金属线材自动绕装机设计
1.绪论
1.1双金属线材及其应用
当今社会生产制造业迅猛发展，原材料消耗巨大。在现代化工业企业中，电力早已成为第一能源。有色金属作为导线的重要原材料其消耗量也是惊人的。
众所周知，导线的表面导电率最高。而且导线一定要有足够的横截面积，所以为了降低成本，节约有限的有色金属资源，双金属导线孕育而生。所谓双金属线材，就是用导电率相对较低的铝作为线心，用导电率较高的铜包在外面。如图所示。
铝铜 图1-1双金属线示意图
其有以下优点：
(1) 降低成本。因为其主要原材料为铜和铝（铝做线心铜包在外部）
(2) 减轻比重。
(3) 节约有限的有色金属资源。
因此，双金属线材的市场潜力巨大。在国外，美国已经有了比较完善的生产工艺过程。其在双金属线材的生产技术方面处于领先地位。生产设备比较先进，基本实现自动化生产。在国内，我国积极引进国外先进技术，但是生产工艺还不完善，生产设备短缺，目前还处于起步阶段。
根据双金属线材的直径不同现在双金属线材主要应用在电力
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工程和通讯工程上。但是在不久的将来，双金属线一定会以它的自身优势逐步取代现在的单金属导线。
1.2绕装机的作用和目前状况
绕装机是双金属线生产中最后环节封装,完成家用电器,电机及工业电机线圈绕制的电工专用设备.
它主要目的是把生产出的双金属线缠绕成卷，便于运输。由于是生产的最后环节，所以一定要保证设备不会对产品构成破坏，也要求有记数系统以便于统计产量和方便销售。国外绕线机的线嵌设备已由电器自动控制发展到微机控制.有些还具备关键部位的状态监视和故障诊断功能.然而我国在这类设备的控制方面还基本上采用传统的电器控制,生产效率低,线圈绕制的质量差,属于半手工半自动的操作方式.
本次设计题目为双金属线材自动绕装机设计，本项目属于实际生产中的技术改造的装备开发设计。该装备主要用于新型双金属材料的制造生产，该设备实现自动化生产，达到高效、可靠、生产率提高的目的。在目前国内的生产厂家中，绕装过程大多为人工操作，生产效率低，缠绕精度不高。此设备的研制可以改善这一状况，节约劳动力成本。
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2. 绕装机的构成及其工作原理
2.1双金属线材绕装机的工作原理
绕装机由绕线机构、排线机构、张紧机构三个主要部分组成。 在线圈卷绕之前先做好准备工作，将双金属线穿过张紧力产生装置，然后再穿过安装在丝杠螺母副工作台上的导向装置，最后才按照一定的传动关系卷绕在卷筒上。
电动机与主减速器相连接，开动电动机后主轴开始转动，绕线开始。双金属线通过张紧机构，可以保证缠绕时金属线上具有一定的张紧力。从而保证金属线能够整齐紧密的卷绕在卷筒上。
步进电机控制排线装置：步进电机转速控制排线速度，转向控制丝杠的移动方向，换向位置由安装在导向光杠上的红外线接收管来控制。在导向装置上的辊子上安有霍尔元件，可以记录绕线长度，测量线材移动的速度。
卷筒由胀紧装置固定在主轴上，充分保证了卷筒和主轴的同步转动，以完成绕线功能。涨紧力是由内部截面为锥形的衬套和主轴端部的锥面之间的挤压力所提供的。上、下料时辅助支撑处的轴随着安装在其下部的滑动丝杠进行轴向移动。使卷筒有足够的空间可以装卸。
2.2双金属线材绕装机设计过程中的方案对比
设计过程中所遇到的主要问题是张紧力的产生和卷筒部分支撑。
2.2.1张紧力的产生方法
张紧力的产生可以有三种方法：
第一种拉紧装置俗称“九曲桥”，线架为简单的焊接结构，其
上焊有放一个或多个线盘的悬挂轴。拉紧装置由立柱与胶木轮，再至绕线机绕线模上。双金属线在拉紧装置上的胶木轮间反复弯曲变形通过，产生绕线过程中的张紧力，该力的大小可以通过调整双金属线材穿行胶木轮的数量来控制。但是在生产过程中存在着很多的缺陷。金属线材的反复弯曲，造成线材的“软作硬化”现象。由于
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双金属线反复弯曲，通过多个胶木轮，摩擦力很大，还有可能导致线
材的不均匀变形。
第二种张紧力的产生装置是依靠配重块来产生张紧所需要的
力。其具体结构如下图2-1所示。
绕线时，先将线盘上的两对称轴向拉紧螺杆卸下,将两端板紧贴于线盘两圆盘外侧,通过两螺杆将两端板与线盘固定于一体,然后将线盘中心孔套入线架悬挂轴上,轴端拧上防脱螺母,再将剪断的三角带放入带槽的端板槽内,三角皮带一端固定于线架上,另一端吊挂配重块,双金属线从线盘出来,经导向轮至绕线机绕线模上。绕线过程中线盘转动,三角带对线盘施加摩擦力,形成金属线的拉紧力,该力的大小可调整配重块的数量来控制。
这种装置张紧力的产生是采用三角带对线盘的摩擦来实现的，皮带的强度是有限的，即下面可以加载配重块的重量也是有限的，因此所能产生的张紧力的范围很窄。本机构主要是对线径为3-5mm的双金属线材进行绕制，所以需要较大的张紧力。这种方案显然不能提供足够大的张紧力，是不符合生产要求的。
第三种设计方法是通过摩擦盘来产生张紧力的，双金属线从两个压紧轮中间通过，由于其中一个压紧轮与摩擦盘相连，摩擦盘的
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制动作用使金属线材上产生一定的张紧力。摩擦盘依靠压紧弹簧相互挤压在一起，可以通过改变弹簧的变形程度，调整弹簧的几何参数来控制摩擦盘间的压紧力，进一步控制张紧力的大小。这种方法设计简单，工作可靠，易于调节，并且可以产生所需的较大张紧力，所以这次设计中就采用这种方法。
2.2.2卷筒部分支撑方法
辅助支撑部位的结构可以有很宽的选择范围。如可以采取气压缸，液压缸驱动辅助支撑轮往复运动完成支撑（具体结构如下图2-2所示。图中1为辅助支撑轮，图中2为气压缸），但是此种结构设计中对于辅助支撑辊子的安装定位精度的要求很高，如果定位不够精确辊子就有可能起不到辅助支撑的作用，或者会导致卷筒的中心轴线并不是水平的而引起卷线误差。另外，由于在绕线过程中卷筒的质量越来越大，也就是说施加在辅助支撑辊子上的力也会越来越大，因此对于气压缸的密封性的要求很高。综合上述的各种因素，这种方案的可行性较差。
本次设计中采取辅助支撑轴来对卷筒进行支撑，卷线的过程中支撑轴伸入卷筒的筒芯内部。通过安装在滑动丝杠上顶紧轴（也就
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