Перевод с сайта Electric DIY Lab
Всем привет, представляю вам изготовленную мною машину для намотки тороидальных катушек на базе Arduino. Машина автоматически наматывает проволоку и поворачивает тороид. В качестве интерфейса я использовал энкодер и ЖК-экран 16×2. Пользователь может вводить такие параметры, как диаметр катушки, количество оборотов и угол намотки.
В данной статье я расскажу, как построить эту машину и дам подробности её работы.
На видео всё подробно описано – можно посмотреть его или прочесть статью.
Подробности сборки
Намоточное кольцо
Кольцо я изготовил из фанеры 12 мм. Внешний диаметр – 145 мм, внутренний – 122 мм. Имеется углубление длиной 43 мм и глубиной 5 мм для катушки.
В кольце я сделал один разрез и замок для его открывания. Открыв замок, мы размещаем тороидальную катушку внутри кольца.
Также у кольца есть углубление по внешней стороне, 8 мм шириной и 4 мм глубиной, в котором размещается ремень шириной 6 мм.
Катушка
Катушка для медного провода, которую я выточил из нейлонового стержня. Все размеры показаны на картинке.
Материал выбран потому, что нейлон, во-первых, легче алюминия, во-вторых, его легко точить на станке. Кроме того, когда машина работает, он не колеблется так сильно.
Корпус машины
Корпус также сделан из фанеры 12 мм. На нём закреплены три направляющих ролика, расставленные примерно в 120° друг от друга.
Ролики сделаны из подшипников 626Z, гаек и болтов. На них будет вращаться наше деревянное намоточное кольцо.
Верхняя часть кольца откидывается, а после закрытия зажимается при помощи барашковой гайки. Откинув эту часть, мы устанавливаем кольцо внутрь машины. Вернув её на место, нужно прижать к ней ролик так, чтобы он вошёл в бороздку.
Ролики-держатели тороида
Это ролик, вращающий катушку, и одновременно удерживающий её. Я выточил их из нейлонового стержня на моём токарном мини-станке. Все размеры приведены на фото.
Ролики я снабдил поролоновой лентой, она хорошо держит катушку и та не проскальзывает. Важно использовать барашковые гайки для закрепления направляющих – обычные от вибрации откручиваются.
Сверху и снизу каждого ролика я поставил по фланцевому подшипнику.
Крепление шагового двигателя
Так я закрепил шаговый двигатель, NEMA17. Он вращает катушку, что позволяет автоматически наматывать проволоку по всей её окружности и не требует ручного вращения.
Двигатель постоянного тока
Этот мотор вращает намоточное кольцо. Я использовал Orange Jhonson 12v Dc Motor 300 RPM. Вам советую взять мотор на 600 RPM или 1000 RPM.
Ремень имеет 600 мм в длину и 6 мм в ширину. Держатель мотора, крепящийся к алюминиевому профилю, также сделан из фанеры.
Инфракрасный датчик
Your browser does not support HTML5 video.
Я использовал датчик от SeedStudio. Он отправляет сигнал на контакт обработки прерываний Arduino – таким образом Arduino может подсчитывать количество оборотов кольца.
Я закрепил датчик на алюминиевом профиле так, чтобы замок кольца заодно работал и отражающей поверхностью, на которую реагирует датчик.
Данный датчик выдаёт по 2 сигнала за один поворот кольца – когда дерево сменяется металлом, сигнал меняется с низкого напряжения на высокое, а потом наоборот. Обработчик прерываний регистрирует два изменения состояния. Поэтому для подсчёта реального количества поворотов мне пришлось делить количество срабатываний пополам.
Основание аппарата
Основание тоже сделано из фанеры 12 мм, имеет размеры 300х200 мм. Четыре резиновых ножки будут прочно и хорошо держать машину, и помогут избежать ненужной вибрации.
Для установки компонентов я закрепил на основании алюминиевый профиль. Обожаю его за гибкость в использовании. Все компоненты можно легко устанавливать на профиле и двигать вдоль него. Позволяет легко выравнивать компоненты относительно друг друга.
Корпус контроллера
Коробочка распечатана на 3D-принтере, внутрь установлены плата, ЖК-дисплей и энкодер. Корпус придаёт профессиональный вид всему проекту, а также обеспечивает удобную настройку аппарата. Корпус закреплён на основании при помощи металлической скобы.
Схема подключения
Устройство укладчика проволоки
Процесс распределения длинномерного материала осуществляется при помощи трех пластин, соединенных между собой. В верхней части создаваемой конструкции просверливается отверстие 6 мм. Оно служит для установки винта:
- В пластины устанавливаются втулки, диаметром и длиной 20 мм.
- Наружные элементы соединяются при вклеивании желоба из кожи. Они требуются, чтобы выровнять и натянуть катушки.
- Сверху крепится стержень из стали, где есть витки резьбы. Он предназначен для скрепления пластин.
