扁絲恒張力密排裝置

周華 黃澄 張浩 鄭殷超 胡金蓮

摘 要：針對(duì)在扁線的收卷過程中，易發(fā)生拉伸變形，其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，影響其使用性能，維持收卷過程中張力恒定很重要。此外，不同于圓線材，扁線材的收卷和排線要滿足一定數(shù)學(xué)關(guān)系，排布精度要求較高。設(shè)計(jì)一種扁絲恒張力密排裝置，改善普通排線層疊及收線張力不穩(wěn)定現(xiàn)象，提高扁絲產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：扁線材;收排線裝置;壓力傳感器;伺服電機(jī);PLC

隨著越來越多研究表明，同規(guī)格截面呈扁平的線材在散熱性、導(dǎo)電性等方面都優(yōu)于目前圓截面的線材。因此扁線得到越來越多的應(yīng)用。在扁線的收卷過程中，易發(fā)生拉伸變形，其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，影響其使用性能，維持收卷過程中張力恒定很重要。此外，不同于圓線材，扁線材的收卷和排布要滿足一定數(shù)學(xué)關(guān)系，排布精度要求較高。本文主要對(duì)扁線材生產(chǎn)設(shè)備的各個(gè)部分進(jìn)行了概述，特別是對(duì)設(shè)備的電氣系統(tǒng)和機(jī)械機(jī)構(gòu)部分進(jìn)行了新的設(shè)計(jì)。根據(jù)張力恒定的原理，選用比例閥和壓力傳感器實(shí)現(xiàn)設(shè)備高速運(yùn)行情況下張力大小恒定。針對(duì)扁線排布過程易發(fā)生疊線的現(xiàn)象，分析不同排線裝置特點(diǎn)，選取伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)排線絲杠及絲杠定位編碼器設(shè)計(jì)排線機(jī)構(gòu)，為高質(zhì)量排布提供平臺(tái)，根據(jù)排布的實(shí)際情況，對(duì)排布程序進(jìn)行相關(guān)優(yōu)化。系統(tǒng)硬件方面，以西門子ST60型號(hào)的PLC作為核心控件，配合EM AE04擴(kuò)展模塊和EM AM03特殊模塊作為控件的擴(kuò)展，將整套系統(tǒng)分為動(dòng)力放線機(jī)構(gòu)、收卷機(jī)構(gòu)和排線機(jī)構(gòu)等幾大部分。選用伺服驅(qū)動(dòng)器作為動(dòng)力源，通過控制相應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速使系統(tǒng)各個(gè)部分穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到設(shè)備整體穩(wěn)定運(yùn)行的目的，保持生產(chǎn)過程中張力恒定和排布均勻。利用觸摸屏和PLC通訊，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和在線修改，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

1 設(shè)備組成及原理

1.1設(shè)備的組成

設(shè)備的組成如圖1所示，主要有放線裝置、收線裝置、排線裝置及控制系統(tǒng)等組成。放線裝置由放線伺服電機(jī)和張力臂組成，張力臂調(diào)節(jié)放線速度;收線裝置由收線伺服電機(jī)，比例閥，壓力傳感器組成，比例閥和壓力傳感器通過PLC模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)氣壓保持壓力恒定;排線裝置由排線伺服電機(jī)，絲杠位移編碼器通過PLC讀取收線速度計(jì)算排線速度以及排線到邊時(shí)的換向速度。主動(dòng)放線是比較成熟的技術(shù)，本文主要介紹恒張力收線排線結(jié)構(gòu)。

圖1至圖2所示， 1、壓絲氣缸2、壓板3、壓力傳感器4、計(jì)米編碼器51、計(jì)米導(dǎo)輪5、計(jì)米編碼器51、出線夾板調(diào)直器6、夾板調(diào)節(jié)輪7、連接絲杠編碼器8、排線絲杠機(jī)架9，伺服電機(jī)91;連接絲杠編碼器8，

