CN106300835A - 高精密半自动叠绕绕线机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高精密半自动叠绕绕线机，其包括基座、绕线机构、人机界面和外罩，绕线机构设于基座上，外罩笼罩于绕线机构上，绕线机构包括张力计；丝杠电机；丝杠电机编码器；丝杠，一端与丝杠电机的输出轴连接；导向轴，与丝杠平行设置；线嘴平台，设于丝杠、导向轴上面；减速器电机，减速器电机编码器；减速器，设于减速器电机的输出轴；线圈夹具，设于减速器的输出轴；顶针轴，与线圈夹具同轴设置，一端抵顶线圈夹具；线圈夹具、顶针轴和丝杠、导向轴平行设置；固定环，顶针轴的另一端设于固定环上；控制模块，与丝杠电机、丝杠电机编码器、减速器电机、减速机电机编码器连接，同时与人机界面连接。本发明人机交互，控制简单、高效。

Description

高精密半自动叠绕绕线机

技术领域

本发明涉及一种叠绕绕线机，特别涉及一种对空心杯电机线圈进行绕制的高精密半自动叠绕绕线机。

背景技术

随着工业技术的飞速发展，对电机的伺服特性不断提出更高期望和要求，空心杯电机由于克服了铁芯电机不可逾越的技术障碍，使其在很多应用场合拥有不可替代的地位。

空心杯电机广泛应用于军事领域内导弹、飞行器飞行方向快速调节，高科技领域内仿生义肢、工业机器人产品的驱动，民用领域内家用小电器、医疗器械、手机等的驱动，可见已经涉及到大部分行业和许多产品。虽然，业界已经推出一些全自动空心杯绕线机，而且也取得一些不错的绕制效果，但是对空心杯电机的卓越性能没有充分认识，阻碍了其应用，相应的空心杯绕线机的种类也不多，而且价格也没有吸引力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精密半自动叠绕绕线机，以提供一种简单、精密、自动、高效的绕线机。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高精密半自动叠绕绕线机，包括基座、绕线机构、人机界面和外罩，所述绕线机构设于所述基座上，所述外罩笼罩于所述绕线机构上，其中，所述绕线机构包括：张力计，用于输出具有一定张紧力的铜线；丝杠电机，用于输出动力；丝杠电机编码器，用于采集所述丝杠电机的输出轴的转动角度；丝杠，一端与所述丝杠电机的输出轴连接，以使所述丝杠电机驱动所述丝杠转动；导向轴，与所述丝杠平行设置；线嘴平台，设于所述丝杠、导向轴上面，用于设置线嘴，所述线嘴平台的高度低于所述张力计的出线口高度，并且所述张力计的输出口方向与所述线嘴平台的移动方向垂直；减速器电机，用于输出动力；减速器电机编码器，用于采集所述减速器电机的输出轴的转动角度；减速器，设于所述减速器电机的输出轴；线圈夹具，设于所述减速器的输出轴；顶针轴，与所述线圈夹具同轴设置，一端抵顶所述线圈夹具；并且，所述线圈夹具、顶针轴和所述丝杠、导向轴平行设置；固定环，所述顶针轴的另一端设于所述固定环上；控制模块，与所述丝杠电机、减速器电机连接，同时与所述人机界面连接，以进行数据交互。