- Упростить процесс можно при установке откидного кронштейна.
Самодельный намоточный станок характеризуется большой эффективностью. Намоточное устройство можно изготовить довольно просто даже при использовании простых материалов и инструментов.
Изготовление счетчика витков
Иногда очень важно знать количество уложенных витков. Для этого надо устанавливать специальное устройство, которое можно изготовить самостоятельно. Среди особенностей надо выделить следующее:
- На верхний бал крепится обычный электрический магнит.
- К одной из сторон подводится изолированный провод.
- Отводимые контакты соединяются к специальному калькулятору.
- Катушка с проводом размещается отдельно.
За счет подобного расположения основных элементов счетчик получается компактным и очень эффективным в применении. Станок для намотки с самодельным устройством подсчета витков дает небольшую погрешность, что тоже надо учитывать.
Механизм намоточного станка
Станок для намотки классифицируют по группам:
Каждое изделие имеет индивидуальную конструкцию.
Намоточный станок, выполняющий рядовую укладку проволоки, состоит из таких элементов:
Стандартная модель прибора для укладки провода несколькими перегибами за один оборот предполагает наличие таких элементов:
Намотка проволоки на тороидальные сердечники осуществляется посредством специализированного оборудования кольцевого типа:
Намоточный станок на Arduino версия 2.0
С момента публикации первой версии намоточного станка на Arduino прошло уже больше года. С тех пор я переосмыслил некоторые важные моменты по механике, электронике и программе управления, и в данной статье расскажу о реализации обновления 2.0. По базовой конструкции и электросхеме обе версии весьма схожи и, чтобы не повторяться, я буду делать отсылки к первой статье и рекомендую уважаемому читателю ознакомиться с ней перед прочтением данной.
В ходе обсуждения на форуме и работы со станком одной из главных проблем был выявлен «дерганый» режим автонамотки, когда основному двигателю приходилось останавливаться во время работы укладчика, что приводило к рывкам проволоки и расшатыванию всей конструкции. В дополнение к предыдущему отсутствовал разгон основного двигателя, что еще больше усугубляло ситуацию. Второй проблемой являлся крайне неудобный способ установки и снятия оправки, на которую производиться намотка. Для этого необходимо было разобрать всю намоточную ось, что крайне затрудняло работу.
Итак, обо всем по порядку. Программа работы обоих шаговых двигателей теперь организована в одном прерывании, что позволило «рулить» ими одновременно. При этом для лучшей плотности витков двигатель укладчика делает перемещение в конце цикла витка, что позволяет поджимать новый виток к предыдущему. Плюсом к этому, основной двигатель выходит на заданную скорость с ускорением, а если точнее, то начинает движение с некоторой скоростью Vo≈4 об/мин и разгоняется за оборот до заданной. Это уменьшает рывок проволоки в начале намотки. Параметр меню «Speed» теперь устанавливает скорость в оборотах в минуту, программный предел 300 об/мин, хотя я не тестировал при реальной намотке скорости даже близкие к предельной, т.к. для этого необходимо исключить все или почти все пластмассовые детали из механики. В меню автонамотки добавлен параметр Direction, который назначает начальное направление укладчика.
В связи с применением ШД 23HS5628 питание теперь обеспечивает БП LRS-75-24 с выходным 24 Вольта, драйвер для большого двигателя теперь TB6600, а для маленького оставлен прежний DRV8825. Про установку тока на DRV8825 читай предыдущую статью. Управляющие выводы микроконтроллера для драйверов остались неизменны. Если установлен CNC Shield, то это будут ось «A» для укладчика и ось «Z» для намоточного двигателя. Подшипники KP08 заменены на KFL08, но это уже частности и оба варианта вполне работоспособны.
Метод работы намоточного станка
Станок для намотки – востребованное оборудование, с помощью которого наматывают трансформаторные однослойные и многослойные катушки цилиндрического типа и всевозможные дроссели. Намоточное устройство равномерно распределяет проволоку обмотки с определенным уровнем натяжения. Оно бывает ручным и автоматическим, и работает по такому принципу:
Ручной прибор для укладки провода довольно примитивный, поэтому редко применяются на производстве.
Намоточный станок на механическом приводе позволяет выполнять сложную обмотку:
Он функционирует с помощью электрического двигателя, который задает движение промежуточного вала с использованием ременной передачи и трехступенчатых шкивов. Большую роль при этом играет фрикционная муфта сцепления. Благодаря ей станок работает плавно, без толчков и обрывов проволоки. Шпиндель с закрепленной оправой, на которую надета катушка, производит запуск счетчика. Намоточный станок настраивается с помощью винта под любую ширину катушечного каркаса.
Современные модели оснащены цифровым оборудованием. Они работают посредством специально заданной программы, которая хранит информацию в запоминающем устройстве. Значение длины и диаметра провода позволяет точно определить точку пересечения линий.
