高精密半自動疊繞繞線機的製作方法

2023-07-03 08:55:16

本發明涉及一種疊繞繞線機，特別涉及一種對空心杯電機線圈進行繞制的高精密半自動疊繞繞線機。

背景技術：

隨著工業技術的飛速發展，對電機的伺服特性不斷提出更高期望和要求，空心杯電機由於克服了鐵芯電機不可逾越的技術障礙，使其在很多應用場合擁有不可替代的地位。

空心杯電機廣泛應用於軍事領域內飛彈、飛行器飛行方向快速調節，高科技領域內仿生義肢、工業機器人產品的驅動，民用領域內家用小電器、醫療器械、手機等的驅動，可見已經涉及到大部分行業和許多產品。雖然，業界已經推出一些全自動空心杯繞線機，而且也取得一些不錯的繞制效果，但是對空心杯電機的卓越性能沒有充分認識，阻礙了其應用，相應的空心杯繞線機的種類也不多，而且價格也沒有吸引力。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種高精密半自動疊繞繞線機，以提供一種簡單、精密、自動、高效的繞線機。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種高精密半自動疊繞繞線機，包括基座、繞線機構、人機界面和外罩，所述繞線機構設於所述基座上，所述外罩籠罩於所述繞線機構上，其中，所述繞線機構包括：張力計，用於輸出具有一定張緊力的銅線；絲槓電機，用於輸出動力；絲槓電機編碼器，用於採集所述絲槓電機的輸出軸的轉動角度；絲槓，一端與所述絲槓電機的輸出軸連接，以使所述絲槓電機驅動所述絲槓轉動；導向軸，與所述絲槓平行設置；線嘴平臺，設於所述絲槓、導向軸上面，用於設置線嘴，所述線嘴平臺的高度低於所述張力計的出線口高度，並且所述張力計的輸出口方向與所述線嘴平臺的移動方向垂直；減速器電機，用於輸出動力；減速器電機編碼器，用於採集所述減速器電機的輸出軸的轉動角度；減速器，設於所述減速器電機的輸出軸；線圈夾具，設於所述減速器的輸出軸；頂針軸，與所述線圈夾具同軸設置，一端抵頂所述線圈夾具；並且，所述線圈夾具、頂針軸和所述絲槓、導向軸平行設置；固定環，所述頂針軸的另一端設於所述固定環上；控制模塊，與所述絲槓電機、減速器電機連接，同時與所述人機界面連接，以進行數據交互。

優選地，在上述高精密半自動疊繞繞線機中，還包括：橡膠減震件，分別設於導向軸的兩端端部。

優選地，在上述高精密半自動疊繞繞線機中，還包括：限位傳感器，分別設於所述絲槓的兩端端部，並與所述控制模塊連接。

優選地，在上述高精密半自動疊繞繞線機中，所述外罩包括：門體和用於監測所述門體打開的門體監測器，所述門體監測器與所述控制模塊連接。

優選地，在上述高精密半自動疊繞繞線機中，所述門體監測器為磁力扣，並位於所述門體內側。

優選地，所述線圈夾具通過自定心夾具設於所述減速器的輸出軸上；所述自定心夾具包括：套筒，具有一長通孔，所述長通孔內表面設有內螺紋；第一螺紋軸，呈圓柱狀，外表面上設有外螺紋，以螺紋連接於所述長通孔第一端內部，並且，所述第一螺紋軸內部設有第一圓錐通孔，所述第一圓錐通孔自所述第一螺紋軸的第一端端面至第二端端面逐漸增加；第二螺紋軸，呈圓柱狀，外表面上設有外螺紋，以螺紋連接於所述長通孔第二端內部，並且，所述第二螺紋軸內部設有第二圓錐通孔，所述第二圓錐通孔自所述第二螺紋軸的第一端端面至第二端端面逐漸增加；所述長通孔、第一螺紋軸、第一圓錐通孔、第二螺紋軸、第二圓錐通孔同軸，所述第一螺紋軸的第二端端面、第二螺紋軸的第二端端面相對；多個第一楔塊，呈長條形，位於所述第一圓錐通孔中，長度方向與所述第一圓錐通孔的軸線一致，截面從第一端至第二端逐漸增大，外表面呈圓錐面並緊貼所述第一圓錐通孔的內表面，內表面用於夾緊所述線圈夾具；多個第二楔塊，呈長條形，位於所述第二圓錐通孔中，長度方向與所述第二圓錐通孔的軸線一致，截面從第一端至第二端逐漸增大，外表面呈圓錐面並緊貼所述第二圓錐通孔的內表面，內表面用於夾緊所述減速器的輸出軸。

