一种用于放电线圈的自动缠绕机的制造方法与工艺

本发明涉及工艺装备结构设计与制造技术领域，具体地说，涉及一种用于放电线圈的自动缠绕机。

背景技术：
电磁成形设备包括电磁铆接设备、应力波安装设备和电磁成形机。电磁成形设备已在航空航天、家电制造领域广泛应用。放电线圈是电磁铆接成形设备的关键元器件。放电线圈绕制过程中关键技术之一是对铜带进给速度和绝缘布缠绕速度的控制。随着线圈外径的增大，其缠绕速度也需要相应的变化。发明专利200810232458.4公开了“一种电磁铆枪放电线圈制作方法”，该放电线圈制作方法属于手工绕制线圈范畴，通过电机带动缠绕模具转动，铜带以芯管为中心不断转动完成线圈缠绕。在缠绕前需要手工对铜带表面进行打磨、丙酮清洗以保证胶接强度，铜带一端与芯管焊接，另一端与沉头螺母焊接后方能进行绕制。该放电线圈制作方法虽然能完成放电线圈的制作，但不能精确控制线圈缠绕速度，而且劳动强度大，易受人为因素干扰；线圈的质量稳定性差、次品率高，难以保证线圈使用的高效率和长寿命。

技术实现要素：
为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种用于放电线圈的自动缠绕机，其将铜带进给瞬时速度同步反馈给缠绕盘伺服电机，控制玻璃纤维布均匀缠绕在铜带表面，提高了放电线圈缠绕质量，缩短线圈制造周期，有利于提高放电线圈使用寿命。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括驱动机构、夹紧机构、刮涂胶组件、转速控制机构、辅助单元、电磁离合器、计数传感器、限位开关,所述驱动机构包括三相电机、带传动机构、第一减速器，三相电机输出轴与联轴器固连，三相电机通过联轴器驱动带传动机构转动，带传动机构带动第一减速器运转；所述电磁离合器位于带传动机构与第一减速器之间，电磁离合器分别与带传动机构输出轴、第一减速器输入轴连接，当电磁离合器通电时，带传动机构输出轴与第一减速器输入轴吸合；当电磁离合器断电时，带传动机构输出轴与第一减速器输入轴分离，电磁离合器控制电压为24v；所述夹紧机构固定在支架上，所述铜带盘通过销轴安装在支架端部，铜带经由铜带盘穿过夹紧机构向前进给，随主轴同步转动；所述刮涂胶组件包括线圈绕制模具、浸胶槽、压辊、刮胶装置、模具加热器，所述模具加热器位于线圈绕制模具下方铜芯的側面，模具加热器对线圈绕制模具加热,保证铜带缠绕过程绝缘树脂胶始终处于活性温度下；所述浸胶槽位于铜芯与缠带盘之间，所述压辊为三根，压辊成下凸形等间距安装在浸胶槽上，铜带交叉绕过压辊通过浸胶槽；玻璃纤维布通过缠带盘绕制在铜带表面上，经压辊浸入到浸胶槽内完成涂胶；刮胶装置安装在支架上，用于刮除铜带与玻璃纤维布表面残余绝缘树脂胶；所述转速控制机构包括缠带盘、伺服电机、旋转变压器、第二减速器,第二减速器与第一减速器通过同步带轮连接，第二减速器与旋转变压器通过同步链轮连接，通过调节旋转变压器转角控制其输出电压，实现控制伺服电机的输入电流，伺服电机输出轴与缠带盘连接；所述辅助单元包括玻璃纤维布、打磨装置、清洗机构、加热器、铜芯，玻璃纤维布卷放置在缠带盘上，玻璃纤维布均匀缠绕在铜带表面；打磨装置固定在支架上，通过在滚轮上缠绕砂纸实现对铜带表面均匀打磨，以祛除铜带表面残留油污、铜屑及铜锈；清洗机构通过向铜带表面喷洒丙酮及对铜带表面擦拭清洗；加热器用于烘干铜带清洗后表面残留丙酮液体；铜芯位于主轴端部套装在线圈缠绕模具端面。所述计数传感器固定在支架上位于线圈绕制模具的侧面，计数传感器用于测量记录线圈缠绕圈数，并通过数码管实时显示。所述限位开关固定在支架上位于线圈绕制模具的侧面，限位开关用于控制线圈绕制外径,当限位开关被绕制线圈压下时电磁离合器断电，线圈绕制模具驱动主轴停止转动，线圈绕制完成。带传动机构、电磁离合器、第一减速器、线圈绕制模具与铜芯同轴安装。