扁絲十頭收排線機(jī)的改進(jìn)

曹金瀛

（天津冶金集團(tuán)天材科技發(fā)展有限公司，天津300308）

0 前言

天津冶金集團(tuán)天材科技發(fā)展有限公司是國內(nèi)首家生產(chǎn)彩電用金屬材料的企業(yè)，1990年建成國內(nèi)第一條小型扁絲生產(chǎn)線，形成批量生產(chǎn)能力。其后又引進(jìn)日本高精度三連軋機(jī)，使產(chǎn)品在理化性能、尺寸公差及外觀質(zhì)量等方面均達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。公司生產(chǎn)的小型扁絲廣泛應(yīng)用于航空、航天及電子領(lǐng)域，產(chǎn)品的技術(shù)水平和附加值高。隨著航空、航天及電子事業(yè)的飛速發(fā)展，本單位制造的扁絲品種、規(guī)格、產(chǎn)量逐年增高，對(duì)小型扁絲產(chǎn)品的理化性能、尺寸公差及外觀質(zhì)量等方面提出更高的要求，也對(duì)小型扁絲收排線的質(zhì)量提出更高的要求。

公司與成品退火裝置配套使用的小型扁絲SW-130/8型收排線機(jī)設(shè)備老化，收排線方式落后，收排線卷繞不能做到緊密結(jié)實(shí)，造成周轉(zhuǎn)和運(yùn)輸過程中因松圈亂絲而達(dá)不到客戶使用要求，為此公司決定對(duì)其進(jìn)行更新改造升級(jí)。

1 SW-130/8收排線機(jī)工作原理和工作方式

原SW-130/8型收排線機(jī)主要用來與八頭退火裝置配套，實(shí)現(xiàn)卷繞收線。該機(jī)器收排線采用整機(jī)同步定速牽引，分頭卷繞的方式進(jìn)行。牽引速度能任意調(diào)定，保持不變，各收線機(jī)能單獨(dú)起停，卷繞力矩任意可調(diào)，排線裝置的行程和排距能按需選用。

1.1 SW-130/8收排線機(jī)工作原理

牽引傳動(dòng)：牽引傳動(dòng)由Z2-32型電動(dòng)機(jī)三角帶拖動(dòng)二級(jí)減速器轉(zhuǎn)動(dòng)，減速器一端出軸由鏈條傳至牽引輪運(yùn)轉(zhuǎn)。其轉(zhuǎn)速（牽引速度）的大小，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)。

收線卷繞：收線軸由JDLJ71-0.05-4/8型電機(jī)通過齒輪減速器帶動(dòng)配置在從動(dòng)軸的線盤軸轉(zhuǎn)動(dòng)線盤周與空心軸采用滑鍵鏈接，收線軸在空心軸內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，還可以軸向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)卷繞排線；卷繞張力的大小調(diào)節(jié)力矩電機(jī)的卷繞力矩來實(shí)現(xiàn)。

排線：排線速度由Z2-32型電動(dòng)機(jī)、減速器JZT12-4滑差器、排線變速箱來，帶動(dòng)排線螺桿，支架導(dǎo)桿、換向撞塊和線盤支架往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)排線換向方式由電磁離合器，換向撞塊，換向開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。排線行程由換向撞塊和換向開關(guān)指令電磁離合器來實(shí)現(xiàn)。線盤排線行程的大小和對(duì)中通過換向開關(guān)的傳動(dòng)螺桿來調(diào)整，各線盤前的排線導(dǎo)輪亦可微調(diào)對(duì)中。排線排距的調(diào)節(jié)由JZT12-4型調(diào)速器和排線變速箱來實(shí)現(xiàn)，JZT12-4調(diào)速器起無級(jí)作用。