1.2使用方式

排線絲杠機(jī)架9與排線檢測(cè)機(jī)構(gòu)，排線檢測(cè)機(jī)構(gòu)設(shè)置排線絲杠機(jī)架9上方，排線檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括過線導(dǎo)輪1、壓絲氣缸2、壓板3、壓力傳感器4、計(jì)米編碼器51、計(jì)米導(dǎo)輪5、出線夾板調(diào)直器6、夾板調(diào)節(jié)輪7、連接絲杠編碼器8、排線絲杠機(jī)架9以及伺服電機(jī)91;過線導(dǎo)輪1安裝在排線絲杠機(jī)架頂面一端，出線夾板調(diào)直器6安裝在排線絲杠機(jī)架頂面另一端，壓絲氣缸2與計(jì)米編碼器51安裝在過線導(dǎo)輪1與出線夾板調(diào)直器6之間，壓絲氣缸2頂端設(shè)有壓板3，計(jì)米編碼器51內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)連接有計(jì)米導(dǎo)輪5，排線絲杠機(jī)架9一側(cè)設(shè)有伺服電機(jī)91，排線伺服電機(jī)91控制排線速度，壓絲氣缸2底端一側(cè)設(shè)有壓力傳感器4，壓力傳感器4調(diào)節(jié)比例閥氣壓控制壓力大小，，排線絲杠機(jī)架9底端設(shè)有夾板調(diào)節(jié)輪7，夾板調(diào)節(jié)輪7調(diào)節(jié)夾板松緊，夾板調(diào)節(jié)輪7一端設(shè)有連接絲杠編碼器8，連接絲杠編碼器8計(jì)算絲杠行走距離。

使用時(shí)，扁絲通過過線導(dǎo)輪1，經(jīng)過壓板3由壓板3壓住，壓絲氣缸2控制壓板3，壓力傳感器4調(diào)節(jié)比例閥氣壓控制壓力大小實(shí)現(xiàn)對(duì)收線張力恒定控制，計(jì)米導(dǎo)輪5控制速度，出線夾板調(diào)直器6校直扁絲出線角度，可實(shí)現(xiàn)對(duì)扁絲高速精密排，提升其生產(chǎn)效率，夾板調(diào)節(jié)輪7調(diào)節(jié)夾板松緊，連接絲杠編碼器8計(jì)算絲杠行走距離，排線伺服電機(jī)91控制排線速度，在排線伺服電機(jī)91配合下可進(jìn)一步提升扁絲加工效率，有助于降低其生產(chǎn)成本。

1.3電氣控制

電氣控制系統(tǒng)主要由人機(jī)界面（HMI）、PLC[6]、伺服控制器、傳感器，比例閥等低壓電氣組成。人機(jī)界面選用SMART700IEV3觸摸屏，PLC選用西門子CPUST60，伺服控制器選用臺(tái)達(dá)伺服，檢測(cè)元件選用模擬量探頭DW-AD-509-M18-390，比例閥SMC，ITV2050-312S 0.5兆，壓力傳感器CM50KG。PLC采集到檢測(cè)元件信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，發(fā)送給放線伺服，排線伺服、收線伺服速度使用轉(zhuǎn)矩方式，通過計(jì)米編碼器測(cè)得速度作為主速度。

1.4工作原理

針對(duì)不同規(guī)格的扁絲，先選擇工作模式，有轉(zhuǎn)矩和張力可選;設(shè)定排線節(jié)距，排線第一次工作需要先找原點(diǎn)，然后設(shè)置排線內(nèi)返和外返的位置;設(shè)定放線張力，放線工字輪底徑，計(jì)算放線初始速度系數(shù);設(shè)定收線張力，收線工字輪底徑，計(jì)算收線初始速度;設(shè)備啟動(dòng)后，收線速度根據(jù)計(jì)米編碼器測(cè)得的速度與設(shè)定速度比較作為主速度，放線速度根據(jù)PLC檢測(cè)張力傳感器信號(hào)做PID處理，然后控制放線伺服轉(zhuǎn)速，排線速度根據(jù)PLC讀取收線伺服速度，根據(jù)設(shè)定排線節(jié)距通過PLC運(yùn)算輸出給排線伺服控制器。整套設(shè)備放線張力，收線張力，排線速度通過人機(jī)見面可控可調(diào)，達(dá)到恒張力密排效果。

2設(shè)備的使用效果

設(shè)備在多個(gè)客戶處使用效果良好，滿足不同規(guī)格扁絲生產(chǎn)要求，解決了普通排線層疊及收線張力不穩(wěn)定現(xiàn)象，提高扁絲產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉全軍，何建文，郭鐘寧.微細(xì)扁線材恒張力繞卷系統(tǒng)[J].機(jī)電工程技術(shù)，2013，（9）.

[2]張興宏，張曉林，胡江霞.鋼簾線收線機(jī)的張力控制裝置[J].金屬制品，2010，（1）

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