王偉民，李慶亮，趙付超，王建花

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原030024)

多軸繞線機(jī)是用來繞制骨架式線圈的專用設(shè)備。它可以同時(shí)繞制8個(gè)線圈。適用于繞制各種形狀的小型繼電器線圈、螺線管線圈、點(diǎn)火線圈等骨架。廣泛應(yīng)用于手機(jī)，電話機(jī)，耳機(jī),顯示器件等電子產(chǎn)品的生產(chǎn)線上。

該設(shè)備由伺服電機(jī)帶動(dòng)同步驅(qū)動(dòng)8個(gè)繞線軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，保證各繞線軸轉(zhuǎn)動(dòng)等速；最高速度達(dá)到9 000 r/min。通過加工及裝配精度保證各繞線模具同心，實(shí)現(xiàn)漆包線在骨架線圈上的線頭繞制過程、線的排線繞制過程、線的過槽過程等，使得繞線能夠平滑地繞制在骨架線圈的各個(gè)凹槽內(nèi)，并無跳線現(xiàn)象，保證排線平滑、整齊。

1 繞線工藝流程

多軸繞線的工藝流程可簡(jiǎn)述為：

(1)按照正確的方式將漆包線穿過繞線機(jī)的捻線機(jī)構(gòu)，最終夾線部件夾住漆包線線頭；

(2)調(diào)整張力器使其保持所需的張力；

(3)上下料部件通過氣缸運(yùn)動(dòng)將骨架裝入主軸；

(4)x、y、z向運(yùn)動(dòng)部件三軸聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)漆包線在骨架上的前端引腳繞制；

(5)夾線部件斷線氣缸向左運(yùn)動(dòng)將漆包線扯斷，斷線后在骨架引腳上不留有線頭；

(6)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)帶動(dòng)同步帶來驅(qū)動(dòng)8個(gè)繞線軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，在骨架槽里進(jìn)行繞線；

(7)夾線部件翻轉(zhuǎn)氣缸旋轉(zhuǎn)使夾線頭旋轉(zhuǎn)朝下，夾線氣缸運(yùn)動(dòng)松開漆包線，退絲氣缸前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)將漆包線從夾線頭上退掉；

(8)捻線機(jī)構(gòu)通過伺服電機(jī)繞制漆包線，將單股線繞制成多股線；

(9)三軸聯(lián)動(dòng)使捻好的多股漆包線繞在骨架的后端引腳上；

(10)夾線部件旋轉(zhuǎn)氣缸回復(fù)原位，x、y、z向運(yùn)動(dòng)部件將漆包線繞制在夾線頭上，夾線部件斷線氣缸運(yùn)動(dòng)將漆包線扯斷；

(11)上下料部件通過氣缸運(yùn)動(dòng)進(jìn)行下料，至此完成一個(gè)繞線。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

多軸繞線機(jī)主要由機(jī)架、主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、x、y、z向運(yùn)動(dòng)部件捻線機(jī)構(gòu)、夾線機(jī)構(gòu)、張力控制機(jī)構(gòu)、上下料部件等組成。

2.1 捻線機(jī)構(gòu)

如圖1所示，捻線機(jī)構(gòu)主要由捻線部件和鉤絲轉(zhuǎn)角部件組成，捻線機(jī)構(gòu)為設(shè)備捻線運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件，通過伺服電機(jī)繞制漆包線，將單股線繞制成多股線，然后將捻好的多股漆包線綁置在骨架線圈的線頭與線尾。捻線機(jī)構(gòu)需要實(shí)現(xiàn)8根漆包線同時(shí)高速完成捻線動(dòng)作，并在捻線動(dòng)作完成后使漆包線順利從捻線針上分離。捻線針與鉤線針均采用鎢絲做材料，這種材料具有強(qiáng)度高、柔性強(qiáng)、耐疲勞等特點(diǎn)。保證在捻線過程中漆包線不受損，變形小，滿足捻線條件。