1.2 原SW-130/8型收排線機(jī)工作方式

原收排線機(jī)絲材走向示意圖（圖中粗實(shí)線表示絲材）如圖1所示。

圖1 原收排線機(jī)絲材走向示意圖

圖2 新收排線機(jī)絲材走向示意圖

收線路徑：絲材從左側(cè)退火裝置出來經(jīng)過兩個(gè)小導(dǎo)線輪、壓線裝置、牽引輪、大導(dǎo)輪再從牽引輪繞過來經(jīng)過微調(diào)裝置上的小導(dǎo)輪，到達(dá)收線盤完成卷繞收排線。

收線張力：通過壓線裝置壓板的壓力調(diào)整，牽引輪有一個(gè)設(shè)定轉(zhuǎn)速控制，收線盤有一個(gè)轉(zhuǎn)速控制產(chǎn)生張力完成收線。

收線軸的運(yùn)動(dòng)：收線軸在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，還可以軸向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)卷繞排線。

排線運(yùn)動(dòng)：通過JZT12-4調(diào)速器的無極調(diào)速，通過螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)整體排線裝置使收線軸軸向移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。由換向撞塊和換向開關(guān)指令電磁離合器實(shí)現(xiàn)排線的行程和換向。

1.3 小型扁絲收排線技術(shù)參數(shù)要求

規(guī)格：厚度（0.1～0.2）×寬度（0.8～2.0）mm；收線線速度（也是退火速度）：8～15 m/min；排線行程：20～90 mm；排距：即扁絲寬度 0.8×2.0 mm；收線盤規(guī)格：①Φ130×Φ60×Φ20×90 mm（外徑×起始卷徑×孔徑×長度）②Φ100×Φ50×Φ20×700 mm；收線重量：50～1 500 g；收線盤卷繞張力：0～1 kg。

1.4 原SW-130/8型收排線機(jī)存在的問題

原收排線機(jī)屬于單收單控整排方式，由機(jī)械裝置和簡單電氣控制轉(zhuǎn)速設(shè)定調(diào)節(jié)來完成收排線工作的，而不是恒線速收線；排線由普通螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)整體排線裝置實(shí)現(xiàn)排距的調(diào)節(jié)不能準(zhǔn)確定位；收線張力由兩個(gè)轉(zhuǎn)速和壓板調(diào)節(jié)不穩(wěn)定。特別是減速機(jī)構(gòu)繁雜不便于調(diào)整操作和設(shè)備維護(hù)與維修。

1.4.1 牽引：

由于收排線機(jī)屬于成品收排線設(shè)備，小扁絲收放線通過退火裝置時(shí)不能有大的張力，只能有小的阻尼放線，而且牽引速度與收線速度重合，因此不需要牽引傳動(dòng)裝置；

1.4.2 收線路徑

絲材在經(jīng)過牽引輪與大導(dǎo)輪后有一個(gè)回繞到牽引輪的方式，使得絲材不在同一個(gè)垂直平面內(nèi)影響扁絲的直度。

1.4.3 收線張力的控制

由壓線裝置的壓板壓緊調(diào)節(jié)收線張力，以及牽引裝置轉(zhuǎn)速設(shè)定后與收線力矩電機(jī)通過電壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的變化而產(chǎn)生，很難達(dá)到合理的張力值，扁絲纏繞不緊實(shí)。

1.4.4 排線方式

由普通螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)整體排線裝置實(shí)現(xiàn)排距的調(diào)節(jié)，扁絲纏繞排列不整齊。

1.4.5 排線行程與換向的控制

排線行程由換向撞塊和換向開關(guān)指令電磁離合器來實(shí)現(xiàn)。線盤排線行程的大小和對(duì)中通過換向開關(guān)的傳動(dòng)螺桿來手動(dòng)控制調(diào)整，位置精度不準(zhǔn)確。