优选地，在上述高精密半自动叠绕绕线机中，还包括：橡胶减震件，分别设于导向轴的两端端部。

优选地，在上述高精密半自动叠绕绕线机中，还包括：限位传感器，分别设于所述丝杠的两端端部，并与所述控制模块连接。

优选地，在上述高精密半自动叠绕绕线机中，所述外罩包括：门体和用于监测所述门体打开的门体监测器，所述门体监测器与所述控制模块连接。

优选地，在上述高精密半自动叠绕绕线机中，所述门体监测器为磁力扣，并位于所述门体内侧。

优选地，所述线圈夹具通过自定心夹具设于所述减速器的输出轴上；所述自定心夹具包括：套筒，具有一长通孔，所述长通孔内表面设有内螺纹；第一螺纹轴，呈圆柱状，外表面上设有外螺纹，以螺纹连接于所述长通孔第一端内部，并且，所述第一螺纹轴内部设有第一圆锥通孔，所述第一圆锥通孔自所述第一螺纹轴的第一端端面至第二端端面逐渐增加；第二螺纹轴，呈圆柱状，外表面上设有外螺纹，以螺纹连接于所述长通孔第二端内部，并且，所述第二螺纹轴内部设有第二圆锥通孔，所述第二圆锥通孔自所述第二螺纹轴的第一端端面至第二端端面逐渐增加；所述长通孔、第一螺纹轴、第一圆锥通孔、第二螺纹轴、第二圆锥通孔同轴，所述第一螺纹轴的第二端端面、第二螺纹轴的第二端端面相对；多个第一楔块，呈长条形，位于所述第一圆锥通孔中，长度方向与所述第一圆锥通孔的轴线一致，截面从第一端至第二端逐渐增大，外表面呈圆锥面并紧贴所述第一圆锥通孔的内表面，内表面用于夹紧所述线圈夹具；多个第二楔块，呈长条形，位于所述第二圆锥通孔中，长度方向与所述第二圆锥通孔的轴线一致，截面从第一端至第二端逐渐增大，外表面呈圆锥面并紧贴所述第二圆锥通孔的内表面，内表面用于夹紧所述减速器的输出轴。

优选地，所述第一楔块、第二楔块的内表面为平面。

优选地，所述第一楔块、第二楔块的第二端端面为平面。

优选地，所述自定心夹具还包括：过渡轴套，呈圆筒状，位于所述套筒内部，与所述长通孔同轴，且第一端位于所述第一圆锥通孔内，第二端位于所述第二圆锥通孔内；以及，所述过渡轴套的第一端设有贯通的第一豁口，所述第一楔块沿着所述过渡轴套的径向可自由移动地设于所述第一豁口中；所述过渡轴套的第二端设有贯通的第二豁口，所述第二楔块沿着所述过渡轴套的径向可自由移动地设于所述第二豁口中。

优选地，所述过渡轴套的第一端端部外表面设有与所述第一圆锥通孔内表面吻合的圆锥面；所述过渡轴套的第二端端部外表面设有与所述第二圆锥通孔内表面吻合的圆锥面。

分析可知，本发明提供的高精密半自动叠绕绕线机在控制上实现了闭环，绕线精度大大提高，另外还具有一个良好的人机界面，方便本发明产品的人机交互，控制简单、高效。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图；

图2为本发明实施例的绕线机构的结构示意图；

图3为本发明实施例的外罩结构示意图；

图4为本发明实施例的自定心夹具的立体结构示意图；

图5为本发明实施例的自定心夹具剖视结构示意图；

图6为本发明实施例的自定心夹具的套筒结构示意图；

图7为本发明实施例的自定心夹具的第一螺纹轴的结构示意图；

图8为本发明实施例的自定心夹具的第一楔块的结构示意图；

图9为本发明实施例的自定心夹具的过渡轴套的结构示意图；

图10为本发明实施例的自定心夹具的第二螺纹轴的结构示意图；

图11为本发明实施例的自定心夹具的第二楔块的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的自定心夹具与减速器的输出轴和线圈夹具连接后的剖视示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

如图1-图3所示，本发明实施例包括基座1、绕线机构2、人机界面3和外罩4。绕线机构2设于基座1上，外罩4笼罩于绕线机构2上。

具体而言，如图2所示，绕线机构2具体包括：张力计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、丝杠电机204、联轴器206、丝杠211、橡胶减震件214、线嘴平台210、减速器电机203、减速器202、线圈夹具219、导向轴215、第一限位传感器212、第二限位传感器208、顶针轴218、固定环217、自定心夹具220、控制模块221。

第一支架205至第五支架201均为L形的板状结构，下部通过螺钉固定于基座1上，上部竖直。

张力计209与基座1台面孔相配合固定，以使张力计209的高度可以根据线嘴平台210的高度进行调整，出线口的高度略高于线嘴平台210高度，并垂直指向线嘴平台210的移动路径。张力计209输出的张紧力可以根据所绕制铜线线径的大小进行调整。

