陳晶晶 何文豐 孫發(fā)第 盧宏義

（1、2、3、4．龍巖學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院，福建 龍巖 364012）

電線切剝機(jī)自動收線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院，福建 龍巖 364012）

文章以降低用工成本為出發(fā)點(diǎn)，對用于電線切剝機(jī)的自動收線機(jī)，結(jié)合不同廠家所生產(chǎn)收線機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，在機(jī)械和電子兩方面綜合提出改進(jìn)型的收線方法。實(shí)踐表明，采用改進(jìn)后的自動收機(jī)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(jī)；機(jī)械夾爪

在當(dāng)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(jià)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(jìn)行切剝線的電線切剝機(jī)快速發(fā)展。它具有加工速度快、價(jià)格適中，體積小等優(yōu)點(diǎn)。但由于電線切剝機(jī)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(dāng)前社會環(huán)境下，代替人工收線的輔助收線設(shè)備的設(shè)計(jì)開發(fā)迫在眉睫。

一、改進(jìn)型自動收線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

改進(jìn)后的收線系統(tǒng)主要分電線預(yù)處理，取電線和放置電線這三個(gè)模塊，如圖1所示。

圖1 改進(jìn)后的收線系統(tǒng)框圖

1、電線預(yù)處理模塊：該模塊采用傳送帶作為實(shí)現(xiàn)媒介，理直切剝后的電線。

2、取電線模塊：該模塊采用機(jī)械夾爪作為實(shí)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(jī)采用氣動時(shí)噪音大的缺點(diǎn)。

3、放置電線模塊：相比于現(xiàn)有的自動收線機(jī)，該模塊屬于改進(jìn)后收線系統(tǒng)特有的功能，使用兩個(gè)小型筆形氣缸作為實(shí)現(xiàn)媒介，目的是模擬手工收線時(shí)固定電線的作用，該模塊功能有利于使機(jī)械夾爪抓取來的電線一根一根的疊在一起。

二、改進(jìn)型收線系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)及運(yùn)行要求

1、電線預(yù)處理模塊的機(jī)械結(jié)構(gòu)及運(yùn)行要求

電線預(yù)處理機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖2所示。電線切剝機(jī)的主要動作機(jī)構(gòu)包括前后壓線輪，切電線用的對刀，導(dǎo)線管等。系統(tǒng)工作時(shí)，電線切剝機(jī)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(shí)對刀也根據(jù)需要改變進(jìn)刀值。如果沒有使用人工收線，則圖中電線的C點(diǎn)在經(jīng)過出線端滾輪后在重力的作用下會往下運(yùn)動 （如圖2中狀態(tài)2所示），使用傳送帶托住電線，同時(shí)使傳送帶逆時(shí)針運(yùn)轉(zhuǎn)，在傳送帶表面和電線之間摩擦力的作用下實(shí)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(diǎn)，存在線性函數(shù)S2＝f（v2，δ）和S7＝f（v2，δ）。為滾輪的運(yùn)行線速度。

圖2 電線預(yù)處理機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖

（等效于電線切剝機(jī)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(jī)固定的加工某類電線，故δ在這里可以認(rèn)為是固定值）。傳送帶的運(yùn)行速度和電線切剝機(jī)的壓線輪v2的運(yùn)行線速度會使電線預(yù)處理出現(xiàn)兩種情況，如下所示：

若電線預(yù)處理時(shí)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，

2、取電線模塊的機(jī)械結(jié)構(gòu)及運(yùn)行要求

為了提高線束加工的速度，電線切剝機(jī)已經(jīng)從原來的一次加工單根發(fā)展到一次可以同時(shí)加工5根，所以收線機(jī)的取電線模塊需要能同時(shí)兼顧收單根和多根電線的情況。該模塊的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖3所示。該圖為收線機(jī)系統(tǒng)的取電線模塊在上電初始化后的初始狀態(tài)。機(jī)械夾爪被設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)為一個(gè)42式步進(jìn)電機(jī)，通過一根與XZ平面成一定夾角的連桿與步進(jìn)電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)機(jī)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(gè)筆形氣缸，在夾線時(shí)使用兩個(gè)筆形氣缸作為執(zhí)行機(jī)構(gòu) （兩點(diǎn)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(gè)筆形氣缸同時(shí)動作，將電線夾穩(wěn)。第二步，步進(jìn)電機(jī)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(shí)，步進(jìn)電機(jī)2沿旋轉(zhuǎn)方向2運(yùn)動，將夾線爪旋轉(zhuǎn)至和負(fù)Y軸同向。要使步進(jìn)電機(jī)2做到先于步進(jìn)電機(jī)1完成旋轉(zhuǎn)。當(dāng)夾爪夾住電線并在步進(jìn)電機(jī)1旋轉(zhuǎn)時(shí)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(yùn)行需要符合以下要求：

