CN105883488B - 一种自适应变直径线的便携式绕线机及绕线方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自适应变直径线的便携式绕线机及绕线方法。通过编写排线电机和收线电机的频率和转换时机，可实现对直径1mm‑1.5mm不规则变截面编织线的自适应便携式平绕或花绕线。

Description

一种自适应变直径线的便携式绕线机及绕线方法

技术领域

本发明属于绕线机械领域，具体涉及一种基于直径1mm-1.5mm不规则变截面编织线的自适应便携式绕线机。

背景技术

当前工业用自动化绕线机技术已较为成熟。自动化绕线设备绝大多数为落地设备，体积大，不能在绕线过程中搬运；并且针对单一直径绕线，排线方式单一。

发明内容

为了应对自动化绕线领域对小型化便携式机械的需求，以及解决不规则直径的编织线的绕线难题，本发明提供了一种自适应变直径线的便携式绕线机及绕线方法。

实现本发明第一目的采取的技术方案是：

一种自适应变直径线的便携式绕线机，其特征在于：包括收线电机，排线电机，PLC控制器，驱动器，收线机构，排线机构；其中，收线电机驱动收线机构的线轴转动，实现收线；排线电机通过控制丝杠转动，使排线机构的拨叉左右移动排线；收线电机和排线电机都是步进电机，两电机频率在PLC控制器的控制下而变得相互匹配，PLC控制器通过驱动器实施指令而驱动电机转动。

所述收线机构，包括：左支架，右支架，线轴，装夹轴一，装夹轴二，手轮轴，手柄；其中，线轴两端各连接装夹轴一和装夹轴二；装夹轴一与手轮轴连接，手轮轴与右支架间采用螺纹连接；手轮轴外端伸出右支架通过螺钉与手柄连接；装夹轴二穿过左支架的孔，与外端的电机连接。

线轴包括两端的两个轴档和中间的中空轴，中空轴将两个轴档连接，线轴上有一通孔，通孔孔壁上对称设计两条条形凸台，所述通孔及这两条条形凸台与对应侧的装夹轴连接；装夹轴一和装夹轴二都带有锥形头，端面均为锥形，在沿锥顶中心开有条形槽；线轴与装夹轴装配时，锥形端面定位线轴中心位置并锁紧线轴，径向条形凸台与条形槽配合，驱动线轴转动。

装夹轴二是一阶梯轴，可配合不同尺寸的电机轴。

所述排线机构，包括丝杠、安装板、滑块、导线柱和拨叉；其中，丝杠由排线电机驱动；安装板上表面开设有对称的两个滑槽，滑槽为长条形，且滑槽口对外开放；在滑槽中开设有螺栓孔；滑块有两个，分别设置在两个滑槽中，滑块上设有一长圆形孔，通过螺栓安装在滑槽中，滑块在滑槽长度方向上可调整位置；导线柱有两个，分别固定在两个滑块上，两个导线柱之间穿过线缆。

所述导线柱由外轮、轴承、轴、压冒组成；外轮有中心通孔，通孔两端设轴承，压冒设置在外轮顶部，与轴通过螺纹连接，从上面向下将轴承压紧，压冒中心开有螺纹通孔，轴穿过压冒、轴承、外轮，通过螺纹固定在滑块上；轴承与轴之间为间隙配合，轴承与外轮间也为间隙配合。

本发明第二目的是提供一种自适应变直径线的便携式绕线方法，其特征在于：作为步进电机类型的收线电机和排线电机，通过PLC控制器的自适应频率控制，使两电机频率变得相互匹配，实现等直径或变直径线的有序平绕或花绕，方法为，

通过设置PLC控制器中收线电机每秒脉冲数P₁，和排线电机每秒脉冲数P₂，使P₁、P₂关式始终满足这样的关系，即可实现；其中，d为线缆直径，s为排线电机驱动的排线机构中丝杠的导程。

进一步讲，可实现等直径线平绕的各参数的设计方法是：

设线轴直径D，线轴收线宽度L，线缆直径d，线缆总长度L₀，丝杠导程s，步进电机驱动器脉冲数P，绕线要求完成时间为T₀；则需要确定的参数是：收线电机每秒脉冲数P₁，排线电机每秒脉冲数P₂，绕线层数n，第n层绕线圈数K；

收线电机转速：N₁＝P₁/P；排线电机转速：N₂＝P₂/P；

设绕完L₀长度线缆共需n层，则

前n-1层每层绕线L/d圈；

设第n层绕线圈数为K圈；

第n层线圈中心直径D’n＝D+2(n-1)d+d＝D+(2n-1)d；

L₀＝π(D+d)(L/d)+π(D+3d)(L/d)+...

