全自动绕线机的研制(1)

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收 稿 日 期 :2010-10-28
高,自动化程度高,24 h 的连续运转只需要最简单 的保养,适应线圈的大批量生产。
图 1 多种空心型线圈
1 主要技术特征
适用线径:0.02~0.1 mm,最大可选择 0.2 mm; 最大加工外径:2.00~15.00 mm;
Nov. 2010(总第பைடு நூலகம்190 期) 41
x轴 offset+ 线径 * 单层圈数
offset
单层圈数 双恸圈数 s 轴
图 5 消除急速换向误差曲线
进行试验,同时参照日本机进行了工艺与程序 上的改动。具体改进为:为了使第一层漆包线紧密 排列,需要排线电机延时一周运行。为了设备的稳 定运行,继续沿用以前在两端停的方法。即凸轮曲 线更改为如图 6 所示。
该机构设有由伺服电机驱动的滚珠丝杆传动 机构,其中丝杆与交流伺服电机的输出轴固定连 接;活动排线架与丝杆螺母固定连接;精密排线的 要求:当导线绕过一圈时,导线架必须移动一个线 径的距离,本传动采用高精度滚珠丝杆,保证了传 动的精确性,减小了换向时的空程,进而保证了两 端的排线精度;
图 2 主体机构
42(总第 190 期)Nov. 2010
x轴 offset+ 线径 * 单层圈数
offset
循环周期
单层圈数 双恸圈数 s 轴
图 6 两端停曲线
在生产过程中出现端面缺,通过多种方法实验 和分析,认为由于丝杠不能完全将漆包线拉到位, 希望能够实现丝杠比线超前,强迫丝杠过冲,凸轮 曲线如图 7。
电机
同步带 2
模具左部件
模具右部件
微分头 同步带 3
同步带 1 中间轴
图 3 分解主体结构
注意事项,模具右部件不同心,就会导致在绕 线过程中模具右部件相互错动而发生摩擦,降低 模具精度和缩短模具寿命,更严重的是擦伤线圈, 降低线圈合格率和使用寿命。所以,在设计图纸 中,严格控制加工及装配精度,保证模具左右部件 回转中心同心。该机构由伺服电机、精密丝杠、精 密导轨组成。
主要的机械结构设计和控制系统设计, 其中绕线的 X 轴与 S 轴的相互配合是此设备的难点和重
点。
关键词: 绕线机; 音圈; 喇叭
中图分类号: TN605
文献标识码: B
文章编号: 1004-4507(2010)11-0041-05
Automatic winder machine equipment development
2.3 剪线机构 该机构由一对剪线模具、带弹簧导向销、切刀
等零件组成。可以完成自动压线及自动剪线功能。
2.8 机架 机架采用角钢焊接,外表面采用优质碳素结构
钢板,表面喷塑,美观大方。
2.4 线圈模具 由 3 个零件组成,更换不同的线圈模具可绕
制不同型号的线圈。根据线圈外形以及线圈的电 阻要求,设计出符合要求的音圈图纸,然后根据音 圈图纸,设计模具图纸,一是根据音圈进出线的要 求及方式设计进线模,另外两个是根据音圈外形 规格设计的芯轴及脱模模具。针对不同的音圈型 号,这 3 件模具要随时更换。要求模具的安装尺寸 与设备的安装部件具有互换性,按图纸加工好即 可以方便更换。
电子专用设备
电 子 工 业 专 用 设备
Equipment for Electronic Products Manufacturing
EPE
最大绕线幅度:0.8~3.00 mm; 进给间距:0.01~0.50 mm; 绕线角度分辨率:0.1°; 排线间距分辨率:0.0001 mm; 主电机:AC 伺服 200 W; 排线电机:AC 伺服 100 W; 主轴转速:最高 3000 r/min 主轴角度控制:1° 存储容量:最大存储 100 组规格; 固定方式:热粘结; 电源:220(±10%)V 供气压力:0.4~0.7 MPa
2.6 加热机构 绕制空心线圈所使用的线是自粘性漆包线,目
前国外国内都有生产,其主要性能是经过热风烘烤 后可以相互粘结在一起,我所采用热风加热器可以 通过温控表控制温度,具有可靠稳定的工艺温度, 而且有调速阀控制热风量的大小,可提供线圈在绕 制过程中具有可靠的工艺温度。
设备在使用前就应该先加热一段时间,给模具 提供好足够温度,这样绕制的线圈不会散圈。