Tb為電線切剝機(jī)切剝一次電線所需要花費(fèi)的總時(shí)間；Tb1為步進(jìn)電機(jī)1從初始狀態(tài)到旋轉(zhuǎn)到位所需的時(shí)間 （安裝接近開關(guān)用于感應(yīng)是否旋轉(zhuǎn)到位）；Tb2為步進(jìn)電機(jī)1從接近開關(guān)感應(yīng)位置旋轉(zhuǎn)到初始位置所花費(fèi)的時(shí)間；Tt為步進(jìn)電機(jī)1停留在接近開關(guān)位置的時(shí)間間隔且必須大于夾爪張開的時(shí)間；Tb3為步進(jìn)電機(jī)2使夾爪從初始位置旋轉(zhuǎn)到垂直位置所花費(fèi)的時(shí)間；Tb4為步進(jìn)電機(jī)2使夾爪從垂直位置旋轉(zhuǎn)到初始位置所花費(fèi)的時(shí)間。

對于式 （3）中的Tt，筆形氣缸因?yàn)樾谐潭?，用氣量小，所以夾爪張開時(shí)間非常短。以亞德客的小型筆形氣缸為例，其勵(lì)磁時(shí)間大都在0．05秒以下，在這里取Tt為足夠動作時(shí)間0．5秒。步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的往返速度設(shè)定為相等，則Tb3＝Tb4，Tb1＝Tb2。為了使夾線工作順利進(jìn)行，取（3）、（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(jì)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

3、放置電線模塊的機(jī)械結(jié)構(gòu)及運(yùn)行要求

要使收線機(jī)收齊切剝好的電線，需要將它們一根接一根對齊并固定。設(shè)計(jì)如圖4的放置電線結(jié)構(gòu)：

圖4 放置電線模塊結(jié)構(gòu)

三、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)改進(jìn)后自動收線系統(tǒng)的控制要求，設(shè)計(jì)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

四、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

為了滿足不同廠商的需求，設(shè)計(jì)自動收線機(jī)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(jī)的各項(xiàng)參數(shù)由用戶根據(jù)電線切剝機(jī)的工作特點(diǎn)手動輸入經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。自動調(diào)整參數(shù)模式是指自動收線機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)由自動收線機(jī)自學(xué)習(xí)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(wù)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(wù)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(wù)包含對LCD1602、步進(jìn)電機(jī)和電磁閥等的初始化。初始化完成的狀態(tài)是步進(jìn)電機(jī)1運(yùn)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(jìn)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(jìn)入手動調(diào)整參數(shù)模式需要設(shè)定，它是從啟動收線信號發(fā)生到夾線爪動作這段時(shí)間，步進(jìn)電機(jī)1的運(yùn)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(wù)流程圖

進(jìn)入自動調(diào)整參數(shù)模式時(shí)，系統(tǒng)調(diào)用定時(shí)器計(jì)時(shí)功能，采集最早兩次啟動收線信號之間的時(shí)間間隔Tb，按要求，取中等加工速度時(shí)的，同時(shí)計(jì)算得出和。自動調(diào)整參數(shù)準(zhǔn)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(zhǔn)備流程圖

結(jié)語

文中設(shè)計(jì)的改進(jìn)型自動收線系統(tǒng)在現(xiàn)有自動收線機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行機(jī)械和電子多方面改進(jìn)。經(jīng)過實(shí)踐測試，改進(jìn)后的收線機(jī)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。

［1］Atmel Microcontroller Handbook，2001．

［2］王幸之·AT89C系列單片機(jī)原理與接口技術(shù)［M］．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004．

［3］楊興瑤·電動機(jī)的調(diào)速原理及系統(tǒng)［M］．北京：水利電力出版社，1979．

［4］8－bit Microcontroller With 8K Bytes in－system programble Flash AT89S52．ATME，2001．

［5］譚浩強(qiáng)·C程序設(shè)計(jì)［M］．北京：清華大學(xué)出版社，1991．

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(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目 （1108）

1．陳晶晶 （1982～），女，福建龍巖人，龍巖學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)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(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院助理工程師。研究方向：軟件開發(fā)。

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