自動化繞線裝置

◆江蘇省錫山中等專業學校 裴靜

暑假期間，我帶領學生在企業實習時發現，不少企業設置了人工繞制線圈的崗位。經了解，企業為節約成本，并未配置自動制作線圈的設備，但因所用線圈為非標件，人工繞制存在效率低、成本高等缺點。之后，我從解決問題的角度出發，將研發“自動繞線裝置”作為師生創新發明的實踐項目，以此培養學生的創新思維。

圖1 磁環的定位與夾持設計圖（左）與實物圖

一、方案論證與初期設計

我以創新工作室為依托，組織學生開展頭腦風暴，收集了很多創意。與企業工程師多次溝通后，決定從“磁環緩慢轉動”和“勾線往復運動”這兩個核心問題入手，希望實現對磁環的緩慢轉動和漆包線繞制往復運動的自動控制。

（一）實現磁環可夾持

經討論，我們決定用三個橡膠滾輪實現對磁環的夾持，其中一個滾輪可通過手柄實現臂桿的移動，便于固定和松取。另外，還可通過每根臂桿的定位螺絲來調整三根臂桿的固定位置。

（二）實現磁環均勻轉動

如何實現磁環上均勻轉動繞線？我們用三個步進電機驅動三個滾輪轉動，三個步進電機的轉動方向和轉速保持一致。滾輪的轉速可以通過改變PLC 所給脈沖速率、調整控制器的細分數等方法進行調節。

（三）實現漆包線往復繞制

如何實現漆包線的往復繞制？解決方案的任務布置后，有的同學從織衣針中得到啟發，制作了一個塑料鉤針實現漆包線的往復繞制。有的同學從打氣筒的原理中受到啟發，制訂了氣壓驅動鉤針往復運動的方案，利用腳踏板的“踩”“松”控制雙向氣動閥，實現鉤針的上下往復運動。

二、再次優化與調試

整合學生提出的解決方案后，我們制作了“腳踏控制—氣壓傳動—鉤針往復運動”的自動化繞線裝置。在裝置交付試用一個月后，我們收到了來自企業的反饋：首先，在每個工位安裝空氣壓縮機的成本較高，且存在一定的安全隱患。其次，操作工人不能很好地通過腳踏方式控制鉤針的上下往復時間。最后，氣壓的波動導致控制鉤針的繞制力度不一，無法滿足線圈繞制的質量要求。

針對企業反饋的意見，我們再次進行了改進。

（一）優化鉤針拉拽漆包線控制方式

我們決定嘗試使用步進電機，通過絲杠傳動來驅動鉤針的上下往復運動。在絲杠上安裝上下限位開關，在絲杠的另一端加裝可計數、計速的檢測器。

（二）驗證優化后的效果

為了充分論證新方案的可行性，我們先用CAD 軟件設計并繪制了電路結構框圖和程序流程圖，在與企業進行技術交流后，決定選用限位定速的電氣控制這一方案——不僅可實現鉤針更穩定地自動進行往復運動，且因無需配置加壓設備管線，設備使用更安全，更易推廣。之后，學生自行完成了設備的PLC 編程、安裝和功能調試。

圖2 指導學生組裝、調試設備

三、進一步設想

該設備仍然有需要改進的地方：其一，由于工人的熟練程度不一，鉤針往復速度不能通過面板開關隨意調整，只能通過PLC 程序修改實現調速。其二，該設備仍需人工進行剪線、放線等操作，暫不能稱為全自動線圈繞制裝置。

今后，我們還將對以上問題繼續開展探究，設計出低成本、全自動繞線裝置。