1.4.6 收線與排線速度的控制

由收線電機(jī)和排線電機(jī)分別控制調(diào)整，速度不匹配。

2 新收排線機(jī)的收排線方法控制方式的選擇

2.1 常用收排線的方法

目前收排線的方法有五種：①整收整控整排②單收整控整排，③單收單控整排，④單收單控單排，⑤雙收雙控雙排。其中①、②、③、種都存在不同程度的技術(shù)缺陷，第④種方法較完善，第⑤種方法能基本滿足使用工藝技術(shù)要求。

2.2 收排線的控制方式

五種收排線的控制方式：①整收整控整排、②單收整控整排均不能實(shí)現(xiàn)智能化管理，無法做到恒線速收線；③單收單控整排能夠?qū)崿F(xiàn)智能化管理且能做到恒線速控制，但排線無法自動(dòng)跟蹤；④單收單排單控，功能完善，控制精確，但設(shè)備制造成本高。建議采用⑤雙收雙控雙排或單收單控雙排，這樣既可以基本做到智能化管理，恒線速收絲，且自動(dòng)跟蹤排線，同時(shí)不同規(guī)格的線，但需要兩側(cè)同時(shí)上下線才可以同時(shí)完成收線過程。

2.3 收排線方法和控制

收排線方法和控制的選擇：根據(jù)小扁絲應(yīng)用領(lǐng)域及小規(guī)格多品種附加值高，客戶不斷提高的技術(shù)要求和需求，以及機(jī)電一體化發(fā)展形勢的研究，為了實(shí)現(xiàn)小扁絲質(zhì)量進(jìn)一步提高，我們提出了恒線速收線、自動(dòng)跟蹤排線、人機(jī)對(duì)話的人工智能控制，便于操作，便于維護(hù)達(dá)到收線緊實(shí)排線整齊的效果，讓用戶滿意。為此我們選擇了單收單控單排的方法，恒線速收絲，且自動(dòng)跟蹤排線，排線換向與行程通過設(shè)定程序，實(shí)現(xiàn)精確控制。

3新型SPXJ——A收排線機(jī)的開發(fā)

3.1 開發(fā)方式

合作開發(fā)共同研究：通過市場調(diào)研設(shè)備的選型沒有達(dá)到滿意的效果，經(jīng)過協(xié)商我們與有收排線機(jī)制造經(jīng)驗(yàn)的設(shè)備制造廠達(dá)成合作開發(fā)共同研究適于扁絲的收排線機(jī)。由我方提出實(shí)際操作方案和技術(shù)參數(shù)、控制要求，由制造方進(jìn)行設(shè)備的整體與傳動(dòng)零部件的強(qiáng)度剛度計(jì)算及制作，并進(jìn)行程序控制的設(shè)定，現(xiàn)場進(jìn)行設(shè)備的小試中試達(dá)到我方要求后發(fā)貨。

3.2 開發(fā)內(nèi)容

收線路徑、收線張力機(jī)構(gòu)及收排線方式的要求見圖2。（圖2新收排線機(jī)絲材走向示意圖中的粗實(shí)線表示絲材）。

收線路徑：要求絲材在一個(gè)垂直平面內(nèi)，保證扁絲的直度。絲材從左側(cè)退火裝置出來經(jīng)過兩個(gè)小導(dǎo)線輪、壓線裝置、大導(dǎo)輪、阻尼輪再經(jīng)過微調(diào)裝置上的兩個(gè)小導(dǎo)輪，到達(dá)收線盤完成卷繞收排線。

收線張力機(jī)構(gòu)：將S輪傳動(dòng)應(yīng)用到張力機(jī)構(gòu)以增加收線張力。由壓線裝置；一個(gè)大導(dǎo)輪與阻尼輪形成S輪，阻尼輪的軸上加設(shè)阻尼裝置；在微調(diào)裝置處通過一個(gè)連桿連接兩個(gè)小導(dǎo)輪形成一個(gè)S輪；纏繞在收線盤上形成收線張力機(jī)構(gòu)。

收線軸的運(yùn)動(dòng)：收線軸在轉(zhuǎn)動(dòng)收線的同時(shí)，由排線軸帶動(dòng)收線軸軸向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)卷繞排線。

