廖建明

LIAO Jian-ming

（廈門宏發(fā)工業(yè)機器人有限公司，廈門 361009）

0 引言

繞圈是電子電器行業(yè)不可缺少的配件，而繞線機是生產(chǎn)線圈不可缺少的設(shè)備。繞線機種類也是多種多樣，本文以有骨架引腳平行繞線機（以下簡稱繞線機）及其周邊其他設(shè)備為研究目標(biāo)。目前市場上繞線機大都處于半自動化階段。最簡單的繞線機是：需要人工上下料，人工纏始末端引腳，設(shè)備只是提供繞制時的轉(zhuǎn)動及機械式的排線裝置。好一點的繞線機是可以實現(xiàn)自動繞線，自動排線，自動纏始末端引腳，但還是需要人工上下料。由于需要人工參與，設(shè)備生產(chǎn)效率低，勞動者工作強度大，且因工人動作熟練程度不同，繞線的質(zhì)量也參差不齊。同時繞線只是線圈生產(chǎn)中的一道工序，后道還必須對引腳漆包線進(jìn)行焊錫，電阻檢測，引腳打彎等。因此，普通的繞線機已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代大批量電子元器件的生產(chǎn)需求。本文通過設(shè)計16軸繞線機含后道工序的整體方案及機械結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)全自動繞線生產(chǎn)線的需求。

1 線圈生產(chǎn)工藝流程

多軸繞線生產(chǎn)線工藝流程可簡述為：

1）骨架通過振動料斗按固定方向自動進(jìn)料；

2）上料部件通過氣缸動作將骨架自動送入繞線機前傳送部件；

3）繞線機前傳送部件通過氣缸動作將骨架自動送入繞線機主軸；

4）漆包線通過張力器，裝于x，y，z向三軸部件上的線嘴把漆包線自動纏繞到始端引腳上，而后繞線機主軸部件高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行自動繞線，再把漆包線末端纏繞到末端引腳上，完成繞線。

5）繞線機后傳送部件通過氣缸動作將骨架線圈自動下料；

6）繞線機后傳送部件分4次把繞好的骨架線圈送入8工位轉(zhuǎn)盤的第一工位。后道工序采用8工位轉(zhuǎn)盤式結(jié)構(gòu)，每個工位對4個骨架進(jìn)行同時動作；

7）第二工位對線圈骨架預(yù)壓確保線圈骨架上料到位；

8）第三工位對線圈骨架引腳進(jìn)行沾助焊劑；

9）第四工位對線圈骨架引腳進(jìn)行焊錫；

10）第五工位對線圈骨架進(jìn)行吹異物及冷卻；

11）第六工位對線圈骨架引腳進(jìn)行復(fù)直（產(chǎn)品工藝要求）；

12）第七工位對線圈骨架進(jìn)行電阻檢測，及電阻不良品自動下料；

13）第八工位自動下料致裝盤機；

14）裝盤機接料后翻轉(zhuǎn)使用線圈骨架引腳朝上，自動送入線圈骨架傳送皮帶；

15）線圈骨架傳送皮帶通過自動分料機構(gòu)將線圈骨架按料盤間距自動分料；

16）線圈料盤通過堆垛方式，皮帶自動傳送。人工將一垛空料盤放于空盤堆垛區(qū)，通過氣缸動作將堆垛區(qū)空盤取出并置于料盤傳送皮帶上，通過氣缸限制定位料盤準(zhǔn)確停于預(yù)定裝盤位置。

17）通過機械手自動將已經(jīng)按料盤間距分好料的線圈骨架抓入線圈料盤內(nèi)排放整齊；

18）料盤裝滿后氣缸限制定位機構(gòu)自動放開，料盤自動流致滿料堆垛區(qū)，自動堆垛，至此完成全自動線圈骨架一個周期的生產(chǎn)。

2 方案設(shè)計

按功能模塊組合分類，可分為上料部分，繞線部件，沾錫檢測部分，裝盤部分。各功能單元獨立機架設(shè)計，方便裝配調(diào)試及運輸拆裝，如圖1所示。

圖1 方案布局圖

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

多軸全自動繞線生產(chǎn)線按方案布局可劃分為自動上料機、繞線機（由機架、前后傳送部件、主軸、xyz三軸運動部件、夾線部件、張力機構(gòu)等組成）、沾錫機（由機架、8工位轉(zhuǎn)盤部件、沾助焊劑、沾錫、吹灰、打彎、電阻檢測、下料部件等組成）、裝盤機等。

