本文介紹的是全自動多極外定子繞線機，可以繞制不同規(guī)格的外定子線圈，外定子線圈如圖1所示。由于工藝比較特殊（每個極內部空間小，外部空間大，在靠近內側要少繞，外部要多繞），用過去20PM常用的電子凸輪功能實現(xiàn)繞排線，比較困難。用20PM的強大的數(shù)控功能實現(xiàn)，簡單可靠。全程序只用一個G01直線插補功能，就實現(xiàn)了復雜的工藝控制。

        圖1  外定子線圈

        一般普通繞線機采用內置脈沖功能的小型PLC，通過繞線軸編碼器速度輸出到PLC內置高速輸入點，將繞線軸與排線軸的速比進行簡單速度同步，這種方法受PLC運算影響，同步精度差、計算量大、CPU處理時間較長，因此會出現(xiàn)繞線不均勻、堆積、塌陷等問題。
        還有的繞線機控制方式，是用現(xiàn)在具有高速脈沖輸出，具有直線插補指令的定位型PLC控制。一是現(xiàn)在市面上類似的PLC大多單獨高速輸出可達100K,但一旦用插補指令速度都在10k左右，速度較低。再就是利用電腦數(shù)控板卡，數(shù)控系統(tǒng)控制，一是成本比較貴，在系統(tǒng)抗擾方面也需要謹慎處理，不利于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。另外，現(xiàn)場編程人員不僅需要具有工業(yè)控制方面的經驗，更需要有計算機軟件如C語言等知識。
        臺達DVP-20PM00D是一款專用運動控制型PLC，采用高速雙CPU結構形式，利用獨立CPU處理運動控制算法，可以很好地實現(xiàn)各種運動軌跡控制、邏輯動作控制、直線/圓弧插補控制等，在高速繞線機中正是利用了20PM運動控制器的直線插補功能很好的解決了上述繞線在換向時出現(xiàn)的繞制不均勻、堆積、不平整等問題。
        過去用繞線機都用的20PM電子凸輪方式比較多，因為本工藝比較特殊，采用20PM數(shù)控功能實現(xiàn)。

        1 高速多極外定子繞線機簡介
        多極外定子繞線機是專用于各類多極外定子繞線的專業(yè)設備。設備繞線軌跡為矩形，自動排線，可以對槽寬較小的高槽滿率定子自動繞線，有效提高生產效率，提高產品質量。
        1.1  設備結構
        高速繞線機如圖2所示。

        圖2  高速繞線機

        (1)  機架
        機架由角鋼框架及不銹鋼臺面組成，并設置腳輪便于移動，當設備到位后可將支腳調低作為穩(wěn)定支撐。
        (2)  張力機構
        安裝于進線部分，作為繞線張力調節(jié)，保證線圈繞制時維持張力恒定，張力調節(jié)器具有調節(jié)旋鈕可針對不同需求進行張力調節(jié)設定，調整完畢后，張力調節(jié)器自動控制繞線張力。
        (3)  繞線機構
        主要由臺達伺服電機、同步齒形帶、繞線飛叉組成，是繞制主軸，銅線經過飛叉旋轉繞制于繞線模頭上，是繞線機主要運動部件之一。
        (4)  排線機構
        包括臺達伺服電機、精密直線螺桿、精密導軌、氣動滑叉等，是電子凸輪運動中的排線從軸，在繞線運動中跟隨繞線主軸正反向往復運動實現(xiàn)排線動作，是繞線機主要運動部件之一。
        (5)  工作轉臺
        由分度步進電機、旋轉臺、線叉、繞線模頭組成。
        (6)  剪線機構
        為氣動執(zhí)行機構，主要是將繞制完成的線圈兩端引線剪斷。
        (7)  電氣控制
        包含電氣控制箱、觸摸屏操作盒。采用DVP-20PM00D運動控制器作為控制核心，觸摸屏作為人機交換機構，伺服電機作為執(zhí)行機構，實現(xiàn)轉軸與排線的精確控制，從而保證繞線的精度。
        1.2  設備工藝流程
        設備控制主要分為手動與自動模式。在手動模式下，可實現(xiàn)各軸歸原點，正反點動；在自動模式下，通過設定好相應極數(shù)，層數(shù)等參數(shù)，實現(xiàn)整個產品的全自動控制。具體相關邏輯控制這里就不在贅述，不同的繞線其控制邏輯千差萬別，但是利用EH2強大的邏輯控制功能，可輕易實現(xiàn)復雜的邏輯控制。本文重點介紹如何用20PM的數(shù)控功能實現(xiàn)外定子線圈的繞制。因為不論何種形式的繞線機，其最核心的控制就在于繞線與排線的精密控制。
        1.3  電氣系統(tǒng)主要配置
        電氣控制主要包括繞排線部分、步進分度部分、氣缸動作控制部分。主要配置如表1所示。
        表1  電氣系統(tǒng)主要配置

