◆江蘇省錫山中等專業(yè)學(xué)校 裴靜

暑假期間，我?guī)ьI(lǐng)學(xué)生在企業(yè)實(shí)習(xí)時(shí)發(fā)現(xiàn)，不少企業(yè)設(shè)置了人工繞制線圈的崗位。經(jīng)了解，企業(yè)為節(jié)約成本，并未配置自動(dòng)制作線圈的設(shè)備，但因所用線圈為非標(biāo)件，人工繞制存在效率低、成本高等缺點(diǎn)。之后，我從解決問(wèn)題的角度出發(fā)，將研發(fā)“自動(dòng)繞線裝置”作為師生創(chuàng)新發(fā)明的實(shí)踐項(xiàng)目，以此培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

圖1 磁環(huán)的定位與夾持設(shè)計(jì)圖（左）與實(shí)物圖

一、方案論證與初期設(shè)計(jì)

我以創(chuàng)新工作室為依托，組織學(xué)生開展頭腦風(fēng)暴，收集了很多創(chuàng)意。與企業(yè)工程師多次溝通后，決定從“磁環(huán)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)”和“勾線往復(fù)運(yùn)動(dòng)”這兩個(gè)核心問(wèn)題入手，希望實(shí)現(xiàn)對(duì)磁環(huán)的緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)和漆包線繞制往復(fù)運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)控制。

（一）實(shí)現(xiàn)磁環(huán)可夾持

經(jīng)討論，我們決定用三個(gè)橡膠滾輪實(shí)現(xiàn)對(duì)磁環(huán)的夾持，其中一個(gè)滾輪可通過(guò)手柄實(shí)現(xiàn)臂桿的移動(dòng)，便于固定和松取。另外，還可通過(guò)每根臂桿的定位螺絲來(lái)調(diào)整三根臂桿的固定位置。

（二）實(shí)現(xiàn)磁環(huán)均勻轉(zhuǎn)動(dòng)

如何實(shí)現(xiàn)磁環(huán)上均勻轉(zhuǎn)動(dòng)繞線？我們用三個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)三個(gè)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，三個(gè)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速保持一致。滾輪的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)改變PLC 所給脈沖速率、調(diào)整控制器的細(xì)分?jǐn)?shù)等方法進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（三）實(shí)現(xiàn)漆包線往復(fù)繞制

如何實(shí)現(xiàn)漆包線的往復(fù)繞制？解決方案的任務(wù)布置后，有的同學(xué)從織衣針中得到啟發(fā)，制作了一個(gè)塑料鉤針實(shí)現(xiàn)漆包線的往復(fù)繞制。有的同學(xué)從打氣筒的原理中受到啟發(fā)，制訂了氣壓驅(qū)動(dòng)鉤針往復(fù)運(yùn)動(dòng)的方案，利用腳踏板的“踩”“松”控制雙向氣動(dòng)閥，實(shí)現(xiàn)鉤針的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

二、再次優(yōu)化與調(diào)試

整合學(xué)生提出的解決方案后，我們制作了“腳踏控制—?dú)鈮簜鲃?dòng)—鉤針往復(fù)運(yùn)動(dòng)”的自動(dòng)化繞線裝置。在裝置交付試用一個(gè)月后，我們收到了來(lái)自企業(yè)的反饋：首先，在每個(gè)工位安裝空氣壓縮機(jī)的成本較高，且存在一定的安全隱患。其次，操作工人不能很好地通過(guò)腳踏方式控制鉤針的上下往復(fù)時(shí)間。最后，氣壓的波動(dòng)導(dǎo)致控制鉤針的繞制力度不一，無(wú)法滿足線圈繞制的質(zhì)量要求。

針對(duì)企業(yè)反饋的意見(jiàn)，我們?cè)俅芜M(jìn)行了改進(jìn)。

（一）優(yōu)化鉤針拉拽漆包線控制方式

我們決定嘗試使用步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)絲杠傳動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)鉤針的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在絲杠上安裝上下限位開關(guān)，在絲杠的另一端加裝可計(jì)數(shù)、計(jì)速的檢測(cè)器。

（二）驗(yàn)證優(yōu)化后的效果

為了充分論證新方案的可行性，我們先用CAD 軟件設(shè)計(jì)并繪制了電路結(jié)構(gòu)框圖和程序流程圖，在與企業(yè)進(jìn)行技術(shù)交流后，決定選用限位定速的電氣控制這一方案——不僅可實(shí)現(xiàn)鉤針更穩(wěn)定地自動(dòng)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且因無(wú)需配置加壓設(shè)備管線，設(shè)備使用更安全，更易推廣。之后，學(xué)生自行完成了設(shè)備的PLC 編程、安裝和功能調(diào)試。

圖2 指導(dǎo)學(xué)生組裝、調(diào)試設(shè)備

三、進(jìn)一步設(shè)想

該設(shè)備仍然有需要改進(jìn)的地方：其一，由于工人的熟練程度不一，鉤針往復(fù)速度不能通過(guò)面板開關(guān)隨意調(diào)整，只能通過(guò)PLC 程序修改實(shí)現(xiàn)調(diào)速。其二，該設(shè)備仍需人工進(jìn)行剪線、放線等操作，暫不能稱為全自動(dòng)線圈繞制裝置。

今后，我們還將對(duì)以上問(wèn)題繼續(xù)開展探究，設(shè)計(jì)出低成本、全自動(dòng)繞線裝置。