丝杠电机204通过螺纹固定在第一支架205一侧，高精密的丝杠211和导向轴215平行，并设置在第二支架207和第三支架213之间，联轴器206连接丝杠电机204轴部和丝杠211。

线嘴平台210与丝杠211和导向轴215相连接，以在二者上左右移动，应用时，在丝杠211的带动下，线嘴平台210在丝杠211上左右移动，同时在导向轴215上也左右移动。。

橡胶减震件214优选安装在导向轴215两端端部，在其它的实施例中，也可以安装在丝杠211两端端部，分别靠近第二支架207和第三支架213，起到左右机械限位缓冲作用。第一限位传感器212和第二限位传感器208优选安装在丝杠211两端端部，在其它的实施例中，也可以安装在导向轴215两端端部，并且靠近线嘴平台210下端面，作为电控***中采集位置信号的左右限位传感器。

第四支架216用于固定顶针轴218、固定环217，第五支架201用于固定减速器电机203和减速器202，其中，减速器电机203通过螺钉连接在减速器202后端；自定心夹具220一端可以通过圆周方向均布的三个圆柱销夹紧固定在减速器202的输出轴上；线圈夹具219两端分别与顶针轴218和自定心夹具220另一端相配合，保证线圈夹具219在转动时径向跳动在一定范围内。

控制模块221固定在基座1内部，用于连接丝杠电机204、丝杠电机编码器222、减速器电机203、减速器电机编码器223和人机界面3，并控制丝杠电机204、减速器电机203联动运行，以及与人机界面3进行交互。控制模块221可以为单片机，还可以嵌入式***，本实施例对此不进行限定。丝杠电机编码器222用于把丝杠电机输出轴的转动角度反馈给控制模块221，以实现控制上的闭环，减速器电机编码器223用于把减速器电机输出轴的转动角度反馈给控制模块221，以实现控制上的闭环。

如图3所示，外罩4通过螺纹连接到基座1上，外罩4包括：型材框架401、第一门体402、操作面板403、顶板404、第二门体405、后面板406、磁力扣407、启停控制板408。其中，操作面板403包括：切换开关4031、指示灯4032、恢复开关4033、急停开关4034；启停控制板408包括：左启动按钮4081、停止按钮4082、右启动按钮4083。

第一门体402安装在型材框架401右侧，第二门体405安装在型材框架401左侧，顶板404安装在型材框架401上侧，后面板406安装在型材框架401后侧。操作面板403通过型材安装在型材框架401右上角，启停控制板408通过型材安装在型材框架401右下角。磁力扣407分别安装在型材框架401上并且正对于第一门体402和第二门体405，用于监测第一门体402、第二门体405打开与否。

人机界面3通过型材安装在型材框架401右上角，并且位于操作面板403之上。此外，人机界面3还通过外部连线与绕线机构2中的控制模块221相连接。

应用时，本发明实施例工作过程如下：

操作面板403上切换开关4031处于自动模式下，按下启停控制板408上左启动按钮4081或者人机界面3上虚拟启动按键，控制面板403上指示灯4032亮起，控制模块221接收到开关信号，便对丝杠电机204和减速器电机203发出脉冲，同时根据丝杠电机204、减速器电机203反馈的脉冲信号(具体的通过丝杠电机编码器222和减速器电机编码器223反馈)，对丝杠电机204、减速器电机203进行位置精确控制。其中，丝杠电机204带动丝杠211转动，把旋转运动转化为直线运动，设置在线嘴云台210上的线嘴也跟随做直线运动。同样，减速器电机203通过减速器202减速后带动线圈夹具219按照脉冲指令转动，丝杠电机204、减速器电机203按照一定速比联动运行。

与此同时，张力计209提供具有一定张紧力的铜线，铜线通过线嘴按照一定规律排列在转动的线圈夹具219上，人机界面3实时显示铜线绕制的速度、圈数和排列宽度，此外还可以在人机界面3上设置下一次绕线的参数。

在绕线过程中，出现意外情况可以按下启停控制板408上的停止按钮4082，或者操作面板403上的急停按钮4034，绕线机即停止绕线，操作面板403上指示灯4032熄灭。

