自動化繞線裝置

暑假期間，我?guī)ьI(lǐng)學生在企業(yè)實習時發(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，并未配置自動制作線圈的設(shè)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(fā)，將研發(fā)“自動繞線裝置”作為師生創(chuàng)新發(fā)明的實踐項目，以此培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。

一、方案論證與初期設(shè)計

我以創(chuàng)新工作室為依托，組織學生開展頭腦風暴，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”和“勾線往復運動”這兩個核心問題入手，希望實現(xiàn)對磁環(huán)的緩慢轉(zhuǎn)動和漆包線繞制往復運動的自動控制。

（一）實現(xiàn)磁環(huán)可夾持

經(jīng)討論，我們決定用三個橡膠滾輪實現(xiàn)對磁環(huán)的夾持，其中一個滾輪可通過手柄實現(xiàn)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(diào)整三根臂桿的固定位置。

（二）實現(xiàn)磁環(huán)均勻轉(zhuǎn)動

如何實現(xiàn)磁環(huán)上均勻轉(zhuǎn)動繞線？我們用三個步進電機驅(qū)動三個滾輪轉(zhuǎn)動，三個步進電機的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速保持一致。滾輪的轉(zhuǎn)速可以通過改變PLC所給脈沖速率、調(diào)整控制器的細分數(shù)等方法進行調(diào)節(jié)。

（三）實現(xiàn)漆包線往復繞制

如何實現(xiàn)漆包線的往復繞制？解決方案的任務(wù)布置后，有的同學從織衣針中得到啟發(fā)，制作了一個塑料鉤針實現(xiàn)漆包線的往復繞制。有的同學從打氣筒的原理中受到啟發(fā)，制訂了氣壓驅(qū)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(xiàn)鉤針的上下往復運動。

二、再次優(yōu)化與調(diào)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(yè)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(zhì)量要求。

針對企業(yè)反饋的意見，我們再次進行了改進。

（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電機，通過絲杠傳動來驅(qū)動鉤針的上下往復運動。在絲杠上安裝上下限位開關(guān)，在絲杠的另一端加裝可計數(shù)、計速的檢測器。

（二）驗證優(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)計并繪制了電路結(jié)構(gòu)框圖和程序流程圖，在與企業(yè)進行技術(shù)交流后，決定選用限位定速的電氣控制這一方案——不僅可實現(xiàn)鉤針更穩(wěn)定地自動進行往復運動，且因無需配置加壓設(shè)備管線，設(shè)備使用更安全，更易推廣。之后，學生自行完成了設(shè)備的PLC編程、安裝和功能調(diào)試。

三、進一步設(shè)想

該設(shè)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(guān)隨意調(diào)整，只能通過PLC程序修改實現(xiàn)調(diào)速。其二，該設(shè)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(xù)開展探究，設(shè)計出低成本、全自動繞線裝置。

[本文系江蘇省第五期職業(yè)教育教學改革課題（課題編號ZYB201）“中職校活頁式教材開發(fā)與應(yīng)用研究”成果之一]

（欄目編輯" 方郁芝）