多轴绕线机的研究

王伟民，李庆亮，赵付超，王建花

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原030024)

多轴绕线机是用来绕制骨架式线圈的专用设备。它可以同时绕制8个线圈。适用于绕制各种形状的小型继电器线圈、螺线管线圈、点火线圈等骨架。广泛应用于手机，电话机，耳机,显示器件等电子产品的生产线上。

该设备由伺服电机带动同步驱动8个绕线轴的转动，保证各绕线轴转动等速；最高速度达到9 000 r/min。通过加工及装配精度保证各绕线模具同心，实现漆包线在骨架线圈上的线头绕制过程、线的排线绕制过程、线的过槽过程等，使得绕线能够平滑地绕制在骨架线圈的各个凹槽内，并无跳线现象，保证排线平滑、整齐。

1 绕线工艺流程

多轴绕线的工艺流程可简述为：

(1)按照正确的方式将漆包线穿过绕线机的捻线机构，最终夹线部件夹住漆包线线头；

(2)调整张力器使其保持所需的张力；

(3)上下料部件通过气缸运动将骨架装入主轴；

(4)x、y、z向运动部件三轴联动实现漆包线在骨架上的前端引脚绕制；

(5)夹线部件断线气缸向左运动将漆包线扯断，断线后在骨架引脚上不留有线头；

(6)主传动机构由伺服电机带动同步带来驱动8个绕线轴的转动，在骨架槽里进行绕线；

(7)夹线部件翻转气缸旋转使夹线头旋转朝下，夹线气缸运动松开漆包线，退丝气缸前后往复运动将漆包线从夹线头上退掉；

(8)捻线机构通过伺服电机绕制漆包线，将单股线绕制成多股线；

(9)三轴联动使捻好的多股漆包线绕在骨架的后端引脚上；

(10)夹线部件旋转气缸回复原位，x、y、z向运动部件将漆包线绕制在夹线头上，夹线部件断线气缸运动将漆包线扯断；

(11)上下料部件通过气缸运动进行下料，至此完成一个绕线。

2 结构设计

多轴绕线机主要由机架、主传动机构、x、y、z向运动部件捻线机构、夹线机构、张力控制机构、上下料部件等组成。

2.1 捻线机构

如图1所示，捻线机构主要由捻线部件和钩丝转角部件组成，捻线机构为设备捻线运动的执行部件，通过伺服电机绕制漆包线，将单股线绕制成多股线，然后将捻好的多股漆包线绑置在骨架线圈的线头与线尾。捻线机构需要实现8根漆包线同时高速完成捻线动作，并在捻线动作完成后使漆包线顺利从捻线针上分离。捻线针与钩线针均采用钨丝做材料，这种材料具有强度高、柔性强、耐疲劳等特点。保证在捻线过程中漆包线不受损，变形小，满足捻线条件。

2.1.1 捻线部件

如图1所示，捻线部件采用2个伺服电机驱动，两套电机的伺服驱动系统各自独立，漆包线导向架安装在由三根直线导轨组成的横纵运动副上，并且通过转轴安装块与链条安装在一起，当钩线电机通过联轴器驱动链轮时，链条带动漆包线导向架以直线导轨运动副为导向进行运动，在捻线动作前，首先确定8根漆包线均在各自对应的捻线针和钩线针左侧位。漆包线导向架的原点位置设置在接近主动链轮的右侧位置，从原点位置开始做顺时针运动。经过主动链轮最高点时将漆包线挂到钩线针上，然后经过从动轮最高点时将漆包线挂在捻线针上,最后回到主动链轮最高点时，捻线电机驱动带轮开始捻线。捻线完成后钩线气缸动作，使钩线针与漆包线脱离。主轴伺服电机驱动主轴转动,在骨架上继续绕线,使漆包线从捻线针上脱离，最终将捻好的多股漆包线缠绕在骨架的前后引脚上。