+π[D+(2n-3)d](L/d)+π[D+(2n-1)d]K

＝π(L/d)[n²d+n(D-2d)-D+d]+π[D+(2n-1)d]K；

由此确定绕线层数n和第n层绕线圈数K，方法是：先以试算法取n的值：n为自然数，从小到大一一试代人到

L₀－π(L/d)[n²d+n(D-2d)-D+d]这个式子中计算结果，当结果大于零，且是所有大于零的结果中最小的一个值时，n即取此时的值；n确定后，然后代入上述L₀计算式中，计算K的值；

因为T₀＝(n-1)(L/d)/N₁+K/N₁；又N₁＝P₁/P；

得根据绕线需求时间T₀，计算P₁；

因为在t时间内，排线机构运动长度＝N₂*t*s＝N₁*t*d；因N₂＝P₂/P；

得

进一步讲，可实现变直径线平绕的各参数的设计方法是：

设线缆总长度L₀，由m段不同的直径组成，第1段长度L₁，线缆直径d₁；第2段长度L₂，线缆直径d₂；......第m段长度L_m，线缆直径d_m；其余参数：线轴直径D，线轴收线宽度L，丝杠导程s，步进驱动器脉冲数P，绕线要求完成时间为T₀；

设收线电机绕制第1段的每秒脉冲数P_1.1，排线电机每秒脉冲数P_2.1，持续时间T₁；绕制第2段的每秒脉冲数P_1.2，排线电机每秒脉冲数P_2.2，持续时间T₂；......绕制第m段的每秒脉冲数P_1.m(p/s)，排线电机每秒脉冲数P_2.m，持续时间T_m；根据总绕线时间，近似分配每段绕线时间，即：

则需要确定的参数是：收线电机每秒脉冲数P₁，排线电机每秒脉冲数P₂，各段绕线频率转换的时间T₁、T₂、T_m；

第1段：

设第1段绕制n₁层，第n₁层绕制K₁圈；绕完后线轴外径变为D₁；

D₁＝D+2n₁d₁；

L₁＝π(D+d₁)(L/d₁)+π(D+3d₁)(L/d₁)+...

+π[D+(2n₁-3)d₁](L/d₁)+π[D+(2n₁-1)d₁]K₁

＝π(L/d₁)[n₁ ²d₁+n₁(D-2d₁)-D+d₁]+π[D+(2n₁-1)d₁]K₁；

时间T₁＝(n₁-1)(L/d₁)/N_1.1+K₁/N_1.1

N_1.1＝P_1.1/P；

得

得

由此确定n₁和K₁，先以试算法取n₁的值：n₁为自然数，从小到大一一试代人到

L₁－π(L/d₁)[n₁ ²d₁+n₁(D-2d₁)-D+d₁]这个式子中计算结果，当结果大于零，且是所有大于零的结果中最小的一个值时，n₁即取此时的值；n₁确定后，然后代入上述L₁计算式中，计算K1的值；

