陳晶晶 何文豐 孫發(fā)第 盧宏義
(1、2、3、4.龍巖學院物理與機電工程學院,福建 龍巖 364012)
電線切剝機自動收線系統(tǒng)的設計和開發(fā)
陳晶晶1何文豐2孫發(fā)第3盧宏義4
(1、2、3、4.龍巖學院物理與機電工程學院,福建 龍巖 364012)
文章以降低用工成本為出發(fā)點,對用于電線切剝機的自動收線機,結(jié)合不同廠家所生產(chǎn)收線機的優(yōu)缺點,在機械和電子兩方面綜合提出改進型的收線方法。實踐表明,采用改進后的自動收機線工作噪音明顯降低,所收電線更加整齊,系統(tǒng)也更加節(jié)能。
收線;線束加工機;機械夾爪
在當前線束加工領(lǐng)域,全自動的線束加工平臺功能齊全,但體積大且價格昂貴,大多在十幾萬以上。這對于中小型線束加工企業(yè)來說,成本過高。因此,成本在一至兩萬之間,功能單一,只進行切剝線的電線切剝機快速發(fā)展。它具有加工速度快、價格適中,體積小等優(yōu)點。但由于電線切剝機功能單一,所以需要人工完成收線工作。在用工成本激增的當前社會環(huán)境下,代替人工收線的輔助收線設備的設計開發(fā)迫在眉睫。
改進后的收線系統(tǒng)主要分電線預處理,取電線和放置電線這三個模塊,如圖1所示。
圖1 改進后的收線系統(tǒng)框圖
1、電線預處理模塊:該模塊采用傳送帶作為實現(xiàn)媒介,理直切剝后的電線。
2、取電線模塊:該模塊采用機械夾爪作為實現(xiàn)媒介,目的是將切剝后的電線送離出線端。該模塊還需要克服老式收線機采用氣動時噪音大的缺點。
3、放置電線模塊:相比于現(xiàn)有的自動收線機,該模塊屬于改進后收線系統(tǒng)特有的功能,使用兩個小型筆形氣缸作為實現(xiàn)媒介,目的是模擬手工收線時固定電線的作用,該模塊功能有利于使機械夾爪抓取來的電線一根一根的疊在一起。
電線預處理機械結(jié)構(gòu)如圖2所示。電線切剝機的主要動作機構(gòu)包括前后壓線輪,切電線用的對刀,導線管等。系統(tǒng)工作時,電線切剝機通過前后壓線輪將軟電線壓緊繃直,前后滾輪依據(jù)切剝的需要正反轉(zhuǎn),同時對刀也根據(jù)需要改變進刀值。如果沒有使用人工收線,則圖中電線的C點在經(jīng)過出線端滾輪后在重力的作用下會往下運動 (如圖2中狀態(tài)2所示),使用傳送帶托住電線,同時使傳送帶逆時針運轉(zhuǎn),在傳送帶表面和電線之間摩擦力的作用下實現(xiàn)電線不堆堵 (如圖2中狀態(tài)2所示)。需要特別注意的是傳送帶的安裝位置。例如,在A點,存在線性函數(shù)S2=f(v2,δ)和S7=f(v2,δ)。為滾輪的運行線速度。
圖2 電線預處理機械結(jié)構(gòu)示意圖
(等效于電線切剝機的加工速度),δ為線材特性 (線束加工廠通常會讓某臺電線切剝機固定的加工某類電線,故δ在這里可以認為是固定值)。傳送帶的運行速度和電線切剝機的壓線輪v2的運行線速度會使電線預處理出現(xiàn)兩種情況,如下所示:
若電線預處理時出現(xiàn) (1)式情況,那么電線被理直,如果出現(xiàn) (2)式情況,那么電線將在傳送帶上堆堵,
為了提高線束加工的速度,電線切剝機已經(jīng)從原來的一次加工單根發(fā)展到一次可以同時加工5根,所以收線機的取電線模塊需要能同時兼顧收單根和多根電線的情況。該模塊的機械結(jié)構(gòu)如圖3所示。該圖為收線機系統(tǒng)的取電線模塊在上電初始化后的初始狀態(tài)。機械夾爪被設計成可以旋轉(zhuǎn)90°方式,并附帶有緩沖墊用以防止電線被夾傷,動力機構(gòu)為一個42式步進電機,通過一根與XZ平面成一定夾角的連桿與步進電機1的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)相聯(lián)接。
夾爪工作采用氣動方式,用于夾住切剝后的電線。相比于單個筆形氣缸,在夾線時使用兩個筆形氣缸作為執(zhí)行機構(gòu) (兩點確定一條直線),不管是夾單根線還是多根線,夾線的穩(wěn)定性都得到極大的提高。取電線的第一步是在初始狀態(tài),兩個筆形氣缸同時動作,將電線夾穩(wěn)。第二步,步進電機1以速度V3帶動連桿沿旋轉(zhuǎn)方向1將切剝后的電線帶離出線端滾輪。以此同時,步進電機2沿旋轉(zhuǎn)方向2運動,將夾線爪旋轉(zhuǎn)至和負Y軸同向。要使步進電機2做到先于步進電機1完成旋轉(zhuǎn)。當夾爪夾住電線并在步進電機1旋轉(zhuǎn)時使用固定在傳送帶邊上的吹氣孔動作,將電線的中部和另一端吹入線槽中,要想讓取線工作順利完成,運行需要符合以下要求:
Tb為電線切剝機切剝一次電線所需要花費的總時間;Tb1為步進電機1從初始狀態(tài)到旋轉(zhuǎn)到位所需的時間 (安裝接近開關(guān)用于感應是否旋轉(zhuǎn)到位);Tb2為步進電機1從接近開關(guān)感應位置旋轉(zhuǎn)到初始位置所花費的時間;Tt為步進電機1停留在接近開關(guān)位置的時間間隔且必須大于夾爪張開的時間;Tb3為步進電機2使夾爪從初始位置旋轉(zhuǎn)到垂直位置所花費的時間;Tb4為步進電機2使夾爪從垂直位置旋轉(zhuǎn)到初始位置所花費的時間。