2.1.1 捻線部件

如圖1所示，捻線部件采用2個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩套電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各自獨(dú)立，漆包線導(dǎo)向架安裝在由三根直線導(dǎo)軌組成的橫縱運(yùn)動(dòng)副上，并且通過轉(zhuǎn)軸安裝塊與鏈條安裝在一起，當(dāng)鉤線電機(jī)通過聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)鏈輪時(shí)，鏈條帶動(dòng)漆包線導(dǎo)向架以直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)副為導(dǎo)向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，在捻線動(dòng)作前，首先確定8根漆包線均在各自對(duì)應(yīng)的捻線針和鉤線針左側(cè)位。漆包線導(dǎo)向架的原點(diǎn)位置設(shè)置在接近主動(dòng)鏈輪的右側(cè)位置，從原點(diǎn)位置開始做順時(shí)針運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過主動(dòng)鏈輪最高點(diǎn)時(shí)將漆包線掛到鉤線針上，然后經(jīng)過從動(dòng)輪最高點(diǎn)時(shí)將漆包線掛在捻線針上,最后回到主動(dòng)鏈輪最高點(diǎn)時(shí)，捻線電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶輪開始捻線。捻線完成后鉤線氣缸動(dòng)作，使鉤線針與漆包線脫離。主軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng),在骨架上繼續(xù)繞線,使漆包線從捻線針上脫離，最終將捻好的多股漆包線纏繞在骨架的前后引腳上。

圖1 捻線機(jī)構(gòu)

2.1.2 鉤絲轉(zhuǎn)角部件

如圖2所示，鉤絲轉(zhuǎn)角部件是由導(dǎo)向槽蓋板與導(dǎo)向座通過旋鈕夾持在導(dǎo)向條上，導(dǎo)向條上標(biāo)有刻度,可以通過調(diào)節(jié)鉤絲轉(zhuǎn)角部件在捻線機(jī)構(gòu)中的前后位置來選擇不同的捻線長(zhǎng)度,鉤絲轉(zhuǎn)角部件由氣缸做動(dòng)力，通過連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)鉤線板做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),從而使安裝在鉤線板上的鉤線針做上下運(yùn)動(dòng)完成漆包線的鉤掛與脫離。在捻線的過程中，隨著漆包線捻線的圈數(shù)增加，漆包線的長(zhǎng)度會(huì)越來越短，所以在設(shè)計(jì)鉤絲轉(zhuǎn)角部件時(shí),將線套定位塊設(shè)計(jì)成隨動(dòng)裝置，線套定位塊通過銅套和直線軸承做導(dǎo)向在滑槽板前后滑動(dòng)，在導(dǎo)向軸后端裝有壓緊螺母，在鉤線針向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，壓緊螺母會(huì)向前隨動(dòng)壓住彈簧，彈簧產(chǎn)生相反方向的作用力,在捻線過程中使漆包線一直保持一定的張力,輔助完成捻線動(dòng)作。

圖2 鉤絲轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)

2.2 x、y、z向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

該機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)、精密絲杠、精密導(dǎo)軌組成。主要功能是依靠三軸聯(lián)動(dòng)來完成漆包線在骨架線圈上的線頭繞制過程、線的排線繞制過程、線的過槽過程等，使得繞線能夠平滑地繞制在骨架線圈的各個(gè)凹槽內(nèi)，并無跳線現(xiàn)象。