因为T₁＝(n₁-1)*(L/d₁)/N_1.1+K₁/N_1.1

收线电机转速：N_1.1＝P_1.1/P；

得

在t时间内，排线机构运动长度为：N_2.1*t*s＝N_1.1*t*d；因排线电机转速：N_2.1＝P_2.1/P；

得

第m段：

设第m段绕绕制了n_m层，第n_m层绕制K_m圈；

则绕完第m段，整根共n₁+n_2+...+n_m-(n_m-1)层；

D_m＝D_m-1+2(n_m-1)d_m＝D+2n₁d₁+2(n₂-1)d₂+...+2(n_m-1)d_m；

D'_m.1＝D_m-1+d_m；—————————第m段第1层中心直径；

D'_m.2＝D_m-1+3d_m；———————第m段第2层中心直径；

————第m段第n_m层中心直径；第m段第1层直径共有d_m直径的线圈圈；

n_m，K_m的计算方法同n1、K1的方法一样；

时间

N_1.m＝P_1.m/P；

得

N_2.m＝P_2.m/P，得

进一步讲，可实现等直径叉花绕线的各参数的设计方法是：

设线轴直径D，线轴收线宽度L，线缆直径d，线缆长度L₀，丝杠导程s；步进驱动器脉冲数P；绕线要求完成时间为T₀；

现想让前n₁层正常绕线，后n2层叉花绕线，增大圈间距绕线的间距为x，

需要确定的参数是：各段绕线时间T₁、T₂；PLC程序中需要设置的参数，P_1.1：前n₁层收线电机每秒脉冲数，P_2.1：前n₁层排线电机每秒脉冲数，P_1.2；后n2层收线电机每秒脉冲数，P_2.2；后n2层排线电机每秒脉冲数；

前n₁层等直径平绕：

绕后线圈外径D₁＝D+2n₁d；

后n2层叉花绕线：

L₂＝L₀-L₁；

每层绕线圈数L/x；

每层线圈中心直径:

D'_2.1＝D₁+d；—————————叉花绕线第1层中心直径；

D'_2.2＝D₁+3d；————————叉花绕线第2层中心直径；

——————叉花绕线第n₂层中心直径；

每一圈绕线长度：

当变化不大时，可认为

分配时间时，认为

由T₀＝T₁+T₂和求得T₁、T₂；

T₁＝n₁(L/d)/N_1.1；N_1.1＝P_1.1/P；

得

得

T₂＝(n₂-1)(L/x)/N_1.2+K/N_1.2；N_1.2＝P_1.2/P；

得

在t时间内，排线机构运动长度＝N_2.2*t*s＝N_1.2*t*x；

得

本发明的有益技术效果是：1、绕线机可以针对等截面和不规则变截面的包络直径1mm-1.5mm的柔性编织线进行绕线；2、绕线机能为编织线提供一定预紧力，并保护编织线内部导线不受损伤，使编织线整齐排列于特定线轴上；3、通过编写绕线机程序，可以实现一种有利于线轴放线的交叉绕线功能；4、绕线机质量可以＜7kg，体积＜300×200×250mm，具有提手，可以在绕线过程中便携移动。5、该发明易于实现，设计合理，工程使用效果好。

附图说明

图1为本发明整体内部结构图；

图2为收线机构图；

图3为线轴图；

图4为装夹轴二结构图；

图5为排线机构图；

图6为导线柱结构图；

图7为花绕绕线轴图；

图8为等直径平绕层间排布图；

图9为变直径平绕层间排布图；

图10为等直径花绕层间排布图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做详细的说明。

图1为本绕线机的整体内部结构图，图3为外观图。本发明绕线机整体用件少，结构紧凑小巧，因此可做成台式机；整机重量只集中在底座、电机和支架上，大重量级的件没有，因此易于移动。在整体外面罩设一个整机罩，在整机罩上设置提手，就可以做成便携式小型机械。

绕线机内部，除了底座和支架外，工作部件包括收线电机1，排线电机2，PLC控制器3，驱动器4，收线机构5，排线机构6等。

收线电机1和收线机构5相连，驱动收线机构运动。收线机构5可见图2，包括如下部件：左支架51、右支架52、线轴53、装夹轴一54、装夹轴二55、手轮轴56、手轮57。本收线机构可以实现下列功能：(1)通过锥形装夹轴使线轴装夹便捷可靠；(2)手轮轴可通过转动手轮，使手轮轴转动，带动装夹轴沿线轴轴向移动，推进或推出线轴，实现线轴的安装和拆卸；(3)装夹轴设计为多级轴径，可以适配多种标准电机轴直径。

左、右两个支架为架设装置，线轴通过两个装夹轴即装夹轴一和装夹轴二以及手轮轴架设在左、右两个支架之间，装夹轴二穿设在左支架(从图面看称为左支架)的孔中，为轴孔配合，与左支架的孔间采用轴承连接；装夹轴一与手轮轴间采用轴承连接，而手轮轴另一端穿过右支架的螺纹孔，手轮轴与右支架的安装采用螺纹连接，手轮轴外端通过4个螺钉与手轮固定。转动手柄，可使手轮轴的外螺纹在右支架的内螺纹中转动，驱动装夹轴一沿线轴轴向移动，实现线轴的夹紧与释放。装夹轴二的外缘设计为标准电机轴直径，可通过联轴器与电机连接，实现电机驱动绕线。