        2 數(shù)控功能具體應用介紹
        本高速繞線機的主要控制功能在于20PM數(shù)控的應用，使繞制產品的成品品質及效率大大提高。以下對數(shù)控功能作簡單介紹：
        （1）DVP20PM特色。多段速執(zhí)行及中斷定位，利用此項功能實現(xiàn)運動的平滑性及準確定位。64k步程序容量，100段運動程序，滿足不同加工需求；在20PM中最大可設置100種運動軌跡，同時利用64k的程序容量，預先將需要執(zhí)行的各種不同運行曲線的G碼存儲在PLC中，當需要加工某種規(guī)格時，可以采用文本顯示器、觸摸屏等來調用。支持G碼的直接匯入，當采用CAM軟件生成文本格式的G碼后，可利用PMSOFT的匯入菜單直接匯入到PLC運動程序中。脈沖輸入輸出采用差動方式，最高達500kHz，滿足了絕大多數(shù)應用中速度的要求。支持手搖輪應用，這是運動控制中的一個基本功能，可做一些手動的調整。具備電子原點返回模式，在20PM內存中加入了原點記憶功能，只要設定了電子原點，即使設備斷電，在下次上電后也可以輕松找到原點位置。支持PLC順序語言及定位語言（G碼與M碼），實現(xiàn)了通用PLC與數(shù)控技術的一個完美結合。配置運動軌跡的離線仿真功能，在實際加工前利用該項功能可以檢查運動程序是否存在問題，可及時減少錯誤發(fā)生，如圖3所示。

        圖3  離線仿真器

        （2）軸控方式。DVP 20PM是實現(xiàn)兩軸（X、Y軸）聯(lián)動插補的產品，支持數(shù)控程序中的G碼功能指令，同時可以處理第三軸的動作。
        20PM支持的G代碼功能如下：G0高速定位；G1雙軸聯(lián)動直線插補；G2順時針圓弧插補（設定圓心位置）；G3逆時針圓弧插補（設定圓心位置）；G2順時針圓弧插補（設定半徑長度）；G3逆時針圓弧插補（設定半徑長度）；G4停頓時間；G90設定絕對坐標系統(tǒng)；G91設定相對坐標系統(tǒng)。
        3  外定子繞排線難點分析及程序概要

        圖4  每極內部空間小，外部空間大

        由圖4可以看出每極內部空間小，外部空間大，在靠近內側要少繞，外部要多繞，如圖5為繞出效果。

        圖5  繞出效果

        相應的對每極排線要求如下：
        排線形狀  繞線結束點，第四層
        ——————————————
        繞線起點，第一層
        因為圓形定子，外面的空間大，里面空間小，所以靠外面要多繞線，里面少繞線。如圖6所示。

        圖6 繞線示意圖

        這要求每次到下一層時，先排預設的幾毫米，再按預定的匝數(shù)開始繞，每層都如圖7所示設定空位、匝數(shù)。

        圖7  空位、匝數(shù)設定

        用電子凸輪方式做，存在的難點主要在于：主軸是繞線軸，從軸是排線軸，主軸必須運動，從軸才能開始運動，從而使排線軸每次先走，不好實現(xiàn)。而用20PM的數(shù)控功能，激活OX運動子程序，則可輕松實現(xiàn)。如圖8所示，每次X軸先排一空位，然后XY插補，繞排到預定匝數(shù)。只用了一個直線插補指令，解決工藝難點。

        圖8  每次X軸先排一空位，然后XY插補，繞排到預定匝數(shù)

        用EH2作為主機執(zhí)行邏輯及順控，20PM作為從機數(shù)據交換十分便利，如圖9所示。

        圖9  用EH2作為主機執(zhí)行邏輯及順控

        4  結束語
        客戶反映繞線質量與效率有了大幅提升，繞制產品品質達到用戶需求，臺達20PM電子數(shù)控功能成功應用于高速外定子線圈繞線機中。在后續(xù)工作中，客戶準備將20PM用于如轉子等其他繞線設備上。