ZHAO Xiaodong, DONG Zhe, WANG Jianxiong
(The second researrch institute of CETC, Taiyan, 030024 China)
Abstract: This article first briefly describes the function of automatic winding machines and use of equipment, as well as the main technical indicators of the device. Then described in detail its main mechanical structure design and control system design, in which the X-axis winding mutual cooperation with the S-axis is the difficult point of this device. Keywords:
2.2 排线机构 该机构由伺服电机、联轴器、精密丝杠、精密导
轨、气缸、导向轴、导线轮和排线架组成,见图 4。
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电子专用设备
2.5 脱模机构 该机构使用气缸带动导向装置动作,使模具
2.9 关键技术 S 轴与 X 轴的同步控制;两侧绕制轴的同心及
同步旋转技术;绕制模具的结构设计等,其关键技 术具体解决方法参看部件结构及原理。
本机的主要执行器件均由日本原装进口,可靠 性高,稳定性好,拆装方便。机械电气设计相对独 立,如果在工作中出现问题可分别进行维修。机械 结构中零件具有可互换性,各零件可分别拆装维 修;电气设计中各模块也可分别拆装互换。
2.7 张力机构 (1) 张力控制使用电机张力器与以往的传统张
力器不同,电机张力器稳定性强、移动时张力稳定, 可提高良品率。其他公司使用传统机械式张力器, 张力追随性差、张力不稳定。在开始绕线提速和绕 线结束减速时一般张力器的张力不稳定、会直接影 响绕线效果(比如断线率会比使用马达张力器高)。
(2) 采用电机张力器,可调整丝线的张力,保证 排线整齐,无压叠、无松散。
TAIL1—TAIL2—绕 线 开 始—绕 线 结 束— HOOK 气缸 ON,将线夹住,OFFWIRE 挑线—绕线 电机运动到终止角位 置—guide 气 缸 将 线 拉 至 槽 内,绕线电机运动到下料角位置—offwire 第二次挑 线—guaide 退 回 ,h,tail1,tail2 退 回 ,UNLOAD 下 料,绕线电机回原点,排线电机回到初始位置为了 消除丝杠来回运动产生的误差,增加了排线电机回 原点功能。根据该机的时序,既可满足了避免漆包 线的粘连,又消除了丝杠的误差。 3.1.2 排线电机回原点
3 控制系统的设计
达原点时再运动到原点补偿(即 offset)位置,方便调 试,也避免了第一个音圈废弃的现象。
3.2 凸轮曲线 工艺曲线,为了让丝杠走的更光滑,平滑,曲线
如图 5 所示,目的是消除急速换向引起的误差。
3.1 核心控制系统 选定安川 MP940 作为核心控制器,安川∑-Ⅱ
系列 100 W,200 W 伺服电机作为执行电机的控制 系统,实现了基本动作,但是此控制器为一轴半控 制器,只能实现一个轴的精确控制,另外一个轴是 根据主轴的运动进行跟随运动,能够实现绕线功 能,但是需要自己编制模拟量控制来实现排线轴电 机回原点,由于该系统扫描时间等问题,模拟量控 制排线轴电机回原点出现误差,误差超出精度允许 范围,需更换主要控制系统,通过实验确定以 MP2100 为核心控制系统,∑-Ⅱ系列 100 W 伺服电 机作为排线电机,骏马系列 200 W 伺服电机为主 轴电机的控制系统。更换以后的系统成本有所增 加,但是该运动控制器为 8 轴运动控制器,实现了 对两个伺服电机的精确控制。 3.1.1 主时序