线轴53，如图3所示，为通孔中空设计，包括两端的两个轴档，和中间的中空轴，中空轴将两个轴档连接。轴档上和中空轴上有统一的通孔，通孔孔壁上对称设计两条条形凸台58。线轴的两端这两条条形凸台是用于安装装夹轴。

图4为装夹轴二结构图，装夹轴一与此类似。两个装夹轴带有锥形头，端面均为锥形，在沿锥顶中心开有条形槽59，用于与线轴的条形凸台配合。两个装夹轴从线轴两侧插入线轴通孔中，线轴凸台嵌入装夹轴条形槽中，绕线时，轴向靠锥形端面定位线轴中心位置并锁紧线轴，径向靠凸台与凹槽的配合，驱动线轴转动。利用圆锥面定位线轴中心位置，实现定位准确；绕线时，装夹轴二为主动轴，带动线轴转动，装夹轴一为辅助被动轴。

另外，装夹轴二具有阶梯轴，是为了配合不同尺寸的电机轴而准备。装夹轴二通过联轴器与电机轴连接，实现电机驱动自动化绕线。

装夹轴一与手轮轴相连，在转动手轮轴时，使手轮轴与支架间产生螺纹转动，可以实现手轮轴推进装夹轴一，进而由装夹轴一推进线轴向装夹轴二的方向加紧，便于线轴安装；或者反转时实现装夹轴一退出，线轴松懈，便于拆卸。手轮轴使连接在手轮轴上的装夹轴一轴向移动，实现线轴的便捷式安装和拆卸。

通过收线机构的介绍可知，本发明收线机构绕线平稳，线轴旋转频率可调。

排线电机2和排线机构6相连，驱动排线机构运动。排线机构6结构如图5所示，主要包括安装板61、滑块62和导线柱63。其中，安装板61是作为整个安装固定的基体，由电机带动的丝杠驱动，安装板前端安装拨叉，拨叉靠近绕线轴，用于保证由导线柱输出的线缆走直。在安装板上表面开设有对称的两个滑槽，在滑槽中开设有螺栓孔，可为一个也可为两个，用于固定滑块；滑槽为长条形，且滑槽口对外开放。

滑块有两个，分别设置在两个滑槽中，滑块的宽度与滑槽宽度相当，滑块在滑槽长度方向上可移动。滑块上设有一长圆形孔，可通过螺栓安装在滑槽中，由于长圆形孔中随处可穿过螺栓，所以可随意调整滑块在滑槽中长度方向的位置，然后用螺栓紧固到滑槽中的螺栓孔中即可。由于滑块在滑槽中的位置可调，这样也就意味着两个滑块间的相对距离可调。

在滑块上设置一凸台，台上设有内螺纹，用于安装导线柱。安装时两个凸台靠近安装。导线柱通过螺纹连接在滑块凸台上，导线柱的结构如图6所示，导线柱由外轮64、轴承65、轴66、压冒67组成。外轮64有中心通孔，通孔两端设轴承65；压冒67中心开有螺纹通孔；轴66穿过压冒67、轴承65、外轮64，通过螺纹固定在滑块上。压冒接，从上面向下将轴承压紧，防止轴承上下蹿动。轴下部为外螺纹，与滑块的安装孔内螺纹配合。轴承与轴之间为间隙配合，轴承与外轮间也为间隙配合。两个外轮之间的距离即为夹线间隙，调整两外轮的距离即调整夹线间隙，当机器运行时，两个外轮互为反向旋转，夹持线缆向前输送。