有益效果本发明提出的一种用于放电线圈的自动缠绕机，是用于航空、航天、汽车领域的电磁成形设备核心元器件放电线圈的缠绕装置，其能将铜带进给瞬时速度同步反馈给缠绕盘伺服电机，从而控制玻璃纤维布均匀缠绕在铜带表面，提高了放电线圈缠绕质量，为线圈的一致性提供了可靠保证。驱动机构为整个系统提供动力。夹紧机构保证铜带在缠绕过程中处于平直张紧状态，以利于铜带均匀进给，实现铜带缠绕完成后的紧密度。刮涂胶组件实现完成铜带与玻璃纤维布涂胶及刮除其表面残余绝缘树脂胶。转速控制机构保证铜带瞬时进给速度与玻璃纤维布缠绕的瞬时旋转速度相匹配，从而实现缠带盘转速同步调节。电磁离合器实现线圈绕制模具驱动主轴转停，防止电机转停惯性影响线圈缠绕效果。计数传感器和限位开关用于控制线圈缠绕圈数以及最终线圈绕制外径，从而满足线圈制作尺寸要求。辅助单元协助缠绕机其它组成机构部件完成线圈制作。本发明用于放电线圈的自动缠绕机可自动完成玻璃纤维布的缠绕、涂胶以及自动调节缠绕速度，在3分钟内完成线圈的高质量缠绕。为保证线圈两个接头连接质量，可一次成形线圈接头，不需要第二次焊接。本发明用于放电线圈的自动缠绕机，缩短了线圈制造周期，降低了劳动强度；同时保证线圈缠绕的一致性，有利于提高放电线圈使用寿命。附图说明下面结合附图和实施方式对本发明一种用于放电线圈的自动缠绕机作进一步详细说明。图1为本发明用于放电线圈的自动缠绕机示意图。图2为本发明的传动控制系统框图。图中:1.三相电机2.带传动机构3.电磁离合器4.第一减速器5.线圈绕制模具6.浸胶槽7.压辊8.玻璃纤维布9.夹紧机构10.加热器11.清洗机构12.打磨装置13.铜带盘14.缠带盘15.伺服电机16.旋转变压器17.第二减速器18.刮胶装置19.铜芯20.模具加热器21.计数传感器22.限位开关具体实施方式本实施例是一种用于放电线圈的自动缠绕机。参阅图1、图2，本实施例用于放电线圈的自动缠绕机由驱动机构、夹紧机构、刮涂胶组件、转速控制机构、辅助单元、电磁离合器、计数传感器、限位开关组成。驱动机构为整个系统提供动力。驱动机构包括三相电机1、带传动机构2、第一减速器4，三相电机1输出轴与联轴器固定连接，三相电机1通过联轴器驱动带传动机构2转动，带传动机构2带动第一减速器4运转。电磁离合器3安装在带传动机构2与第一减速器4之间，电磁离合器3分别与带传动机构2输出轴、第一减速器4输入轴连接；当电磁离合器3通电时，带传动机构2输出轴与第一减速器4输入轴吸合；当电磁离合器3断电时，带传动机构2输出轴与第一减速器4输入轴分离，电磁离合器3控制电压为24v。电磁离合器3控制线圈绕制模具驱动主轴转停，防止电机惯性影响线圈缠绕效果。夹紧机构9保证铜带在缠绕过程中处于平直张紧状态，以便于铜带均匀进给,夹紧机构9通过螺栓固定在支架上。铜带盘13通过销轴安装在支架端部，铜带经由铜带盘13穿过夹紧机构向前进给，随主轴同步转动。刮涂胶组件完成铜带和玻璃纤维布涂胶、刮胶。刮涂胶组件包括线圈绕制模具5、浸胶槽6、压辊7、刮胶装置18、模具加热器20；线圈缠绕模具5套在驱动主轴上，随主轴同步转动，线圈缠绕模具5外径决定铜芯19制作内径。模具加热器20安装在线圈绕制模具5下方铜芯19的側面，模具加热器20对线圈绕制模具5加热,保证铜带缠绕过程绝缘树脂胶始终处于最佳活性温度下；浸胶槽6安装在铜芯19与缠带盘14之间，压辊7由三根同样的圆柱辊组成，压辊7成下凸形等间距安装在浸胶槽6上，铜带先后交叉绕过三根压辊7，保证铜带能够通过浸胶槽6；玻璃纤维布8通过缠带盘14均匀绕制在铜带表面，经过压辊7浸入到浸胶槽6中完成涂胶；刮胶装置18通过螺栓安装在支架上，用于刮除铜带和玻璃纤维布8表面残余绝缘树脂胶。转速控制机构保证铜带瞬时进给速度与玻璃纤维布8缠绕的瞬时旋转速度相匹配，实现缠带盘14转速同步调节。