排線軸的傳動(dòng)方式：采用滾珠絲杠滾珠絲杠螺母傳動(dòng)以提高排線軸運(yùn)動(dòng)精度。

收排線方式：采用單收單排單控，即每個(gè)收排線裝置單獨(dú)收線單獨(dú)排線單獨(dú)控制操作，以適合小批量多規(guī)格生產(chǎn)方式。

收排線頭數(shù)：為了提高生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率由原來的八頭增加到十頭收排線機(jī)。

收排線電機(jī)數(shù)量：十個(gè)收線電機(jī)十個(gè)排線電機(jī)。

3.3 新SPXJ收排線機(jī)基本技術(shù)參數(shù)要求

規(guī)格：厚度（0.1～0.3）×寬度（0.8～3.0）mm；收線線速度（也是退火速度）：3～20 m/min；

排線行程：20～120 mm；排距：即扁絲寬度0.8×3.0 mm；收線盤規(guī)格：（外徑×起始卷徑×孔徑×長度）①Φ130×Φ60×Φ20×90 mm；②Φ100×Φ50×Φ20×70 mm。收線重量：50～2 000 g；收線盤卷繞張力：0～2 kg。

3.4 收排線機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)要求

3.4.1 控制方案的總體要求

機(jī)器的操作由工藝操作人員通過觸摸屏輸入收線度速、扁絲規(guī)格、排線行程等工藝參數(shù)，打開收線機(jī)單頭控制開關(guān)，機(jī)器即進(jìn)入工作程序，系統(tǒng)將按照設(shè)置的指令進(jìn)行恒線速收線，排線自動(dòng)跟蹤達(dá)到收線緊實(shí)，排線整齊。整機(jī)控制水平高，工作穩(wěn)定可靠，故障報(bào)警，維修方便。

3.4.2 十頭收排線機(jī)系統(tǒng)控制要求

（1）每個(gè)頭在操作方便的地方分別設(shè)置開、停按鈕；

（2）每個(gè)頭在方便操作的地方分別設(shè)置行程起始點(diǎn)調(diào)零按鈕以保證行程準(zhǔn)確；

（3）每個(gè)頭設(shè)置手動(dòng)微調(diào)裝置以保證收線盤單側(cè)對(duì)零的起始點(diǎn)準(zhǔn)確；

（4）每個(gè)頭設(shè)置行程保護(hù)接近開關(guān)避免事故發(fā)生。

3.5 控制方案的選擇

通過對(duì)變頻電機(jī)變頻調(diào)速控制與步進(jìn)電機(jī)控制、伺服電機(jī)控制的分析及制造方的建議根據(jù)收排線轉(zhuǎn)速低的特點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)，選擇了步進(jìn)電機(jī)數(shù)字控制。

3.5.1 通常不需要反饋就能對(duì)位移或速度進(jìn)行精確控制，因而即可以采用閉環(huán)控制還可以采用開環(huán)控制；

3.5.2 輸出的轉(zhuǎn)角或位移精度高，誤差不會(huì)積累具有良好的位置精度和運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性；

3.5.3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，與數(shù)字設(shè)備兼容，外形尺寸小，價(jià)格便宜；

3.5.4 優(yōu)秀的起停和反轉(zhuǎn)響應(yīng)；

3.5.5 僅僅將負(fù)載直接連接到電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上也可以極低速的同步旋轉(zhuǎn)。

3.6 系統(tǒng)主要硬件的選擇

3.6.1 觸摸屏：臺(tái)達(dá)DOP-A57GSTV；

3.6.2 可編程控制器：臺(tái)達(dá)DVP-14SS；

3.6.3 收線步進(jìn)電機(jī)：86BYG250B 電流 4A/相步距角 0.9°/1.8°；

3.6.4 排線步進(jìn)電機(jī)：北京四通混合式步進(jìn)電機(jī)56BYG250D電流2.4A步距角1.8°；

3.6.5 收線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器：北京四通：兩相步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器：SH-20806N；