排除意外故障后，旋起急停按钮4034，并按下恢复按钮4033后，绕线机即可正常运转。旋转切换开关4031到手动模式，通过启停控制板408上左启动按钮4081、停止按钮4082、右启动按钮4083和人机界面3上相应虚拟按键，可以手动控制进行绕线。

此外，绕线过程中，如果打开第一门体402、第二门体405，安装在两门体上的磁力扣407部件脱离接触，本实施例停止工作，直至重新闭合门体方可继续工作。

为了实现被联接的两个圆轴(即减速器的输出轴和线圈夹具)的自动定心和夹紧，保证两个连接轴的同心，线圈夹具219通过自定心夹具220设于减速器202的输出轴2020上，具体地，自定心夹具220包括：套筒2201、第一螺纹轴2202、多个第一楔块2203、过渡轴套2204、第二螺纹轴2205、多个第二楔块2206。

如图4-图6所示，套筒2201具有一长通孔22010，长通孔22010内表面设有内螺纹。套筒2201整体而言呈圆筒状结构，但是其外表面并非必须为圆柱面，长通孔22010则应为圆孔。

如图4、图5和图7所示，第一螺纹轴2202呈圆柱状，外表面上设有外螺纹，以螺纹连接于长通孔22010第一端内部，并且，第一螺纹轴2202内部设有第一圆锥通孔22020，第一圆锥通孔22020的内径自第一螺纹轴2202的第一端端面22022至第二端端面22023逐渐增加。

如图4、图5和图10所示，第二螺纹轴2205呈圆柱状，外表面上设有外螺纹，以螺纹连接于长通孔22010第二端内部，并且，第二螺纹轴2205内部设有第二圆锥通孔22050，第二圆锥通孔22050的内径自第二螺纹轴2205的第一端端面22052至第二端端面22053逐渐增加。

长通孔22010、第一螺纹轴2202、第一圆锥通孔22020、第二螺纹轴2205、第二圆锥通孔22050以及下面详细描述的过渡轴套2204同轴，第一螺纹轴2202的第二端端面22023、第二螺纹轴2205的第二端端面22053相对。

如图4、图5和图8所示，第一楔块2203为多个，优选为三个或四个，沿着过渡轴套2204的圆周方向均匀布置。每个第一楔块2203结构相同，均呈长条形，位于第一圆锥通孔22020中，长度方向与第一圆锥通孔22020的轴线一致，截面从第一端至第二端(第二端端面22033)逐渐增大，即第一端为锐端，第二端为粗端，外表面22031呈圆锥面并紧贴第一圆锥通孔22020的内表面，紧贴方式优选为面紧贴，即外表面的整个面与第一圆锥通孔22020的内表面紧贴，在其他的实施例中，也可以是外表面的一条母线与第一圆锥通孔22020的内表面紧贴，第一楔块2203的内表面22032用于夹紧线圈夹具219。

如图11所示，第二楔块2206为多个，优选为三个或四个，沿着过渡轴套2204的圆周方向均匀布置。每一第二楔块2206呈长条形，位于第二圆锥通孔22050中，长度方向与第二圆锥通孔22050的轴线一致，截面从第一端至第二端(第二端端面22063)逐渐增大，外表面22061呈圆锥面并紧贴第二圆锥通孔22050的内表面，紧贴方式优选是面紧贴，即外表面的整个面与第二圆锥通孔22050的内表面紧贴，在其他的实施例中，也可以是外表面的一条母线与第二圆锥通孔22050的内表面紧贴，第二楔块2206的内表面22062用于夹紧减速器202的输出轴2020。

