自动化绕线装置

暑假期间，我带领学生在企业实习时发现，不少企业设置了人工绕制线圈的岗位。经了解，企业为节约成本，并未配置自动制作线圈的设备，但因所用线圈为非标件，人工绕制存在效率低、成本高等缺点。之后，我从解决问题的角度出发，将研发“自动绕线装置”作为师生创新发明的实践项目，以此培养学生的创新思维。

一、方案论证与初期设计

我以创新工作室为依托，组织学生开展头脑风暴，收集了很多创意。与企业工程师多次沟通后，决定从“磁环缓慢转动”和“勾线往复运动”这两个核心问题入手，希望实现对磁环的缓慢转动和漆包线绕制往复运动的自动控制。

（一）实现磁环可夹持

经讨论，我们决定用三个橡胶滚轮实现对磁环的夹持，其中一个滚轮可通过手柄实现臂杆的移动，便于固定和松取。另外，还可通过每根臂杆的定位螺丝来调整三根臂杆的固定位置。

（二）实现磁环均匀转动

如何实现磁环上均匀转动绕线？我们用三个步进电机驱动三个滚轮转动，三个步进电机的转动方向和转速保持一致。滚轮的转速可以通过改变PLC所给脉冲速率、调整控制器的细分数等方法进行调节。

（三）实现漆包线往复绕制

如何实现漆包线的往复绕制？解决方案的任务布置后，有的同学从织衣针中得到启发，制作了一个塑料钩针实现漆包线的往复绕制。有的同学从打气筒的原理中受到启发，制订了气压驱动钩针往复运动的方案，利用脚踏板的“踩”“松”控制双向气动阀，实现钩针的上下往复运动。

二、再次优化与调试

整合学生提出的解决方案后，我们制作了“脚踏控制—气压传动—钩针往复运动”的自动化绕线装置。在装置交付试用一个月后，我们收到了来自企业的反馈：首先，在每个工位安装空气压缩机的成本较高，且存在一定的安全隐患。其次，操作工人不能很好地通过脚踏方式控制钩针的上下往复时间。最后，气压的波动导致控制钩针的绕制力度不一，无法满足线圈绕制的质量要求。

针对企业反馈的意见，我们再次进行了改进。

（一）优化钩针拉拽漆包线控制方式

我们决定尝试使用步进电机，通过丝杠传动来驱动钩针的上下往复运动。在丝杠上安装上下限位开关，在丝杠的另一端加装可计数、计速的检测器。

（二）验证优化后的效果

为了充分论证新方案的可行性，我们先用CAD软件设计并绘制了电路结构框图和程序流程图，在与企业进行技术交流后，决定选用限位定速的电气控制这一方案——不仅可实现钩针更稳定地自动进行往复运动，且因无需配置加压设备管线，设备使用更安全，更易推广。之后，学生自行完成了设备的PLC编程、安装和功能调试。

三、进一步设想

该设备仍然有需要改进的地方：其一，由于工人的熟练程度不一，钩针往复速度不能通过面板开关随意调整，只能通过PLC程序修改实现调速。其二，该设备仍需人工进行剪线、放线等操作，暂不能称为全自动线圈绕制装置。

今后，我们还将对以上问题继续开展探究，设计出低成本、全自动绕线装置。

[本文系江苏省第五期职业教育教学改革课题（课题编号ZYB201）“中职校活页式教材开发与应用研究”成果之一]

（栏目编辑  方郁芝）