3.6.6 排線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器：北京四通SH-20403；

3.6.7 整流模塊：北京四通SC-03。

3.7 觸摸屏設(shè)置的主要指令

3.7.1 收線軸恒線速度：根據(jù)扁絲退火工藝設(shè)定恒線速度；

3.7.2 扁絲厚度+厚度調(diào)整：為保證恒線速度收絲，需要根據(jù)扁絲公稱厚度設(shè)定厚度尺寸精度0.01mm同時(shí)設(shè)定線厚調(diào)整精度為0.001mm；

3.7.3 扁絲厚度+厚度調(diào)整：為保證扁絲盡量接觸到收線盤兩個(gè)內(nèi)端面，在收線盤寬度上達(dá)到均勻整齊排列間隙均布，需要根據(jù)扁絲公稱寬度設(shè)定寬度尺寸精度0.01mm同時(shí)設(shè)定線寬調(diào)整精度為0.001mm；

3.7.4 排線行程：根據(jù)收線盤實(shí)際寬度設(shè)定排線行程以保證排線對(duì)收線的自動(dòng)跟蹤精度；

3.7.5 顯示故障報(bào)警及故障復(fù)位功能：為方便設(shè)備維修需要顯示故障內(nèi)容，故障解除后按復(fù)位鍵繼續(xù)工作。

3.8 軟件編程設(shè)計(jì)的要求

3.8.1 收線線速度恒定：收線線速度隨收線卷徑的增大保持不變而轉(zhuǎn)速降低；

3.8.2 排線速度自動(dòng)跟蹤：排線速度與收線速度同步啟動(dòng)，隨著收線轉(zhuǎn)速的降低卷徑的增大而變化，達(dá)到排線纏繞整齊均勻排列的效果；

3.8.3 指令隨時(shí)調(diào)整功能：（1）線厚指令輸入由操作人員測量后一般不會(huì)改變。（2）但是扁絲寬度指令的設(shè)定可能與排線行程實(shí)際寬度產(chǎn)生誤差，不能達(dá)到扁絲盡量接觸收線盤兩側(cè)的效果，這就需要通過重新設(shè)定“線寬調(diào)整”數(shù)值來實(shí)現(xiàn)。（3）行程設(shè)定的數(shù)值也有可能與實(shí)際尺寸不符，需要重新設(shè)定數(shù)值來實(shí)現(xiàn)。（4）因此每一層扁絲兩側(cè)換向的起始點(diǎn)也就是重新設(shè)定數(shù)值啟動(dòng)的起始點(diǎn)。

4 開發(fā)效果

本研究所開發(fā)的SPXJ—A型收排線機(jī)采用S輪增大了收線張力，通過滾珠絲杠滾珠螺母傳動(dòng)提供排線精度，通過采用恒線速收線提高了扁絲的機(jī)械性能和理化指標(biāo)，通過把步進(jìn)電機(jī)數(shù)字控制技術(shù)應(yīng)用到扁絲收排線機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話智能控制。三個(gè)多月的使用結(jié)果表明，該收排線機(jī)顯著提高了扁絲卷繞排線質(zhì)量，達(dá)到了收線緊實(shí)排線整齊均勻的效果，提高客戶的滿意度、生產(chǎn)效率。

5 結(jié)束語

SPXJ—A型收排線機(jī)采用了S輪、滾珠絲杠滾珠螺母傳動(dòng)、恒線速收線、人機(jī)對(duì)話智能控制等技術(shù)，三個(gè)多月的使用結(jié)果表明，該收排線機(jī)可以顯著提高扁絲卷繞排線質(zhì)量，收線緊實(shí)，排線整齊均勻，可以滿足用戶需求。

[1]張立勛,黃筱調(diào),王亮.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2007.11

[2]李向東.電氣控制與PLC[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2002,09.