滑块可在安装板的滑道里移动。根据不同的线缆直径，调整滑块位置，即可实现夹线距离的调节，从而适应不同直径的线缆。

正是由于收线机构和排线机构的这些结构特点，本发明可实现对于等直径的，或者变直径的线缆的有序缠绕，尤其可实现小直径(1-1.5mm)的线缆的均匀缠绕，甚至是花绕，如图7所示。在缠绕时只要控制好收线电机1和排线电机2的频率就可以实现相匹配。收线电机1和排线电机2由PLC控制器3程序控制，受驱动器4驱动。收线电机驱动收线机构的线轴转动，实现收线。排线电机通过控制丝杠转动，使排线机构的拨叉左右排线。调节排线机构的导线柱之间的间距，能为编织线提供一定预紧力，并保护编织线内部导线不受损伤，使编织线整齐排列于特定线轴上。收线电机1和排线电机2都是步进电机。

其工作原理是：步进电机是将电脉冲信号转化为角位移的电动元件。步进电机的转动由步进电机驱动器控制，步进电机驱动器每接收一个脉冲信号，就驱动部件电机按设定的方向转动一个固定的角度。伺服控制器(PLC)中写有控制程序，向步进电机驱动器发送脉冲信号和方向信号。步进电机驱动器固有脉冲数为P(p/r)——电机转1转需要P个脉冲数。PLC程序中，收线电机转速控制参数为P₁(p/s)——每秒向收线电机驱动器发送P₁个脉冲，排线电机转速控制参数为P₂(p/s)——每秒向排线电机驱动器发送P₂个脉冲。为使线缆整齐排列，P₁、P₂之间具有协同关系；排线反向位置由光电限位开关控制，光电限位开关在线轴左右侧各一，使绕线区间正好在线轴两端面之间；光路被遮挡时，限位开关向PLC发出信号，PLC控制排线电机反转。收线电机转动方向始终一致。

在上述驱动原理下，本发明可实现的绕线包括如下：

一、本发明可实现等直径线缆的平绕：

设线轴直径D，线轴收线宽度L，线缆直径d，线缆总长度L₀，丝杠导程s，步进驱动器脉冲数P(p/r)，绕线要求完成时间为T₀。

在上述已知参数条件下，为满足绕线时间需求和整齐绕线效果需求，通过设置PLC程序中收线电机每秒脉冲数P₁(p/s)，和排线电机每秒脉冲数P₂(p/s)，即可达到绕线目的，现推导P₁、P₂与所有已知参数的关系式是：

收线电机转速：N₁＝P₁/P(r/s)；

排线电机转速：N₂＝P₂/P(r/s)；

设绕完L₀长度线缆共需n层；

则前n-1层每层绕线L/d圈；

设第n层绕线圈数为K圈；

第n层线圈中心直径D’n＝D+2(n-1)d+d＝D+(2n-1)d；

L₀＝π(D+d)(L/d)+π(D+3d)(L/d)+...

+π[D+(2n-3)d](L/d)+π[D+(2n-1)d]K

＝π(L/d)[n²d+n(D-2d)-D+d]+π[D+(2n-1)d]K；

由此确定绕线层数n和第n层绕线圈数K：先以试算法取n的值：n为自然数，从小到大一一试代人到

L₀－π(L/d)[n²d+n(D-2d)-D+d]这个式子中计算结果，当结果大于零，且是所有大于零的结果中最小的一个值时，n即取此时的值。n确定后，然后代入上述L₀计算式中，即可计算K的值。

因为T₀＝(n-1)(L/d)/N₁+K/N₁；又N₁＝P₁/P；

得根据绕线需求时间T₀，计算P₁；

在t时间内，排线机构运动长度＝N₂*t*s＝N₁*t*d；因N₂＝P₂/P；

得综上求得程序参数P₁、P₂。

至此，在一次绕线过程中，设备固定的情况下，线缆绕线的总层数n，最后一层的绕线圈数K，收线电机每秒脉冲数P₁和排线电机每秒脉冲数P₂，都为可求。只要初始设定好收线电机每秒脉冲数P₁和排线电机每秒脉冲数P₂，就可以实现预期绕线效果。

二、本发明还可实现变直径线缆的平绕：

设线缆总长度L₀，由m段不同的直径组成，第1段长度L₁，线缆直径d₁；第2段长度L₂，线缆直径d₂；......第m段长度L_m，线缆直径d_m。其余参数：线轴直径D，线轴收线宽度L，丝杠导程s，步进驱动器脉冲数P(p/r)，绕线要求完成时间为T₀。