转速控制机构包括缠带盘14、伺服电机15、旋转变压器16、第二减速器17；第二减速器17与第一减速器4通过同步带轮连接，第二减速器17与旋转变压器16通过同步链轮连接，通过调节旋转变压器16转角控制其输出电压，实现控制伺服电机15的输入电流，伺服电机15输出轴与缠带盘14连接，伺服电机15瞬时转速决定缠带盘14瞬时转速。计数传感器21、限位开关22用于控制线圈缠绕圈数以及最终线圈绕制外径，从而满足线圈制作尺寸要求。计数传感器21通过螺栓连接固定在支架上位于线圈绕制模具的侧面，根据其自身的非接触式测量原理记录当前线圈缠绕圈数，并通过数码管进行实时显示。限位开关22通过可调节螺栓固定在支架上位于线圈绕制模具的侧面，通过设置限位开关22位置可控制线圈最终绕制外径。当限位开关22被绕制线圈压下时电磁离合器3断电，线圈绕制模具5驱动主轴停止转动，线圈绕制完成。辅助单元协助其它组件完成线圈制作。辅助单元包括玻璃纤维布8、打磨装置12、清洗机构11、加热器10、铜芯19；璃纤维布卷放置在缠带盘上，玻璃纤维布均匀缠绕在铜带表面。打磨装置12固定在支架上，用于对铜带表面进行砂纸打磨，以祛除铜带表面残留油污、铜屑及铜锈。清洗机构11通过向铜带表面喷洒丙酮以除去铜带表面的油污、残余铜屑及铜锈；通过加热器10烘干铜带清洗后表面残留丙酮液体；铜芯19套在线圈缠绕模具5表面，铜芯19外径决定铜带初始缠绕速度，通过改变线圈缠绕模具铜芯19外径，调节线圈初始缠绕速度。组装时,带传动机构、电磁离合器、第一减速器、线圈绕制模具与铜芯同轴安装。本实施例工艺过程包括以下步骤:为保证线圈绕制时间在绝缘树脂活性期T内，缠绕机主轴转速需满足Ng＝W/T，其中W是线圈内缠绕铜带圈数。缠绕机主轴采用额定转速为Nn的三相电机驱动，中间连接减速比为d1的第一减速器，则主轴额定转速为Na。因在绕制拉力负载下，主轴实际转速Na′要小于Na。所以缠绕机设计时保证Na′大于Ng即满足绕制线圈时限需要。步骤一:预处理1.铜带的预处理:将加工完的铜带放置在13铜带盘上，通过在打磨装置12滚轮上缠绕砂纸对铜带进行打磨，磨平铜带边缘的毛刺，使铜带表面粗糙度控制在1.6之内。然后通过清洗机构11清洗铜带表面的油污、残余铜屑及铜锈。经过清洗后的铜带上沾有丙酮，通过加热器10烘干铜带清洗后表面残留丙酮液体。2.对线圈绕制模具5的预处理:为了防止缠绕过程中胶液粘在模具上，在缠绕模具5上涂抹黄油，由于绝缘树脂胶活性期较短，即胶液具有良好流动性的时间短暂，大约在2～3分钟后流动性大幅度的减弱，所以设置模具加热器20保证线圈绕制模具5的温度与绝缘树脂胶的工作温度相匹配。3.其它预处理:计数传感器21清零；手工将玻璃布从铜带根部开始缠铜带，直至玻璃布可以放置在缠带盘14上；将旋转变压器16的初始电压调到原点。步骤二:加拉压紧力为了防止铜带在缠绕过程中扭曲变形和紧密度，需要使用夹紧机构9对送进的铜带施加压紧力，从而使铜带螺旋缠绕处受到夹紧机构给予的摩擦力，该力有助于铜带运动过程保持平行度和铜带的密缠。步骤三:缠绕绝缘布带为保证线圈匝间具有较好的绝缘性能，将玻璃纤维布卷装在缠带盘14圆周上，之后按下启动按钮接通三相电机1，通过带传动机构2、第一减速器4驱动第二减速器17，第二减速器17通过同步链轮带动旋转变压器16。通过旋转变压器输出电压控制伺服电机15运转。随着线圈缠绕外径增大，旋转变压器16输出电压值随之增大，从而缠带盘14在伺服电机15的驱动下作加速旋转运动。将玻璃纤维布较均匀地缠绕在铜带上。同时在线圈安装夹紧机构9的带动下铜带向前做变速送进运动，将铜带送进到终点，即铜带从平直状态变为螺旋状态的转折处。步骤四:刮涂胶为提高绝缘性能防止线圈匝间击穿，在铜带被玻璃纤维布缠绕后，铜带和玻璃纤维布都需浸渗绝缘胶，可以提高绝缘性能，防止线圈匝间击穿。上胶时,涂胶者站立在图中D处，面向线圈绕制模具5，从D向前视线圈绕制模具时模具的旋转方向应为逆时针，即图中黑阴影区在线圈轴线平面的上方。