優選地，所述第一楔塊、第二楔塊的內表面為平面。

優選地，所述第一楔塊、第二楔塊的第二端端面為平面。

優選地，所述自定心夾具還包括：過渡軸套，呈圓筒狀，位於所述套筒內部，與所述長通孔同軸，且第一端位於所述第一圓錐通孔內，第二端位於所述第二圓錐通孔內；以及，所述過渡軸套的第一端設有貫通的第一豁口，所述第一楔塊沿著所述過渡軸套的徑向可自由移動地設於所述第一豁口中；所述過渡軸套的第二端設有貫通的第二豁口，所述第二楔塊沿著所述過渡軸套的徑向可自由移動地設於所述第二豁口中。

優選地，所述過渡軸套的第一端端部外表面設有與所述第一圓錐通孔內表面吻合的圓錐面；所述過渡軸套的第二端端部外表面設有與所述第二圓錐通孔內表面吻合的圓錐面。

分析可知，本發明提供的高精密半自動疊繞繞線機在控制上實現了閉環，繞線精度大大提高，另外還具有一個良好的人機界面，方便本發明產品的人機互動，控制簡單、高效。

附圖說明

圖1為本發明實施例的整體結構示意圖；

圖2為本發明實施例的繞線機構的結構示意圖；

圖3為本發明實施例的外罩結構示意圖；

圖4為本發明實施例的自定心夾具的立體結構示意圖；

圖5為本發明實施例的自定心夾具剖視結構示意圖；

圖6為本發明實施例的自定心夾具的套筒結構示意圖；

圖7為本發明實施例的自定心夾具的第一螺紋軸的結構示意圖；

圖8為本發明實施例的自定心夾具的第一楔塊的結構示意圖；

圖9為本發明實施例的自定心夾具的過渡軸套的結構示意圖；

圖10為本發明實施例的自定心夾具的第二螺紋軸的結構示意圖；

圖11為本發明實施例的自定心夾具的第二楔塊的結構示意圖；

圖12為本發明實施例提供的自定心夾具與減速器的輸出軸和線圈夾具連接後的剖視示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步詳細說明。

如圖1-圖3所示，本發明實施例包括基座1、繞線機構2、人機界面3和外罩4。繞線機構2設於基座1上，外罩4籠罩於繞線機構2上。

具體而言，如圖2所示，繞線機構2具體包括：張力計209、第一支架205、第二支架207、第三支架213、第四支架216、第五支架201、絲槓電機204、聯軸器206、絲槓211、橡膠減震件214、線嘴平臺210、減速器電機203、減速器202、線圈夾具219、導向軸215、第一限位傳感器212、第二限位傳感器208、頂針軸218、固定環217、自定心夾具220、控制模塊221。

第一支架205至第五支架201均為L形的板狀結構，下部通過螺釘固定於基座1上，上部豎直。

張力計209與基座1臺面孔相配合固定，以使張力計209的高度可以根據線嘴平臺210的高度進行調整，出線口的高度略高於線嘴平臺210高度，並垂直指向線嘴平臺210的移動路徑。張力計209輸出的張緊力可以根據所繞制銅線線徑的大小進行調整。

絲槓電機204通過螺紋固定在第一支架205一側，高精密的絲槓211和導向軸215平行，並設置在第二支架207和第三支架213之間，聯軸器206連接絲槓電機204軸部和絲槓211。

線嘴平臺210與絲槓211和導向軸215相連接，以在二者上左右移動，應用時，在絲槓211的帶動下，線嘴平臺210在絲槓211上左右移動，同時在導向軸215上也左右移動。。