3.1 自動上料機

如圖2所示，自動上料機主要由振動料斗、分料部件、變距部件、90°旋轉(zhuǎn)部件、上下移動部件等組成。主要功能是實現(xiàn)骨架的自動上料，使原本無規(guī)律的骨架按預(yù)定方向排列好且按繞線機主軸間距上料致繞線機前傳送部件。

大量骨架一次性置于振動料斗內(nèi)（可擴展料倉或其它自動送料設(shè)備），骨架在振動料斗內(nèi)沿斜槽定向運動，特定方向的骨架通過振動直線進(jìn)入分料部件，其余骨架落回料斗內(nèi)。分料部件內(nèi)安裝有檢測骨架到位的感應(yīng)開關(guān)，當(dāng)最前端4個料到位后，90°旋轉(zhuǎn)部件及上下移動部件移動使變距部件芯軸插入骨架中心孔內(nèi)，變距部件共兩組，分兩次把8個骨架轉(zhuǎn)移到變距部件芯軸上。通過移動、擺動、變距把變距部件芯軸上的骨架放入繞線前傳送機構(gòu)型腔內(nèi)，完成上料動作。

圖2 自動上料機

3.2 繞線機

如圖3所示，繞線機主要由機架，機架、前后傳送部件、主軸、xyz三軸運動部件、夾線部件、張力機構(gòu)等組成。漆包線通過張力器到安裝于xyz三軸部件的陶瓷過線器，引到線嘴上，通過xyz三軸部件即可帶動漆包線在xyz三個方向（既橫向，縱向，豎向）自由運動。

首先將漆包線夾固定于夾線部件上，線嘴帶動漆包線在骨架的始端引腳上纏繞好，通過夾線部件運動將漆包線拉斷，對較粗漆包線則可以通過安裝刀片，氣剪之類的利器將線剪斷，然后再將夾線部件上的廢線排掉。骨架則通過主軸機構(gòu)的帶動高速旋轉(zhuǎn)，漆包線在xyz三軸運動的帶動下前后往復(fù)運動進(jìn)行排線，既可對骨架進(jìn)行繞線。繞線完成后，對骨架的末端引腳進(jìn)行纏線，再將漆包線固定于夾線部件上，然后再將骨架與夾線部件之間的漆包線進(jìn)行斷線動作。既完成一個產(chǎn)品的繞線周期。

圖3 繞線機

3.2.1 主軸部件

主軸部件是繞線機核心部件，為滿足現(xiàn)代工業(yè)大批量高質(zhì)量的生產(chǎn)需求，對繞線機的主軸轉(zhuǎn)速要求越來越高。

如圖4所示，該部件由伺服電機通過同步帶帶動左右兩個一級變速軸轉(zhuǎn)動，同時一級變速軸又通過同步帶各帶動兩個主動軸轉(zhuǎn)動，其余主軸通過同步帶輪與主動軸串聯(lián)，從而實現(xiàn)整個主軸系16根軸的轉(zhuǎn)動，同步帶輪能保證各個軸轉(zhuǎn)動的同步性和準(zhǔn)確性。通過加工及裝配精度保證各繞線軸同心，實現(xiàn)骨架在繞線過程中的平滑穩(wěn)定，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)18000rpm，同時能保證骨架繞線的質(zhì)量。

圖4 主軸部件

3.2.2 xyz三軸部件

該機構(gòu)由伺服電機、精密絲桿、精密直線導(dǎo)軌組成。主要功能是依靠三軸聯(lián)動帶動線嘴自由動作來完成漆包線在骨架上的纏引腳、線的排線繞制過程、線的過槽等，使繞線能夠準(zhǔn)確平滑地繞制在骨架線圈上。

如圖5所示，xyz三軸部件組成規(guī)范的三坐標(biāo)伺服系統(tǒng)，使得線嘴可以在有效行程內(nèi)自由移動，可以根據(jù)程序自動進(jìn)行纏繞等動作。本機構(gòu)設(shè)置于大板下方，使得設(shè)備易于維護(hù)，外觀簡潔。