铜带和玻璃纤维布通过压辊7进入浸胶槽6涂胶。上胶时，线圈需要用刷子紧贴铜带表面，保证绝缘胶均匀涂抹在铜带表面，缠绕半圈后涂胶的铜带已旋至线圈下方并和后半圈铜带接触，绝缘胶在缠紧力的作用下充斥于铜带匝间接触面。上胶完成后通过刮胶装置18使得铜带和玻璃纤维布上的胶流回浸胶槽6。步骤五:绕制缠绕工作开始前，根据线圈的技术标准要求，对计数器传感器21设置圈数，并通过调节限位开关22位置控制线圈的直径。而后开始绕制。用刷子蘸胶液涂覆于线圈最根部的铜带和玻璃纤维布上，开动三相电机1，铜带开始顺时针缠绕，将胶液倒在铜带的最外圈，并观察胶液在线圈和铜带上的流动以控制倒胶速度。铜带刚开始绕制时由于难于控制使其围绕着铜芯19转动，可使用手动缠绕铜带，保证线圈接头均匀紧凑的接触铜芯。另外，为保证线圈绕制时铜带上缠裹绝缘布均匀，必须保证铜带送进瞬时速度与绝缘布缠裹瞬时速度相匹配。由于线圈直径Dx从铜芯外径D0开始至外围内径D逐渐增大，所以对应铜带初始送进瞬时速度为V0，最大瞬时速度为V。为使宽度为b的绝缘带在铜带上均匀缠绕,重叠部分在1/2之内，缠带盘14采用伺服电机15驱动，其相应的开始转速为Ns0＝2V0π/b，最大速度为Ns＝2Vπ/b。因缠带盘14转速Nsx与伺服电机15输入电压Ux＝Nsx/K1+U0为线性关系，为使缠带盘14速度变化平稳须保证伺服电机15输入电压平缓，采用旋转变压器16调节，其电压Ux与旋转变压器16转角β的特性曲线方程为：Ux＝K2β。由此可得旋转变压器16调节缠带盘14转过角度α＝K2(Ns0-Ns)/K1。因绕制一个线圈主轴须转角度为φ，所以设计一组减速比为q＝φ/α的减速装置即可实现由绕制线圈主轴来控制缠裹绝缘带转速，以达到在逐渐加速送进的铜带上均匀地缠绕绝缘带的目的。当缠绕线圈直径差一圈接近预设置的计数传感器的值时，将线圈电极接头导出槽处于最高点，按下限位开关22，电磁离合器控制端断电，线圈缠绕模具停止转动。而后，剪开玻璃布缝合面，用专用工具进行铜带折边，并用锉刀修平，剪去多余铜带并记录下长度，对位钻孔，用三氯乙烯溶剂清洗，将折边处焊接，并螺接到尼龙座上，线圈绕制工作完成。实施例本实施例线圈外径取φ100mm，铜带厚度为0.5mm，长为6760mm，铜带上层叠缠绕宽35mm、厚0.2mm的玻璃纤维布，缠好的铜带厚度接近1mm。线圈外壳内径为φ90。铜芯直径取φ18，铜带可以缠绕41圈，缠绕时间3分钟。如图1所示，铜带一端焊好接头，另一端焊在铜芯上，然后经打磨、清洗、校正后盘成圆盘装在缠绕机上。将经过烘烤、清洗的玻璃纤维布缠好装在缠带盘14上，之后把铜芯装在缠绕机主轴上，将调好的胶倒入浸胶槽6中，使缠好玻璃纤维布的铜带能充分浸胶。开动三相电机1，在铜芯带动下铜带向前变速运动,同时缠带盘带动玻璃纤维布做圆周运动，使得玻璃纤维布按要求均匀缠绕在铜带上。线圈主轴转速须满足Ng＝13.7r/min；三相电机额定转速Nn＝750r/min，第一减速器减速比为1/50，实际主轴转速Na′＝14.5r/min。则铜带送进初速度V0＝820mm/min，末速度V＝4100mm/min，缠带盘转速初速度Ns0＝47π/min，末速度Ns＝234π/min。实测得K1＝8.67,U0＝21V,K2＝0.75,则旋转变压器调节缠带盘转过角度α＝29度，总减速比q＝509,所以采用两个减速比分别为q1＝87和q2＝5.85的减速器即能完成这一传动控制。按图2所示的传动控制框图计算出的缠带盘转动的始末速度差为：Ns-Ns0＝188.58r/min，根据缠带要求，缠带盘初速度为47π/min，此时将旋转变压器调到输出电压26V；按传动链标出的缠带盘末速度为Ns＝Ns0+188.58＝235.58π/min，符合均匀缠绕两层绝缘带要求。末速度时旋转变压器相应输出电压U＝48.17V。经实测证明，线圈绕制过程顺利，线圈质量良好。