橡膠減震件214優選安裝在導向軸215兩端端部，在其它的實施例中，也可以安裝在絲槓211兩端端部，分別靠近第二支架207和第三支架213，起到左右機械限位緩衝作用。第一限位傳感器212和第二限位傳感器208優選安裝在絲槓211兩端端部，在其它的實施例中，也可以安裝在導向軸215兩端端部，並且靠近線嘴平臺210下端面，作為電控系統中採集位置信號的左右限位傳感器。

第四支架216用於固定頂針軸218、固定環217，第五支架201用於固定減速器電機203和減速器202，其中，減速器電機203通過螺釘連接在減速器202後端；自定心夾具220一端可以通過圓周方向均布的三個圓柱銷夾緊固定在減速器202的輸出軸上；線圈夾具219兩端分別與頂針軸218和自定心夾具220另一端相配合，保證線圈夾具219在轉動時徑向跳動在一定範圍內。

控制模塊221固定在基座1內部，用於連接絲槓電機204、絲槓電機編碼器222、減速器電機203、減速器電機編碼器223和人機界面3，並控制絲槓電機204、減速器電機203聯動運行，以及與人機界面3進行交互。控制模塊221可以為單片機，還可以嵌入式系統，本實施例對此不進行限定。絲槓電機編碼器222用於把絲槓電機輸出軸的轉動角度反饋給控制模塊221，以實現控制上的閉環，減速器電機編碼器223用於把減速器電機輸出軸的轉動角度反饋給控制模塊221，以實現控制上的閉環。

如圖3所示，外罩4通過螺紋連接到基座1上，外罩4包括：型材框架401、第一門體402、操作面板403、頂板404、第二門體405、後面板406、磁力扣407、啟停控制板408。其中，操作面板403包括：切換開關4031、指示燈4032、恢復開關4033、急停開關4034；啟停控制板408包括：左啟動按鈕4081、停止按鈕4082、右啟動按鈕4083。

第一門體402安裝在型材框架401右側，第二門體405安裝在型材框架401左側，頂板404安裝在型材框架401上側，後面板406安裝在型材框架401後側。操作面板403通過型材安裝在型材框架401右上角，啟停控制板408通過型材安裝在型材框架401右下角。磁力扣407分別安裝在型材框架401上並且正對於第一門體402和第二門體405，用於監測第一門體402、第二門體405打開與否。

人機界面3通過型材安裝在型材框架401右上角，並且位於操作面板403之上。此外，人機界面3還通過外部連線與繞線機構2中的控制模塊221相連接。

應用時，本發明實施例工作過程如下：

操作面板403上切換開關4031處於自動模式下，按下啟停控制板408上左啟動按鈕4081或者人機界面3上虛擬啟動按鍵，控制面板403上指示燈4032亮起，控制模塊221接收到開關信號，便對絲槓電機204和減速器電機203發出脈衝，同時根據絲槓電機204、減速器電機203反饋的脈衝信號(具體的通過絲槓電機編碼器222和減速器電機編碼器223反饋)，對絲槓電機204、減速器電機203進行位置精確控制。其中，絲槓電機204帶動絲槓211轉動，把旋轉運動轉化為直線運動，設置在線嘴雲臺210上的線嘴也跟隨做直線運動。同樣，減速器電機203通過減速器202減速後帶動線圈夾具219按照脈衝指令轉動，絲槓電機204、減速器電機203按照一定速比聯動運行。

與此同時，張力計209提供具有一定張緊力的銅線，銅線通過線嘴按照一定規律排列在轉動的線圈夾具219上，人機界面3實時顯示銅線繞制的速度、圈數和排列寬度，此外還可以在人機界面3上設置下一次繞線的參數。

在繞線過程中，出現意外情況可以按下啟停控制板408上的停止按鈕4082，或者操作面板403上的急停按鈕4034，繞線機即停止繞線，操作面板403上指示燈4032熄滅。