如圖3所示。x、y、z向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成規(guī)范的三坐標(biāo)伺服系統(tǒng)，使得針嘴可以自由地移動(dòng)，可以根據(jù)程序自由進(jìn)行纏繞動(dòng)作。另外，針嘴還能夠根據(jù)氣缸執(zhí)行元件變換不同角度，當(dāng)4個(gè)氣缸均處于伸出狀態(tài)時(shí)，針嘴朝內(nèi)并與地平面成平行狀態(tài)；當(dāng)上位氣缸縮回時(shí)，針嘴旋轉(zhuǎn)90°，針嘴朝下與地面垂直。當(dāng)下位氣缸也縮回時(shí)，針嘴繼續(xù)旋轉(zhuǎn)30°，與地面成120°。以對(duì)應(yīng)各種不同方向的端子。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，z向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的氣缸組件里左右兩工位的氣缸動(dòng)作時(shí)常會(huì)發(fā)生執(zhí)行動(dòng)作不一致的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致安裝針嘴的旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)發(fā)生滯后或者不會(huì)旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，傳感器報(bào)警，影響整個(gè)生產(chǎn)流程。所以我們對(duì)z向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的旋轉(zhuǎn)部件進(jìn)行改進(jìn)，采用伺服電機(jī)作為執(zhí)行元件，通過同步帶傳動(dòng)來帶動(dòng)針嘴旋轉(zhuǎn)。這樣不僅提高了反應(yīng)速度，針嘴還可以進(jìn)行360°任意旋轉(zhuǎn)。如圖4所示。

圖3 x、y、z向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

圖4 z向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

2.3 夾線頭機(jī)構(gòu)

夾線頭與線嘴配合使用，在繞制線圈前,線嘴將漆包線繞制在夾線頭上，當(dāng)漆包線在骨架的引腳上纏繞好之后，夾線頭再將漆包線扯斷，然后將夾線頭上的廢線排掉，根據(jù)工藝要求，漆包線必須從骨架引腳根部斷開，引腳不能留有線頭，否則線頭容易在主軸高速旋轉(zhuǎn)過程中繞進(jìn)骨架凹槽內(nèi)，導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢，等繞制完成一個(gè)產(chǎn)品后，再將線頭繞制在夾線頭上，依次反復(fù)。因此夾線頭需要保證每次斷線都要從引腳的根部斷開。為了實(shí)現(xiàn)上述功能,將夾線頭設(shè)計(jì)成如圖5所示結(jié)構(gòu)，由于受整體結(jié)構(gòu)影響，夾線頭的高度與直徑比例懸殊,成細(xì)長(zhǎng)狀.加工后很容易變形和斷裂，所以夾線頭三部分均采用高速工具鋼(W18Cr4V)做材料.這種材料具有韌性好、耐磨性好、強(qiáng)度高等特性，能滿足設(shè)計(jì)加工要求。夾線頭退絲導(dǎo)套設(shè)計(jì)成中空形狀，并且底部帶有凹槽的套管，與退絲擋板嵌套在一起.退絲擋板以退絲氣缸為執(zhí)行元件，直線軸承做導(dǎo)向，帶動(dòng)退絲導(dǎo)套做反復(fù)上下運(yùn)動(dòng)，將廢絲退掉。夾線頭2用頂絲固定在旋轉(zhuǎn)軸上，套合在退絲導(dǎo)套內(nèi)部，夾線氣缸通過導(dǎo)向板推動(dòng)夾線頭1底部連接的退絲撥桿，使夾線頭1旋轉(zhuǎn)，退絲撥桿的銷子上連接有彈簧，當(dāng)夾線氣缸軸伸出時(shí)，氣缸伸出力克服彈簧拉力，使夾線頭張開，當(dāng)氣缸軸收回時(shí)，彈簧拉力重新使夾線頭2與夾線頭1上部夾線部分夾緊。

圖5 夾線頭機(jī)構(gòu)

3 結(jié)束語

多軸繞線機(jī)可應(yīng)用于手機(jī)、電話機(jī)、耳機(jī)、顯示器件等線圈的生產(chǎn)設(shè)備，且每條線圈生產(chǎn)線需要近百臺(tái)繞線機(jī)。我國(guó)現(xiàn)有手機(jī)、電話機(jī)、耳機(jī)、顯示器件生產(chǎn)企業(yè)上千家，未來幾年里，隨著手機(jī)及顯示器件更新?lián)Q代頻率的加大，手機(jī)和顯示器件生產(chǎn)廠商也在不斷的擴(kuò)大自己的生產(chǎn)規(guī)模，使用繞線機(jī)工藝技術(shù)及設(shè)備已是大勢(shì)所趨。

[1]王文斌.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(M).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

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