201控制系统的设计31核心控制系统选定安川mp940作为核心控制器安川系列100w200w伺服电机作为执行电机的控制系统实现了基本动作但是此控制器为一轴半控制器只能实现一个轴的精确控制另外一个轴是根据主轴的运动进行跟随运动能够实现绕线功能但是需要自己编制模拟量控制来实现排线轴电机回原点由于该系统扫描时间等问题模拟量控制排线轴电机回原点出现误差误差超出精度允许范围需更换主要控制系统通过实验确定以mp2100为核心控制系统系列100w伺服电机作为排线电机骏马系列200w伺服电机为主轴电机的控制系统
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全自动绕线机的研制
赵晓东 ,董 哲,王 敏
(中国电子科技集团公司第二研究所,山西 太原 030024)
摘 要: 扼要介绍了全自动绕线机设备的功能和用途,以及此设备的主要技术指标。然后介绍了其
空心绕线机是用于绕制精密自粘空心线圈的 专用设备,可以绕制各种 VCM 音圈、喇叭音圈、跑 道形喇叭音圈、电动机线圈、DVD 激光头线圈、感 应线圈、扁平电动机线圈、手机振动电机线圈、非接 触式 IC 卡线圈、各种自粘异型线圈等。空心绕线机 采用可编程控制器作为控制核心,触摸屏作为人机 交换,伺服电机作为执行机构,实现转轴与排线的 精确控制,从而保证绕线的精度。RXJ-20 全自动空 心绕线机是全自动无骨架系列的机型,可以绕制不 同规格的空心线圈(见图 1),该设备性能可靠,效率
2.1 绕线机构 该机构由电机、同步带轮、同步带、中间轴、模
具左部件、模具右部件等组成,如图 3 所示。成功绕 制空心线圈,必须保证模具左右部件回转中心同 心,并且模具左右部件同步等速转动。工作原理:电 机通过同步带轮同时带动同步带 1 和同步带 2,同 步带 2 又通过中间轴把动力传递到右端的同步带 3,然后再带动模具右部件转动。由于该机构使用的 同步带轮直径相同,最终模具左右部件实现同步等 速转动。
2 机械系统组成及工作原理
绕线机由机械结构部分、电气控制部分、气路 部分等组成。其中机械部分由绕线机构、排线机构、 剪线机构、线圈模具、脱模机构、加热机构、张力机 构、机架等组成。
该绕线机工作原理是:漆包线从原料桶出来, 经过张力机构后,线保持恒定的张力,然后通过排 线机构的导线轮,再到减压线机构的压线柱下。绕 线机构和排线机构协同动作,即绕线机构每旋转 1 周,排线机构带动漆包线移动 1 个线径的距离,从 而实现整齐精密排线。同时加热机构对漆包线和磨 具进行加热,使漆包线一绕到磨具上,就能粘结在 一起。当绕完一个线圈时,减压线机构把漆包线剪 断的同时另一端又被压倒,然后把线圈卸载。周而 复始,实现全自动排线。主体机构见图 2。
芯轴进退,实现线圈从模具芯轴中脱离。另外有另 一气缸可将脱模液涂于右夹板上,可使音圈容易 脱离。
伺服电机 气缸 联轴器 丝杠 导轨 导向轴 导线轮 排线架
图 4 排线结构
该机构设有由伺服电机驱动的滚珠丝杠副传动 机构,其中丝杠与伺服电机的输出轴通过联轴器连 接;活动排线架与丝杠螺母固定连接;导轨对丝杠 带动的部件精密导向。排线开始前,气缸带动整个 丝杠导轨和排线架部件沿导向轴滑动至排线初始 位置,完成后排线,由气缸带动回到原位。
通过 CNC 控制的 2 个轴和 1 个汽缸来完成绕
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线。 (1) X 轴—控制排线; (2) S 轴—绕线旋转; (3) 卷幅通过调整汽缸的行程用螺丝固定。
排 线 电 机 回 原 点 由 原 有 的 NOT only 改 为 NOT+C pulse,由电机内部的 C 脉冲来决定伺服电 机的原点,提高速度也不会影响精度。为了提高效 率,将排线电机回原点的速度提高了近 10 倍,打表 试验,无影响。
最初设计回原点的功能为检测到原点传感器, 反向运动,检测到 C 脉冲认为是原点,现增加当到
精密排线原理,通过 PLC 编程,并在人机界面 输入漆包线线径参数。实现绕线模具每转动 1 周,伺 服电机通过丝杠导轨带动导线和漆包线移动一个线 径的距离;排满一层后,绕线模具每旋转 1 周,排线 架和漆包线就返回一个线径的距离,从而实现第 2 层精密排线。如此循环,也能实现多层排线。本传动 采用高精度滚珠丝杆,保证了传动的精确性,减小了 换向时的空程,进而保证了两端的排线精度。
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