排除意外故障後，旋起急停按鈕4034，並按下恢復按鈕4033後，繞線機即可正常運轉。旋轉切換開關4031到手動模式，通過啟停控制板408上左啟動按鈕4081、停止按鈕4082、右啟動按鈕4083和人機界面3上相應虛擬按鍵，可以手動控制進行繞線。

此外，繞線過程中，如果打開第一門體402、第二門體405，安裝在兩門體上的磁力扣407部件脫離接觸，本實施例停止工作，直至重新閉合門體方可繼續工作。

為了實現被聯接的兩個圓軸(即減速器的輸出軸和線圈夾具)的自動定心和夾緊，保證兩個連接軸的同心，線圈夾具219通過自定心夾具220設於減速器202的輸出軸2020上，具體地，自定心夾具220包括：套筒2201、第一螺紋軸2202、多個第一楔塊2203、過渡軸套2204、第二螺紋軸2205、多個第二楔塊2206。

如圖4-圖6所示，套筒2201具有一長通孔22010，長通孔22010內表面設有內螺紋。套筒2201整體而言呈圓筒狀結構，但是其外表面並非必須為圓柱面，長通孔22010則應為圓孔。

如圖4、圖5和圖7所示，第一螺紋軸2202呈圓柱狀，外表面上設有外螺紋，以螺紋連接於長通孔22010第一端內部，並且，第一螺紋軸2202內部設有第一圓錐通孔22020，第一圓錐通孔22020的內逕自第一螺紋軸2202的第一端端面22022至第二端端面22023逐漸增加。

如圖4、圖5和圖10所示，第二螺紋軸2205呈圓柱狀，外表面上設有外螺紋，以螺紋連接於長通孔22010第二端內部，並且，第二螺紋軸2205內部設有第二圓錐通孔22050，第二圓錐通孔22050的內逕自第二螺紋軸2205的第一端端面22052至第二端端面22053逐漸增加。

長通孔22010、第一螺紋軸2202、第一圓錐通孔22020、第二螺紋軸2205、第二圓錐通孔22050以及下面詳細描述的過渡軸套2204同軸，第一螺紋軸2202的第二端端面22023、第二螺紋軸2205的第二端端面22053相對。

如圖4、圖5和圖8所示，第一楔塊2203為多個，優選為三個或四個，沿著過渡軸套2204的圓周方向均勻布置。每個第一楔塊2203結構相同，均呈長條形，位於第一圓錐通孔22020中，長度方向與第一圓錐通孔22020的軸線一致，截面從第一端至第二端(第二端端面22033)逐漸增大，即第一端為銳端，第二端為粗端，外表面22031呈圓錐面並緊貼第一圓錐通孔22020的內表面，緊貼方式優選為面緊貼，即外表面的整個面與第一圓錐通孔22020的內表面緊貼，在其他的實施例中，也可以是外表面的一條母線與第一圓錐通孔22020的內表面緊貼，第一楔塊2203的內表面22032用於夾緊線圈夾具219。

如圖11所示，第二楔塊2206為多個，優選為三個或四個，沿著過渡軸套2204的圓周方向均勻布置。每一第二楔塊2206呈長條形，位於第二圓錐通孔22050中，長度方向與第二圓錐通孔22050的軸線一致，截面從第一端至第二端(第二端端面22063)逐漸增大，外表面22061呈圓錐面並緊貼第二圓錐通孔22050的內表面，緊貼方式優選是面緊貼，即外表面的整個面與第二圓錐通孔22050的內表面緊貼，在其他的實施例中，也可以是外表面的一條母線與第二圓錐通孔22050的內表面緊貼，第二楔塊2206的內表面22062用於夾緊減速器202的輸出軸2020。

