)量比較輕，易加工。在滑塊的中心位置鉆有φ20的內(nèi)螺紋，和絲桿形成螺紋傳動(dòng)。滑塊下端兩側(cè)鉆有φ20.6的孔，由兩根直徑為φ20的光滑不銹鋼金屬桿穿過(guò)，以保證滑塊能用較小阻力滑動(dòng)。不銹鋼金屬桿固定在整個(gè)排絲裝置兩端的萬(wàn)能鋁塊上。

3.5 絲桿材料的選用和安裝

絲桿的材料和選用φ25的圓鋼加工而成。因考慮到鎢絲的線軸尺寸寬度為380mm，所以選擇的絲桿長(zhǎng)度為400mm，絲桿直徑為φ20。為了使速度適合抽絲工作需要，做了多次實(shí)驗(yàn)，確定絲桿螺紋間距為2.4mm。絲桿穿過(guò)滑塊的內(nèi)螺紋孔，帶動(dòng)滑塊作往返運(yùn)動(dòng)。絲桿一端固定在萬(wàn)能鋁塊上，可以作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，另一端和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸固定在一起，由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲桿作正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

排絲電路的調(diào)試整時(shí)，先調(diào)整接近開(kāi)關(guān)的間距。由于鎢絲繞線盤的寬度在400mm左右，所以兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)的間距我也調(diào)整為400mm。接近開(kāi)關(guān)安裝時(shí)，是通過(guò)兩個(gè)螺母固定在塑料片上，而接近開(kāi)關(guān)上面的螺紋長(zhǎng)度在50mm，接近開(kāi)關(guān)間距我也可以通過(guò)調(diào)節(jié)整固定螺母來(lái)調(diào)整。

3.6 導(dǎo)輪材料的選用和安裝

導(dǎo)輪有兩個(gè)，一個(gè)是鎢絲經(jīng)測(cè)速傳感器導(dǎo)輪過(guò)來(lái)的排絲導(dǎo)輪，另一個(gè)是繞絲盤的導(dǎo)輪。兩個(gè)導(dǎo)輪通過(guò)固定支架用螺絲固定在滑塊上，其上下角度可調(diào)整。經(jīng)測(cè)速傳感器導(dǎo)輪過(guò)來(lái)的排絲導(dǎo)輪由一個(gè)直徑φ40塑料凹圓輪組成，凹圓輪中間為耐磨橡膠，槽深3mm，以保證鎢絲卡在里面不會(huì)滑出。導(dǎo)輪裝在金屬螺桿上，由彈簧固定，保證在鎢絲抽絲可以轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度。繞絲盤的導(dǎo)輪由兩個(gè)φ40，厚3mm的圓鐵盤組成。導(dǎo)輪中間是耐磨石棉，抽絲時(shí)，鎢絲夾在耐磨石棉中間經(jīng)過(guò)，由彈簧緊固在金屬螺桿上，在抽絲時(shí)可以旋轉(zhuǎn)一定的角度。兩個(gè)導(dǎo)輪由可調(diào)節(jié)角度的金屬片固定在滑塊上。

導(dǎo)輪高度的調(diào)整。先調(diào)整發(fā)線盤導(dǎo)輪的高度。發(fā)線盤導(dǎo)輪的高度要根據(jù)發(fā)線盤的高度和報(bào)警接觸裝置的高度來(lái)調(diào)整。

3.7 接近開(kāi)關(guān)的選用和安裝

接近開(kāi)關(guān)的型號(hào)有很多種，通過(guò)比較，選擇了德力西型號(hào)為L(zhǎng)J12A3-4-2/EX的接近開(kāi)關(guān)，是一個(gè)常開(kāi)的接近開(kāi)關(guān)。接近開(kāi)關(guān)固定安裝在萬(wàn)能鋁塊上端。在滑塊上裝有擋鐵，當(dāng)滑塊靠近接近開(kāi)關(guān)時(shí)，擋近距接近開(kāi)關(guān)0.5cm后，接近開(kāi)關(guān)工作。

3.8 抽絲電動(dòng)機(jī)裝置的選用和安裝

（1）電動(dòng)機(jī)的選擇和安裝

抽絲電動(dòng)機(jī)選用了漢鼎電機(jī)廠生產(chǎn)的型號(hào)為57BYGH5601步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。抽絲電動(dòng)機(jī)和排絲電動(dòng)機(jī)型號(hào)相同。固定時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)固定在一個(gè)7字型的角鐵支架上，支架用多孔金屬片固定在操作臺(tái)上。

（2）線軸及支架材料的選擇和安裝

根據(jù)鎢絲企業(yè)中線軸的實(shí)際情況，線軸的尺寸為寬130mm，直徑為65mm。線軸中心有一個(gè)直徑為6mm的圓孔，生產(chǎn)時(shí)套在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上。另一端用萬(wàn)能金屬片固定在操作臺(tái)上。

（3）PLC、測(cè)速傳感器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器和電源的安裝

測(cè)速傳感器在安裝時(shí)，導(dǎo)輪的測(cè)速傳感器的距離為18mm，導(dǎo)輪的尺寸為4mm×18，由兩個(gè)導(dǎo)輪組成，每個(gè)導(dǎo)輪中間有一個(gè)1mm的凹槽，導(dǎo)輪由彈簧固定住，保證兩個(gè)導(dǎo)輪緊密地接觸在一起。整個(gè)裝置用萬(wàn)能金屬片固定在操作臺(tái)面上。

PLC、測(cè)速傳感器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器和電源安裝在一塊配電板上，放入操作臺(tái)的柜子中，并用木螺絲固定。

4 小結(jié)

本文是對(duì)鎢絲企業(yè)中的鎢絲“燒青”爐設(shè)備技術(shù)改進(jìn)，通過(guò)控制恒線速度、自動(dòng)擺絲、報(bào)警等技術(shù)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)鎢絲“燒青”爐的自動(dòng)生產(chǎn)。在鎢絲企業(yè)的使用中，極大了節(jié)約勞動(dòng)成本，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。新設(shè)計(jì)的鎢絲“燒青”爐設(shè)備雖然解決了鎢絲企業(yè)在鎢絲“燒青”和繞絲生產(chǎn)過(guò)程中的不足，但該設(shè)備在鎢絲企業(yè)中剛試用，需要在生產(chǎn)中不斷完善。