优选地，第一楔块2203、第二楔块2206的内表面为平面，二者的第二端端面也为平面。

如图5、图9所示，为了保证第一楔块2203、第二楔块2206的稳定移动，本实施例包括有过渡轴套2204，其呈圆筒状，位于套筒2201内部，与长通孔22010等同轴，且第一端(外径较大的一端)位于第一圆锥通孔22020内，第二端(外径较小的一端)位于第二圆锥通孔22050内。并且，第一端设有贯通的第一豁口22041，第一楔块2203沿着过渡轴套2204的径向可自由移动地设于第一豁口22041中，第一楔块2203的第二端端面22033与第一豁口22041的底面接触，从而使得第一豁口22041的底面限制第一楔块2203沿过渡轴套2204的轴向运动，实现第一楔块2203沿过渡轴套2204的径向运动。过渡轴套2204的第二端设有贯通的第二豁口22043，第二楔块2206沿着过渡轴套2204的径向可自由移动地设于第二豁口22043中，第二楔块2206的第二端端面22063与第二豁口22043的底面接触，从而使得第二豁口22043的底面限制第二楔块2206沿过渡轴套2204的轴向运动，实现第二楔块2206沿过渡轴套2204的径向运动。第一豁口22041和第二豁口22043可以在过渡轴套2204的轴向上相对设置，也可以交错设置。第一豁口22041和第二豁口22043在过渡轴套2204径向上的长度对应地小于第一楔块2203和第二楔块2206的第二端的自身高度。应用时过渡轴套2204安装在待定心的圆轴件上，第一楔块2203和第二楔块2206从过渡轴套2204的两端嵌入对应的豁口中。

进一步地，过渡轴套2204的第一端端部外表面设有与第一圆锥通孔22020内表面吻合的圆锥面22042；第二端端部外表面设有与第二圆锥通孔22050内表面吻合的圆锥面22044，如此避免与第一圆锥通孔22020和第二圆锥通孔22050接触，进而增长两个豁口在过渡轴套轴向上的长度，从而增大与待加紧圆轴件的接触面积，提高夹紧力。

为了适应第一楔块2203、第二楔块2206夹紧不同直径的圆轴件，例如减速器202的输出轴的直径不同于线圈夹具219的直径，参见图12，过渡轴套2204的第一端内径大于过渡轴套2204的第二端内径。过渡轴套2204的第一端外径可以大于过渡轴套2204的第二端外径，在其他的实施例中也可以等于过渡轴套2204的第二端外径。

第一螺纹轴2202、第二螺纹轴2205螺纹连接于套筒2201的长通孔22010中，为了便于转动第一螺纹轴2202、第二螺纹轴2205，如图1所示，二者的第一端外表面分别设有深孔22021、深孔22051，深孔22021、深孔22051可以***螺栓、操纵杆等。

第一螺纹轴2202和第二螺纹轴2205外圆表面加工有外螺纹，分别与套筒2201内螺纹配合，借此，第一螺纹轴2202、第二螺纹轴2205的旋转运动就唯一转化为在套筒2201内的直线运动。第一螺纹轴2202内部第一圆锥通孔22020与第一楔块2203外锥面配合，第二螺纹轴2205内部第二圆锥通孔22050与第二楔块2206外锥面配合，且在过渡轴套2204的限制下，从而使得在第一螺纹轴2202和第二螺纹轴2205的直线运动转化为径向运动；第一楔块2203和第二楔块2206分别从过渡轴套2204的两端嵌入其两端豁口内，第一楔块2203和第二楔块2206的内表面和待定心圆轴工件直接接触，从而把两个楔块的径向运动传递到待定心夹紧的圆轴上，实现圆周方向均布的第一楔块2203和第二楔块2206对待定心夹紧圆轴的抱紧和放松。

综上，本发明提供一种高精密半自动叠绕绕线机，包括基座、绕线机构、人机界面和外罩等。本发明通过人机界面可设定各种待绕制产品参数，也可以实时反馈绕制进度和参数变化，操作方便、应用范围广泛；并实现了闭环控制，绕线精度大大提高。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种高精密半自动叠绕绕线机，包括基座、绕线机构、人机界面和外罩，所述绕线机构设于所述基座上，所述外罩笼罩于所述绕线机构上，其特征在于，所述绕线机构包括：