優選地，第一楔塊2203、第二楔塊2206的內表面為平面，二者的第二端端面也為平面。

如圖5、圖9所示，為了保證第一楔塊2203、第二楔塊2206的穩定移動，本實施例包括有過渡軸套2204，其呈圓筒狀，位於套筒2201內部，與長通孔22010等同軸，且第一端(外徑較大的一端)位於第一圓錐通孔22020內，第二端(外徑較小的一端)位於第二圓錐通孔22050內。並且，第一端設有貫通的第一豁口22041，第一楔塊2203沿著過渡軸套2204的徑向可自由移動地設於第一豁口22041中，第一楔塊2203的第二端端面22033與第一豁口22041的底面接觸，從而使得第一豁口22041的底面限制第一楔塊2203沿過渡軸套2204的軸向運動，實現第一楔塊2203沿過渡軸套2204的徑向運動。過渡軸套2204的第二端設有貫通的第二豁口22043，第二楔塊2206沿著過渡軸套2204的徑向可自由移動地設於第二豁口22043中，第二楔塊2206的第二端端面22063與第二豁口22043的底面接觸，從而使得第二豁口22043的底面限制第二楔塊2206沿過渡軸套2204的軸向運動，實現第二楔塊2206沿過渡軸套2204的徑向運動。第一豁口22041和第二豁口22043可以在過渡軸套2204的軸向上相對設置，也可以交錯設置。第一豁口22041和第二豁口22043在過渡軸套2204徑向上的長度對應地小於第一楔塊2203和第二楔塊2206的第二端的自身高度。應用時過渡軸套2204安裝在待定心的圓軸件上，第一楔塊2203和第二楔塊2206從過渡軸套2204的兩端嵌入對應的豁口中。

進一步地，過渡軸套2204的第一端端部外表面設有與第一圓錐通孔22020內表面吻合的圓錐面22042；第二端端部外表面設有與第二圓錐通孔22050內表面吻合的圓錐面22044，如此避免與第一圓錐通孔22020和第二圓錐通孔22050接觸，進而增長兩個豁口在過渡軸套軸向上的長度，從而增大與待加緊圓軸件的接觸面積，提高夾緊力。

為了適應第一楔塊2203、第二楔塊2206夾緊不同直徑的圓軸件，例如減速器202的輸出軸的直徑不同於線圈夾具219的直徑，參見圖12，過渡軸套2204的第一端內徑大於過渡軸套2204的第二端內徑。過渡軸套2204的第一端外徑可以大於過渡軸套2204的第二端外徑，在其他的實施例中也可以等於過渡軸套2204的第二端外徑。

第一螺紋軸2202、第二螺紋軸2205螺紋連接於套筒2201的長通孔22010中，為了便於轉動第一螺紋軸2202、第二螺紋軸2205，如圖1所示，二者的第一端外表面分別設有深孔22021、深孔22051，深孔22021、深孔22051可以插入螺栓、操縱杆等。

第一螺紋軸2202和第二螺紋軸2205外圓表面加工有外螺紋，分別與套筒2201內螺紋配合，藉此，第一螺紋軸2202、第二螺紋軸2205的旋轉運動就唯一轉化為在套筒2201內的直線運動。第一螺紋軸2202內部第一圓錐通孔22020與第一楔塊2203外錐面配合，第二螺紋軸2205內部第二圓錐通孔22050與第二楔塊2206外錐面配合，且在過渡軸套2204的限制下，從而使得在第一螺紋軸2202和第二螺紋軸2205的直線運動轉化為徑向運動；第一楔塊2203和第二楔塊2206分別從過渡軸套2204的兩端嵌入其兩端豁口內，第一楔塊2203和第二楔塊2206的內表面和待定心圓軸工件直接接觸，從而把兩個楔塊的徑向運動傳遞到待定心夾緊的圓軸上，實現圓周方向均布的第一楔塊2203和第二楔塊2206對待定心夾緊圓軸的抱緊和放鬆。

綜上，本發明提供一種高精密半自動疊繞繞線機，包括基座、繞線機構、人機界面和外罩等。本發明通過人機界面可設定各種待繞制產品參數，也可以實時反饋繞制進度和參數變化，操作方便、應用範圍廣泛；並實現了閉環控制，繞線精度大大提高。

由技術常識可知，本發明可以通過其它的不脫離其精神實質或必要特徵的實施方案來實現。因此，上述公開的實施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，並不是僅有的。所有在本發明範圍內或在等同於本發明的範圍內的改變均被本發明包含。