圖5 三軸部件

3.3 沾錫檢測機

如圖6所示，沾錫檢測機主要由機架、8工位轉(zhuǎn)盤部件、沾助焊劑、沾錫、吹灰、打彎、電阻檢測和下料部件等組成。8工位轉(zhuǎn)盤采用高精度8等分分割器為主體，通過電機帶動實現(xiàn)8工位高精度分割停止。同時每個工位設(shè)置氣缸上下機構(gòu)，通過工裝的上下動作可以很好的實現(xiàn)各個工位動作的完成。沾助焊劑部件采用助焊劑大槽內(nèi)放置可單獨上下的小槽，保證沾助焊劑時液面高度一致，再通過氣缸帶動工裝上產(chǎn)品下壓完成沾助焊劑。沾錫同樣采用大錫槽內(nèi)放置可單獨上下的小錫槽，保證錫面高度一致，再通過氣缸帶動工裝上產(chǎn)品下壓完成沾錫。因錫鍋溫度高達(dá)400℃～550℃，錫鍋采用鈦合金加工，這種材料具有耐高溫耐腐蝕等特性，能很好的滿足設(shè)計使用要求。吹灰部件采用上吹下吸方式，氣源入口安裝精密過濾器作為吹氣氣源，電磁閥控制間歇性吹氣，底部安裝負(fù)壓吸塵口吸塵。經(jīng)過吹灰可吹走部份沾錫時產(chǎn)生的飛濺物確保產(chǎn)品質(zhì)量，同時可對骨架線圈進(jìn)行冷卻，確保后續(xù)電阻檢測不受溫度影響。打彎部件采用氣缸推引腳焊錫部位，保證打彎時不損傷纏繞于引腳上的漆包線，分兩次打彎各打彎45°確保打彎到位。電阻檢測采用探針與引腳接觸方式，通過電阻檢測儀器進(jìn)行電阻檢測，檢測到不良品時直接用氣缸把產(chǎn)品拉出，拉入不良品盒，確保斷線，電阻不良的產(chǎn)品不流入后道工序。下料部件采用旋轉(zhuǎn)式機械手，把工位上4個產(chǎn)品同時抓取后旋轉(zhuǎn)放致裝盤機。至此沾錫機完成一個循環(huán)周期。

圖6 沾錫機

3.4 裝盤機

骨架線圈為電子原件精密部件，漆包線最細(xì)的小于0.02，輕微的磕碰就有可能造成斷線，所以要求在搬運傳送過程中無損傷，不碰撞。本設(shè)備針對產(chǎn)品采用注塑料盤，在料盤內(nèi)按產(chǎn)品大小設(shè)計分成15×10共150個空格用于放置骨架線圈。料盤可堆垛，方便搬運。如圖7所示，因沾錫時焊錫引腳在下方，不便于員工觀察焊錫情況。裝盤機接料后，采用翻轉(zhuǎn)機械手把產(chǎn)品翻轉(zhuǎn)焊錫引腳朝上放于傳送皮帶上，線圈骨架傳送皮帶通過自動分料機構(gòu)將線圈骨架按料盤間距自動分料，通過機械手自動將已經(jīng)按料盤間距分好料的線圈骨架抓入線圈料盤內(nèi)排放整齊。

線圈料盤通過堆垛方式，皮帶自動傳送。人工將一堆空料盤放于空盤堆垛區(qū)，通過氣缸動作將堆垛區(qū)空盤取出并置于料盤傳送皮帶上，通過氣缸限制定位料盤準(zhǔn)確停于預(yù)定裝盤位置，等待機械手把線圈骨架抓入。料盤裝滿后氣缸限制定位機構(gòu)自動放開，料盤自動流致滿料堆垛區(qū)，自動堆垛，至此完成全自動線圈骨架的一個生產(chǎn)周期。

4 結(jié)語

多軸全自動繞線生產(chǎn)線可廣泛應(yīng)用于繼電器、接觸器、斷路器、電磁閥、點火線圈等骨架線圈的生產(chǎn)。在目前人工成本不斷上升的今天，使用半自動繞線機實現(xiàn)本月產(chǎn)1000萬只線圈需要上30臺～60臺繞線機，車間員工大約需要50～100人，通過多軸全自動繞線生產(chǎn)線的應(yīng)用，月產(chǎn)1000萬只線圈只需要約10條生產(chǎn)線，人員在3～5人即可，可很大程度提高生產(chǎn)效率。多軸全自動繞線生產(chǎn)線是今后繞線工藝技術(shù)發(fā)展的趨勢。

圖7 裝盤機