對于式 (3)中的Tt,筆形氣缸因為行程短,用氣量小,所以夾爪張開時間非常短。以亞德客的小型筆形氣缸為例,其勵磁時間大都在0.05秒以下,在這里取Tt為足夠動作時間0.5秒。步進電機旋轉(zhuǎn)的往返速度設定為相等,則Tb3=Tb4,Tb1=Tb2。為了使夾線工作順利進行,?。?)、(4)、(5)式中左邊參量為右邊參量的0.8比例,則得出 (7)、(8)式中各參數(shù)的計算公式,變量Tb由控制系統(tǒng)對兩次啟動收線信號采集而得到,單位為秒。
圖3 取電線模塊結(jié)構(gòu)示意圖
要使收線機收齊切剝好的電線,需要將它們一根接一根對齊并固定。設計如圖4的放置電線結(jié)構(gòu):
圖4 放置電線模塊結(jié)構(gòu)
根據(jù)改進后自動收線系統(tǒng)的控制要求,設計控制系統(tǒng)硬件框圖如圖5所示:
圖5 控制系統(tǒng)硬件框圖
為了滿足不同廠商的需求,設計自動收線機能工作在兩種模式,分別是手動調(diào)整參數(shù)模式和自動調(diào)整參數(shù)模式。手動調(diào)整參數(shù)模式是指自動收線機的各項參數(shù)由用戶根據(jù)電線切剝機的工作特點手動輸入經(jīng)驗參數(shù)。自動調(diào)整參數(shù)模式是指自動收線機的各項參數(shù)由自動收線機自學習并自行確定。一旦參數(shù)確定后,系統(tǒng)會將參數(shù)存入鐵電存儲器中,斷電后參數(shù)仍然保持。獲得收線啟動信號后,在中斷服務程序中調(diào)取收線參數(shù),完成一次收線工作。收線系統(tǒng)軟件的主流程圖和中斷服務流程圖分別如圖6和圖7所示。
自動收線系統(tǒng)軟件流程圖
系統(tǒng)初始化的任務包含對LCD1602、步進電機和電磁閥等的初始化。初始化完成的狀態(tài)是步進電機1運動到等待啟動信號的初始狀態(tài),LCD1602顯示完歡迎界面后夾爪角度調(diào)整完成并進入模式選擇界面,夾線爪張開等待夾線,吹線氣閥關(guān)閉,輔助放線爪等待扣緊電線。系統(tǒng)初始化的流程圖如圖8中 (a)所示。
進入手動調(diào)整參數(shù)模式需要設定,它是從啟動收線信號發(fā)生到夾線爪動作這段時間,步進電機1的運轉(zhuǎn)速度。手動調(diào)整參數(shù)的流程圖如圖8中 (b)所示。
自動收線系統(tǒng)中斷服務流程圖
進入自動調(diào)整參數(shù)模式時,系統(tǒng)調(diào)用定時器計時功能,采集最早兩次啟動收線信號之間的時間間隔Tb,按要求,取中等加工速度時的,同時計算得出和。自動調(diào)整參數(shù)準備部分的流程圖如圖8中的 (c)所示。
圖8 初始化及手動和自動模式準備流程圖
結(jié)語
文中設計的改進型自動收線系統(tǒng)在現(xiàn)有自動收線機的基礎(chǔ)上進行機械和電子多方面改進。經(jīng)過實踐測試,改進后的收線機系統(tǒng)能很好的完成所有功能,極大的降低了線束加工廠商的用工成本。
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Design and Implement of Improved Auto-take-up System Used for Wire Cutting and Stripping Machine
Chen Jingjing1He Wenfeng2Sun Fadi3Lu Hongyi4
(1、2、3、4.College of Physics and Electrical Mechanical Engineering,Longyan University,Longyan 364012,F(xiàn)ujian,China)
This paper studies auto-take-up machine used for wire cutting and stripping machine.Its goal is reducing cost in wire processing.Through combining with the advantages and disadvantages of take-up machine produced by different manufacturers,the improved take-up method is proposed in mechanical and electrical technology.The practice shows that,when improved auto-take-up machine working,noise is decreased obviously,wires are taken up more orderly,system is more energy-saving.
wire processing;wire Take-up machine;the mechanical jaws
王德紅)
TP29
A
1673-9507(2014)02-0127-03
2014-02-21
福建省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目 (1108)
1.陳晶晶 (1982~),女,福建龍巖人,龍巖學院物理與機電工程學院教師,碩士。研究方向:通信技術(shù)。
2.何文豐 (1986~),男,福建龍巖人,龍巖學院物理與機電工程學院助理工程師。研究方向:軟件開發(fā)。
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