设PLC中收线电机绕制第1段的每秒脉冲数P_1.1(p/s)，排线电机每秒脉冲数P_2.1(p/s)，持续时间T₁；绕制第2段的每秒脉冲数P_1.2(p/s)，排线电机每秒脉冲数P_2.2(p/s)，持续时间T₂；......绕制第m段的每秒脉冲数P_1.m(p/s)，排线电机每秒脉冲数P_2.m(p/s)，持续时间T_m。绕线总时间T₀＝T₁+T₂+...+T_m，根据总绕线时间，分配T₁到T_m时间。由于变直径范围1mm-1.5mm，变化范围不大，可近似以1～m段长度所所占比例来分配每段绕线时间，即：

则：

第1段：

设第1段绕制n₁层，第n₁层绕制K₁圈；绕完后线轴外径变为D₁；

D₁＝D+2n₁d₁；

根据L₀基础公式，可得：

L₁＝π(D+d₁)(L/d₁)+π(D+3d₁)(L/d₁)+...

+π[D+(2n₁-3)d₁](L/d₁)+π[D+(2n₁-1)d₁]K₁

＝π(L/d₁)[n₁ ²d₁+n₁(D-2d₁)-D+d₁]+π[D+(2n₁-1)d₁]K₁；

时间T₁＝(n₁-1)(L/d₁)/N_1.1+K₁/N_1.1

N_1.1＝P_1.1/P；

得

得

由此确定n₁和K₁，计算方法同n、K的方法一样。

因为T₁＝(n₁-1)*(L/d₁)/N_1.1+K₁/N_1.1

收线电机转速：N_1.1＝P_1.1/P；

得

设在t时间内，排线机构运动长度为：N_2.1*t*s＝N_1.1*t*d；因排线电机转速：N_2.1＝P_2.1/P；

得

第2段：

设第2段绕绕制了n₂层，第n₂层绕制K₂圈；

则绕完第2段，整根共n₁+n₂-1层；

第2段第1层共有d₂直径的线圈圈；

在计算上层线圈中心直径的时候，近似认为第2段的第1层是平整的，全部绕制的直径为d₂的线缆，则有以下计算式：

在计算上层线圈中心直径的时候，近似认为第2段的第1层整层是平整的，全部绕制的直径为d₂的线缆，则有以下计算式：

D₂＝D₁+2(n₂-1)d₂；

D'_2.1＝D₁+d₂；———————————第2段第1层中心直径；

D'_2.2＝D₁+3d₂；—————————第2段第2层中心直径；

———————第2段第n₂层中心直径；

据此可以求得n₂，K₂，方法同计算n、K的方法一样。

因为时间

N_1.2＝P_1.2/P；N_2.2＝P_2.2/P；同样：

得

得

第m段：

设第m段绕绕制了n_m层，第n_m层绕制K_m圈；

则绕完第m段，整根共n₁+n_2+...+n_m-(n_m-1)层；

D_m＝D_m-1+2(n_m-1)d_m＝D+2n₁d₁+2(n₂-1)d₂+...+2(n_m-1)d_m；

D'_m.1＝D_m-1+d_m；—————————第m段第1层中心直径；

D'_m.2＝D_m-1+3d_m；———————第m段第2层中心直径；

————第m段第n_m层中心直径；

第m段第1层直径共有d_m直径的线圈圈；

n_m，K_m的计算方法同n、K的方法一样。

时间

N_1.m＝P_1.m/P；

得

N_2.m＝P_2.m/P，得

由此可知各直径阶段收线电机及排线电机应有的每秒脉冲数。

注：因为多处涉及近似计算，故最终绕线时间不能完全等于T₀。

三、本发明还可实现等直径叉花绕线：

设线轴直径D，线轴收线宽度L，线缆直径d，线缆长度L₀，丝杠导程s；步进驱动器脉冲数P(p/r)；绕线要求完成时间为T₀。

现想让前n₁层正常绕线，后n2层叉花绕线，即增大圈间距绕线。增大圈间距绕线的间距为x，最后一层绕线圈数K。P_1.1、P_2.1、P_1.2、P_2.2、T₁是PLC程序中需要设置的参数。