张力计，用于输出具有一定张紧力的铜线；

丝杠电机，用于输出动力；

丝杠电机编码器，用于采集所述丝杠电机的输出轴的转动角度；

丝杠，一端与所述丝杠电机的输出轴连接，以使所述丝杠电机驱动所述丝杠转动；

导向轴，与所述丝杠平行设置；

线嘴平台，设于所述丝杠、导向轴上面，用于设置线嘴，所述线嘴平台的高度低于所述张力计的出线口高度，并且所述张力计的输出口方向与所述线嘴平台的移动方向垂直；

减速器电机，用于输出动力；

减速器电机编码器，用于采集所述减速器电机的输出轴的转动角度；；

减速器，设于所述减速器电机的输出轴；

线圈夹具，设于所述减速器的输出轴；

顶针轴，与所述线圈夹具同轴设置，一端抵顶所述线圈夹具；并且，所述线圈夹具、顶针轴和所述丝杠、导向轴平行设置；

固定环，所述顶针轴的另一端设于所述固定环上；

控制模块，与所述丝杠电机、丝杠电机编码器、减速器电机、减速器电机编码器连接，同时与所述人机界面连接，以进行数据交互。

2.根据权利要求1所述的高精密半自动叠绕绕线机，其特征在于，还包括：橡胶减震件，分别设于导向轴的两端端部。

3.根据权利要求1所述的高精密半自动叠绕绕线机，其特征在于，还包括：限位传感器，分别设于所述丝杠的两端端部，并与所述控制模块连接。

4.根据权利要求1所述的高精密半自动叠绕绕线机，其特征在于，所述外罩包括：门体和用于监测所述门体打开的门体监测器，所述门体监测器与所述控制模块连接。

5.根据权利要求4所述的高精密半自动叠绕绕线机，其特征在于，所述门体监测器为磁力扣，并位于所述门体内侧。

6.根据权利要求1所述的高精密半自动叠绕绕线机，其特征在于，所述线圈夹具通过自定心夹具设于所述减速器的输出轴上；

所述自定心夹具包括：

套筒，具有一长通孔，所述长通孔内表面设有内螺纹；

第一螺纹轴，呈圆柱状，外表面上设有外螺纹，以螺纹连接于所述长通孔第一端内部，并且，所述第一螺纹轴内部设有第一圆锥通孔，所述第一圆锥通孔自所述第一螺纹轴的第一端端面至第二端端面逐渐增加；

第二螺纹轴，呈圆柱状，外表面上设有外螺纹，以螺纹连接于所述长通孔第二端内部，并且，所述第二螺纹轴内部设有第二圆锥通孔，所述第二圆锥通孔自所述第二螺纹轴的第一端端面至第二端端面逐渐增加；

所述长通孔、第一螺纹轴、第一圆锥通孔、第二螺纹轴、第二圆锥通孔同轴，所述第一螺纹轴的第二端端面、第二螺纹轴的第二端端面相对；

多个第一楔块，呈长条形，位于所述第一圆锥通孔中，长度方向与所述第一圆锥通孔的轴线一致，截面从第一端至第二端逐渐增大，外表面呈圆锥面并紧贴所述第一圆锥通孔的内表面，内表面用于夹紧所述线圈夹具；

多个第二楔块，呈长条形，位于所述第二圆锥通孔中，长度方向与所述第二圆锥通孔的轴线一致，截面从第一端至第二端逐渐增大，外表面呈圆锥面并紧贴所述第二圆锥通孔的内表面，内表面用于夹紧所述减速器的输出轴。

7.根据权利要求6所述的旋进式自定心夹具，其特征在于，所述第一楔块、第二楔块的内表面为平面。

8.根据权利要求6所述的旋进式自定心夹具，其特征在于，所述第一楔块、第二楔块的第二端端面为平面。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的旋进式自定心夹具，其特征在于，所述自定心夹具还包括：过渡轴套，呈圆筒状，位于所述套筒内部，与所述长通孔同轴，且第一端位于所述第一圆锥通孔内，第二端位于所述第二圆锥通孔内；

以及，所述过渡轴套的第一端设有贯通的第一豁口，所述第一楔块沿着所述过渡轴套的径向可自由移动地设于所述第一豁口中；

所述过渡轴套的第二端设有贯通的第二豁口，所述第二楔块沿着所述过渡轴套的径向可自由移动地设于所述第二豁口中。

10.根据权利要求9所述的旋进式自定心夹具，其特征在于，所述过渡轴套的第一端端部外表面设有与所述第一圆锥通孔内表面吻合的圆锥面；

所述过渡轴套的第二端端部外表面设有与所述第二圆锥通孔内表面吻合的圆锥面。