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・巻線機の印象
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基本構成と要件の設定
ダブルフライヤ巻線機の構成はおおよそ次のとおりです。 ・巻線機能から - スビンドルユニット - インデックスユニット - 線材端末処理ユニット ・線材供給機能から - テンションユニット - 自動結線装置ユニット - 線材ストッカーユニット ・取り扱いからの要件として - 段取りはワンタッチ - 巻線条件は出来るだけ簡単に設定出来ること ・設置、レイアウト性 コストからの要件として - 機械幅 700mm以内 - コストは従来比80% |
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スピンドルの要件とその実現 ・要件 - フライヤーの最高回転数 :5,000rpm - フライヤー立ち上がり時間 :60msec (UpTo 5,000rpm) - 動バランス :0.5g.cm以下 一般的に巻線機のスピンドルシャフトはその中心を線材の導入路とするため中空とします。スピンドル長は駆動サーボモータのレイアウトなどの制約で軸受けスパンを比較的長く設計する傾向があます。その結果、スピンドル軸の剛性の確保は難しくなります。さらにこの軸の片側には質量の大きい巻線対象のロータに線材を案内するワイヤガイドが取り付けられますから、スピンドルの共振周波数はそれほど高く設定できません。 加震力は回転軸周りの質量の散在によるアンバランスに加え巻線形状からの断続振動を受けます。断続振動は、例えば断面が四角形の場合、スピンドル回転数の4倍の周波数成分を含みます。(振動についての検討は@PC等で数値計算から線速を求めます。これをフーリエ変換しスペクトルを求める。Aロードセルを線路に設置し巻線時の振動を実測する。この振動の時間データをフーリエ変換する。B解析的には線速を求める計算式をもとめ、これをテーラ展開し3次程度までを検討する) したがって、スピンドルはスピンドルの回転数の数倍の振動数を考慮しなければなりませんから、巻線の高速化には十分なスピンドルの剛性が必要となります。 スピンドルの剛性を高める為には@軸の断面二次モーメントを大きくする、Aスピンドル長を短くすることになります。断面二次モーメントは当然ですが軸径を大きくすることになりますが、慣性モーメントや軸受け配置など現実的には制約がありそれほど大きくできません。スピンドル長も同様に現実的にはそれほど短く出来ません。また軸受けの数を増やすことも考えられまずか加工、組み立て、コスト等を考えると妥当な方法とは云えません。 本機ではこれを解決するために、フライヤー部と線材案内を別途に設け、これをコアキシャル構造とすることで解決しました。フライヤーは高速アンギュラの外輪に直接フライヤーと駆動プーリィを配置し、軸共振を検討する必要が無いくらいの高剛性が実現できました。但し、ベアリングは外輪回転となるため潤滑、シールには特別な配慮が必要です。 線材案内用の軸はこれに取り付けられる部品の質量が極めて小さいため、非常に細い軸径で十分機能を満足しました。 駆動サーボモータはスピンドルの慣性モーメントが従来のスピンドルの1/2程度となり、高回転、高応答にもかかわらず大型化する必要はありませんでした。 ワイヤガイドの固定は@タイミングベルトによる方法、A重力による方法が一般的です。これらの方法はタイミングベルの張力でスピンドルに曲げ応力を発生さたり、ワイヤーガイドに振れまわり運動を発生させます。また、ワークの装着に不確定さが発生し高速巻線には適しません。そこで、本機では新たに磁気カップリングを開発設計し非接触のワイヤーガイドの固定を実現しました。ワイヤガイドの交換は磁気カップリングですでので磁力に抗して軸方向に引き抜くだけです。 |
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・テンション装置 テンション装置は平均張力を制御するため、慣性モーメトを極限ま小さくしたカンチレバーを備えました。レバーの剛性を落とし高域の振動を吸収させることもある程度有効ですが、実際は線材の伸びで細かい振動を吸収してしまいますからむしろ、捻り剛性を上げることが高速時は必要になります。ここで、レバーの剛性は釣竿のようなしなやかさを意味しません。これは、高速、高応答の巻線機の動作に追従しないからです。共振周波数を計算すれば直ぐ分かります。 レバーの先端にはワイヤーをガイドするローラを設置し、基端側には回動自在の回転軸を備え、その回転角とそのトルクが比例関係であるよう機械構造を決定します。ワイヤーの引っ張り方向はレバーの揺動角を例えば90度とすれば、丁度揺動角45度の位置でレバー回動の接線方向とします。従って、カンチレバーの角度が張力となり、回転角度を制御すれば張力が制御できるわけです。 ここで、振動するレバーの平均トルクを求めるためには、本HPでも紹介しているデジタル処理の知識が必要です。 (機械の開発にはいつも数学が影のごとくついて回るようです) ---- 後日につづく --- |
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