前n₁层正常绕线，与前述等直径平绕相同：

由基础公式简单推导可知：

绕后线圈外径D₁＝D+2n₁d；

后n2层叉花绕线：

L₂＝L₀-L₁；

每层绕线圈数L/x；

每层线圈中心直径:

D'_2.1＝D₁+d；—————————叉花绕线第1层中心直径；

D'_2.2＝D₁+3d；————————叉花绕线第2层中心直径；

——————叉花绕线第n₂层中心直径；

每一圈绕线长度：

当变化不大时，可认为

分配时间时，认为

由T₀＝T₁+T₂和求得T₁、T₂；

T₁＝n₁(L/d)/N_1.1；N_1.1＝P_1.1/P；

得

得

T₂＝(n₂-1)(L/x)/N_1.2+K/N_1.2；N_1.2＝P_1.2/P；

得

在t时间内，排线机构运动长度＝N_2.2*t*s＝N_1.2*t*x；

得

同样，由于涉及多处近似计算，故最终绕线时间不能完全等于T₀。

通过设定电机脉冲数，可以实现一种有利于线轴放线的交叉绕线功能，该参数与编织线直径、线轴长度，丝杠导程，需求圈间距等有关。可以使收线机实现对40mm内的1mm-1.5mm不规则变截面编织线的整齐绕线。

在以上几种方法的指导下，本发明还可提供等直径全面叉花绕方法，以及变直径叉花绕方法，在此不再一一叙述。

Claims (2)

1.一种自适应变直径线的便携式绕线方法，其特征在于：作为步进电机类型的收线电机和排线电机，通过PLC控制器的自适应频率控制，使两电机频率变得相互匹配，实现等直径或变直径线的有序平绕或花绕，所述等直径平绕方法为，

通过设置PLC控制器中收线电机每秒脉冲数P₁，和排线电机每秒脉冲数P₂，使P₁、P₂关式始终满足这样的关系，即可实现；其中，d为线缆直径，s为排线电机驱动的排线机构中丝杠的导程；

实现变直径线平绕的各参数的设计方法是：

设线缆总长度L₀，由m段不同的直径组成，第1段长度L₁，线缆直径d₁；第2段长度L₂，线缆直径d₂；......第m段长度L_m，线缆直径d_m；其余参数：线轴直径D，线轴收线宽度L，丝杠导程s，步进驱动器脉冲数P，绕线要求完成时间为T₀；

设收线电机绕制第1段的每秒脉冲数P_1.1，排线电机每秒脉冲数P_2.1，持续时间T₁；绕制第2段的每秒脉冲数P_1.2，排线电机每秒脉冲数P_2.2，持续时间T₂；......绕制第m段的每秒脉冲数P_1.m(p/s)，排线电机每秒脉冲数P_2.m，持续时间T_m；根据总绕线时间，近似分配每段绕线时间，即：

则需要确定的参数是：收线电机每秒脉冲数P₁，排线电机每秒脉冲数P₂，各段绕线频率转换的时间T₁、T₂、T_m；

第1段：

设第1段绕制n₁层，第n₁层绕制K₁圈；绕完后线轴外径变为D₁；

D₁＝D+2n₁d₁；

L₁＝π(D+d₁)(L/d₁)+π(D+3d₁)(L/d₁)+...

+π[D+(2n₁-3)d₁](L/d₁)+π[D+(2n₁-1)d₁]K₁

＝π(L/d₁)[n₁ ²d₁+n₁(D-2d₁)-D+d₁]+π[D+(2n₁-1)d₁]K₁；

时间T₁＝(n₁-1)(L/d₁)/N_1.1+K₁/N_1.1

N_1.1＝P_1.1/P；

得

得

由此确定n₁和K₁，先以试算法取n₁的值：n₁为自然数，从小到大一一试代入到

L₁－π(L/d₁)[n₁ ²d₁+n₁(D-2d₁)-D+d₁]这个式子中计算结果，当结果大于零，且是所有大于零的结果中最小的一个值时，n₁即取此时的值；n₁确定后，然后代入上述L₁计算式中，计算K1的值；

因为T₁＝(n₁-1)*(L/d₁)/N_1.1+K₁/N_1.1

收线电机转速：N_1.1＝P_1.1/P；

得

在t时间内，排线机构运动长度为：N_2.1*t*s＝N_1.1*t*d；因排线电机转速：N_2.1＝P_2.1/P；

得

......

