台式剥线机的开发

闻丽燕，周洪昌

WEN Li-yan, ZHOU Hong-chang

（北京机械工业自动化研究所，北京 100120）

0 引言

随着现代经济的迅速发展，自动化机电设备大量产生，剥线设备因市场需求随之增加，由于工业自动化设备产量不断增长，在制造过程中需要进行大量的线束制备工作，线束端头的质量直接影响着导线连接的可靠性，为提高剥线效率，提升大量导线的一致性、外形美观的导线而开发的中高精度的台式剥线机，其特点为：体积小、高精度、智能控制、加工效率比国外同类产品提升10%～15%。

图1 剥线机

1 机械设计及工作原理

主体由送线机构、切刀机构、摆动机构、线束张力调整机构组成，机械结构如图2所示。

图2 机械结构

剥线步骤：导线通过导向管送到A位置，旋转开合手柄使前驱动轮压线，调试压力和间隙使之合适，同样调整后驱动轮的压力和间隙等同，开始自动剥线，参数由面板设置如图3所示。

图3 操作面板

图4 加工示意

面板设置全长-前后剥离长度-剥线速度-数量-启动-开始自动剥线。如图3、图4所示。

该设计的主要特点如下：

1）所有机械装置安装在一体式金属板上，可以作为模块镶嵌在操作台上或安装在独立机壳内使用。整体结构自动化程度高，机械结构设计高度紧凑，故障率低，操作安全，维修简便的特点。其主要技术指标如下：

切断长度：L=0.1mm～99999mm

切断精度：±（0.2+0.002×L）mm

剥线长度：0～30mm

导线规格：AWG#8～#28

2）核心机构包括送线与张力调整机构、切刀及摆动机构，通过各机构的协调配合实现导线的精确进给及端头剥线加工。特别是切刀上下开合频率与摆动管摆动角度频率在时间上、协调性上紧密配合。

3）前后送线轮组每组在设计上具有多功能：（1）对走线有合适的压力。（2）对被剥导线的传送。（3）走线长度的精度非常高，是取决于轮组表面高质量的加工工艺，轮组表面特殊纹路使走线精度大幅度提高。

4）张力机构前后轮组采用步进电机驱动，通过同步带将动力传递到固定轴及过渡轴上，由于过度轮及浮动轴之间齿轮传动副的作用，使上下轮的旋转方向相反，如图5所示。

图5

2 电气控制的实现

1）控制硬件采用自设计主芯片CPU8098为核心单片机单元，它是MCS-96系列中一个很实用的单品，控制对象为液晶显示面板、设置功能触摸按键、切刀驱动步进电机、前后送线轮组驱动步进电机。其特点为：

16位中央处理器，两路

2高效指令系统，最短时间1µs

3脉宽调制输出（PWM）

4高速输入/输出（HIS/HSO）口

54路10位A/D转换器

6全双工串行口

7多用途接口

88个中断源，可处理20种中断事件

916位监视定时器（WATCH D OG TIMER）

102个16位定时器

114个软件定时器

12寄存器阵列和特殊功能寄存器

13统一的编址方式

2）单片机及驱动硬件框图，如图6所示。

图6 硬件框图

3）软件设计

选用启东计算机总厂设计的DICE系列单片机在线仿真器，可用于开发INTEL MCS-51，MCS-96和PHILIPS 80C51系列单片机，是高性能、多用型单片机在线仿真器。

特点：

1）增强型通用在线仿真，支持INTEL MCS-51/96 PHILIPS80C51系列单片机，8051与8096不同CPU的仿真不必更换仿真板及监控，只需拨动转换开关即可，提高系统的可靠性。

2）支持PL/M-51/96汇编，反汇编，及全窗口源文件文本调试。

3）支持INTEL HEX INTEL OMF数据格式。

4）PC工控机串口任意切换，波特率自动跟踪，调试频率1.15M。

5）自带EPROM编程器。

6）提供64K用户数据/程序空间。可一次性在线调试。

7）高性能的2*64K硬件断点，全空间无限止夭折暂停功能。

8）CPU所有资源全部出借，用户空间0000-FFFF全空间仿真。

MCS-8098单片机汇编语言指令系统与MCS-96系列单片机指令系统完全一致。不但运算速度快（是MCS-51单片机的4～5倍），而且编程效率高。

软件设计主程序流程图如图7所示。

图7 流程图

8098单片机共有100条指令，6种寻址方式，8位和16位的算数/逻辑运算，（16*16）位乘法运算（积为32位），32/16除法运算以及测试转移、数据传送和移位等操作。

3 加工效率对比

说明：红线为全长小于30mm的电线，黑线为30mm以上的电线。

图8 加工对比

从图上可以看出与国外同类产品相比较短线加工效率要比之低，而大于30mm以上的线比之高，常用档是30mm以上的。

4 结束语

由于采用步进电机作为驱动元件，导线输送采用摩擦式驱动轮传动方式，电控采用半闭环控制，当传送轮正反转时会引起导线输送时张力的波动，短线尤为明显，解决办法可考虑调整驱动轮压紧装置的弹簧力进行一定的改善。综述以上特点，比国外同类产品加工效率高，成本低，采用单片机控制技术应用灵活，随着制造业科学技术的不断提高，可开发具有更多功能的升级设备，也可扩展接口实现联机中央控制中心自动加工生产，本机具有广泛的技术提升空间。

[1] 张幽彤,陈宝江.MCS8098系统使用大全[Z].

[2] 张建国,林健东.DICE-5928超强通用单片机开发系统使用手册[Z].