图1 捻线机构

2.1.2 钩丝转角部件

如图2所示，钩丝转角部件是由导向槽盖板与导向座通过旋钮夹持在导向条上，导向条上标有刻度,可以通过调节钩丝转角部件在捻线机构中的前后位置来选择不同的捻线长度,钩丝转角部件由气缸做动力，通过连杆机构带动钩线板做旋转运动,从而使安装在钩线板上的钩线针做上下运动完成漆包线的钩挂与脱离。在捻线的过程中，随着漆包线捻线的圈数增加，漆包线的长度会越来越短，所以在设计钩丝转角部件时,将线套定位块设计成随动装置，线套定位块通过铜套和直线轴承做导向在滑槽板前后滑动，在导向轴后端装有压紧螺母，在钩线针向前运动时，压紧螺母会向前随动压住弹簧，弹簧产生相反方向的作用力,在捻线过程中使漆包线一直保持一定的张力,辅助完成捻线动作。

图2 钩丝转角机构

2.2 x、y、z向运动机构

该机构由伺服电机、精密丝杠、精密导轨组成。主要功能是依靠三轴联动来完成漆包线在骨架线圈上的线头绕制过程、线的排线绕制过程、线的过槽过程等，使得绕线能够平滑地绕制在骨架线圈的各个凹槽内，并无跳线现象。

如图3所示。x、y、z向运动机构组成规范的三坐标伺服系统，使得针嘴可以自由地移动，可以根据程序自由进行缠绕动作。另外，针嘴还能够根据气缸执行元件变换不同角度，当4个气缸均处于伸出状态时，针嘴朝内并与地平面成平行状态；当上位气缸缩回时，针嘴旋转90°，针嘴朝下与地面垂直。当下位气缸也缩回时，针嘴继续旋转30°，与地面成120°。以对应各种不同方向的端子。在试验中发现，z向运动机构中的气缸组件里左右两工位的气缸动作时常会发生执行动作不一致的现象，从而导致安装针嘴的旋转体旋转发生滞后或者不会旋转的现象，传感器报警，影响整个生产流程。所以我们对z向运动机构中的旋转部件进行改进，采用伺服电机作为执行元件，通过同步带传动来带动针嘴旋转。这样不仅提高了反应速度，针嘴还可以进行360°任意旋转。如图4所示。

图3 x、y、z向运动机构

图4 z向运动机构

2.3 夹线头机构

夹线头与线嘴配合使用，在绕制线圈前,线嘴将漆包线绕制在夹线头上，当漆包线在骨架的引脚上缠绕好之后，夹线头再将漆包线扯断，然后将夹线头上的废线排掉，根据工艺要求，漆包线必须从骨架引脚根部断开，引脚不能留有线头，否则线头容易在主轴高速旋转过程中绕进骨架凹槽内，导致产品报废，等绕制完成一个产品后，再将线头绕制在夹线头上，依次反复。因此夹线头需要保证每次断线都要从引脚的根部断开。为了实现上述功能,将夹线头设计成如图5所示结构，由于受整体结构影响，夹线头的高度与直径比例悬殊,成细长状.加工后很容易变形和断裂，所以夹线头三部分均采用高速工具钢(W18Cr4V)做材料.这种材料具有韧性好、耐磨性好、强度高等特性，能满足设计加工要求。夹线头退丝导套设计成中空形状，并且底部带有凹槽的套管，与退丝挡板嵌套在一起.退丝挡板以退丝气缸为执行元件，直线轴承做导向，带动退丝导套做反复上下运动，将废丝退掉。夹线头2用顶丝固定在旋转轴上，套合在退丝导套内部，夹线气缸通过导向板推动夹线头1底部连接的退丝拨杆，使夹线头1旋转，退丝拨杆的销子上连接有弹簧，当夹线气缸轴伸出时，气缸伸出力克服弹簧拉力，使夹线头张开，当气缸轴收回时，弹簧拉力重新使夹线头2与夹线头1上部夹线部分夹紧。

图5 夹线头机构

3 结束语

多轴绕线机可应用于手机、电话机、耳机、显示器件等线圈的生产设备，且每条线圈生产线需要近百台绕线机。我国现有手机、电话机、耳机、显示器件生产企业上千家，未来几年里，随着手机及显示器件更新换代频率的加大，手机和显示器件生产厂商也在不断的扩大自己的生产规模，使用绕线机工艺技术及设备已是大势所趋。

[1]王文斌.机械设计手册(M).北京：机械工业出版社，2004.

[2]郑志峰.链传动设计与应用手册[M].北京：机械工业出版社，1992.

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