第m段：

设第m段绕绕制了n_m层，第n_m层绕制K_m圈；

则绕完第m段，整根共n₁+n₂+...+n_m-(n_m-1)层；

D_m＝D_m-1+2(n_m-1)d_m＝D+2n₁d₁+2(n₂-1)d₂+...+2(n_m-1)d_m；

D'_m.1＝D_m-1+d_m；—————————第m段第1层中心直径；

D'_m.2＝D_m-1+3d_m；———————第m段第2层中心直径；

......

————第m段第n_m层中心直径；

第m段第1层直径共有d_m直径的线圈圈；

n_m，K_m的计算方法同n1、K1的方法一样；

时间

N_1.m＝P_1.m/P；

得

N_2.m＝P_2.m/P，得

实现等直径叉花绕线的各参数的设计方法是：

设线轴直径D，线轴收线宽度L，线缆直径d，线缆长度L₀，丝杠导程s；步进驱动器脉冲数P；绕线要求完成时间为T₀；

现想让前n₁层正常绕线，后n2层叉花绕线，增大圈间距绕线的间距为x，

需要确定的参数是：各段绕线时间T₁、T₂；PLC程序中需要设置的参数，P_1.1：前n₁层收线电机每秒脉冲数，P_2.1：前n₁层排线电机每秒脉冲数，P_1.2：后n2层收线电机每秒脉冲数，P_2.2：后n2层排线电机每秒脉冲数；

前n₁层等直径平绕：

绕后线圈外径D₁＝D+2n₁d；

后n2层叉花绕线：

L₂＝L₀-L₁；

每层绕线圈数L/x；

每层线圈中心直径:

D'_2.1＝D₁+d；—————————叉花绕线第1层中心直径；

D'_2.2＝D₁+3d；————————叉花绕线第2层中心直径；

......

——————叉花绕线第n₂层中心直径；

每一圈绕线长度：

当变化不大时，可认为

分配时间时，认为

由T₀＝T₁+T₂和求得T₁、T₂；

T₁＝n₁(L/d)/N_1.1；N_1.1＝P_1.1/P；

得

得

T₂＝(n₂-1)(L/x)/N_1.2+K/N_1.2；N_1.2＝P_1.2/P；

得

在t时间内，排线机构运动长度＝N_2.2*t*s＝N_1.2*t*x；

得

2.根据权利要求1所述的自适应变直径线的便携式绕线方法，其特征在于：

实现等直径线平绕的各参数的设计方法是：

设线轴直径D，线轴收线宽度L，线缆直径d，线缆总长度L₀，丝杠导程s，步进电机驱动器脉冲数P，绕线要求完成时间为T₀；则需要确定的参数是：收线电机每秒脉冲数P₁，排线电机每秒脉冲数P₂，绕线层数n，第n层绕线圈数K；

收线电机转速：N₁＝P₁/P；排线电机转速：N₂＝P₂/P；

设绕完L₀长度线缆共需n层，则

前n-1层每层绕线L/d圈；

设第n层绕线圈数为K圈；

第n层线圈中心直径D’n＝D+2(n-1)d+d＝D+(2n-1)d；

L₀＝π(D+d)(L/d)+π(D+3d)(L/d)+...

+π[D+(2n-3)d](L/d)+π[D+(2n-1)d]K

＝π(L/d)[n²d+n(D-2d)-D+d]+π[D+(2n-1)d]K；

由此确定绕线层数n和第n层绕线圈数K，方法是：先以试算法取n的值：n为自然数，从小到大一一试代入到

L₀－π(L/d)[n²d+n(D-2d)-D+d]这个式子中计算结果，当结果大于零，且是所有大于零的结果中最小的一个值时，n即取此时的值；n确定后，然后代入上述L₀计算式中，计算K的值；

因为T₀＝(n-1)(L/d)/N₁+K/N₁；又N₁＝P₁/P；

得根据绕线需求时间T₀，计算P₁；

因为在t时间内，排线机构运动长度＝N₂*t*s＝N₁*t*d；因N₂＝P₂/P；

得