CN102950225B - 一种发热丝自动绕制成型机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发热丝自动绕制成型机，它主要用于热保护器发热元件的绕制和成型。本发明包括机架、电器控制部分、气路控制部分和机械执行部分，其特征在于：所述的电器控制部分中设置有伺服控制系统；气路控制部分包括相互对应且匹配的电磁阀和汽缸，电磁阀的气路输出端连接汽缸的气路输入端；机械执行部分包括依次分布的发热丝输送区、发热丝绕制区、绕制品输送区和绕制品通电成型区。本发明结构设计紧凑，自动化程度和生产效率高，产品的一致性较好，产品质量更能保证，适应性更强，功能更齐全，性能更可靠，且使用寿命高，能适合全自动化生产线的配套。

Description

一种发热丝自动绕制成型机

技术领域

本发明涉及一种机械设备，特别是一种发热丝自动绕制成型机，它主要用于热保护器中发热丝的绕制和成型。

背景技术

目前的发热丝绕制是靠绕簧机半自动绕制的，但绕簧机存在着噪音大，影响生产车间环境的缺陷；同时还存在下列缺点：1、绕制后的发热丝下料后缠绕在一起，分拣十分困难，效率低，不利于自动化生产；2、发热丝成型是靠人工用尖嘴钳夹制成型，成型工艺落后，且发热丝容易产生伤痕，最终影响发热丝的使用寿命。以上发热丝绕制的生产效率为每人每天生产3000只左右，且其使用寿命只有15000次。

在国内还没有结构设计合理的发热丝自动绕制成型机，而在国外其发热丝自动绕制成型机的结构又不太适合中国使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中所存在的上述不足，而提供一种生产效率较高、自动化程度高、产品质量更能保证、功能更齐全、性能更可靠的发热丝自动绕制成型机。 

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该发热丝自动绕制成型机包括机架、电器控制部分、气路控制部分、机械执行部分，其特征在于：

所述的电器控制部分中设置有伺服控制系统，该伺服控制系统包括第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、第三伺服驱动器、第四伺服驱动器和第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第四伺服电机；第一伺服电机与绕制轴连接，第二伺服电机、第三伺服电机和第四伺服电机分别与丝杠连接，带动机械执行部分动作；使该伺服控制系统能根据电器控制部分设计的要求控制伺服电机的启动、停止、运转速度和运转方向。

所述的气路控制部分包括相互对应且匹配的电磁阀和汽缸，电磁阀的气路输出端连接汽缸的气路输入端；使该气路控制部分能接受电器控制部分的控制，经过电-气-机械控制的转换，控制机械执行部分动作。

所述的机械执行部分包括依次分布的发热丝输送区、发热丝绕制区、绕制品输送区和绕制品通电成型区；其中的发热丝输送区中设置有输送电机、涨紧装置、检测开关、发热丝和发热丝输送架，发热丝输送架固定在输送电机上，涨紧装置悬挂在发热丝上，发热丝安装在发热丝输送架上，检测开关安装在所述的机架内部；发热丝绕制区分为送料区、绕制区和切断打弯区，绕制区位于送料区和切断打弯区之间；绕制品输送区通过机械手将绕制品输送至绕制品通电成型区，而绕制品通电成型区则通过双工位通电成型。使该机械执行部分能按设计要求完成各个机械动作。

本发明所述的气路控制部分包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀和第一汽缸、第二汽缸、第三汽缸、第四汽缸、第五汽缸；第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀的电磁线圈分别连接在电器控制部分的可编程控制系统输出端。使该气路控制部分能接受电器控制部分的可编程控制系统的控制，经过电-气-机械控制的转换，控制机械执行部分动作。

本发明所述的发热丝绕制区中的送料区包括压紧机构，绕制区包括绕制轴、卡子和芯棒，切断打弯区包括下模和上模；压紧机构安装在送料区上；绕制轴固定在第一伺服电机的轴上，卡子和芯棒安装在绕制轴上；下模、上模安装在切断打弯区上。使该发热丝绕制区能完成从发热丝线料至绕制品的制作过程。

本发明所述的绕制品输送区包括机械手、丝杠、绕制品、绕制品前脚、绕制品后脚和移动块；机械手安装在第三汽缸上，控制机械手的升降动作；第三汽缸固定在移动块上，移动块由两只成直角的丝杠的转动来带动，两只丝杠分别连接在第三伺服电机和第四伺服电机的转轴上。使该绕制品输送区能完成绕制品从发热丝绕制区至绕制品通电成型区的输送过程。

本发明所述的绕制品通电成型区包括成型装置、陶瓷棒、通电电极、滑块、卸料机构和通电装置；卸料机构连接在第五汽缸上，由第五汽缸带动，陶瓷棒固定在成型装置上；整个成型装置连接在第四汽缸上，由第四汽缸带动；通电装置由滑块和通电电极组成，滑块和通电电极安装在通电装置上，滑块位于通电电极的两侧。使该绕制品通电成型区能完成将绕制品形成一定形状的加工过程。

本发明所述的第一伺服电机与绕制轴连接，带动绕制轴做转绕运动；第二伺服电机与丝杠连接，带动绕制轴做轴向直线移动；第三伺服电机和第四伺服电机分别与丝杠连接，带动机械手做横向和纵向移动。使第一伺服电机和第二伺服电机能起到发热丝绕制作用，使第三伺服电机和第四伺服电机能起到绕制品输送作用。

本发明把发热丝自动绕线和通电整型整合在同一台设备上生产，首先对发热丝线材按规定的芯径、绕制圈数、长度等要求进行绕制，绕制完成的半成品通过机械手输送到成型工位，在成型工位上对绕制半成品完成所要求的形状，然后按设定的电流、时间对绕制半成品进行通电成型，绕制成型的发热丝装入发热丝周转盘中，为下工序的发热丝焊接提供合格品。据初步测算，每台发热丝自动绕制成型机4秒钟生产一个发热丝，一天8小时一台机器可生产7000只；二个操作工可以看管10台机器，一天可以生产70000只；大大提高了工效，节省了人工，质量也可较大幅度提高。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：结构设计紧凑，自动化程度和生产效率高，产品的一致性较好，产品质量更能保证，适应性更强，功能更齐全，性能更可靠，且使用寿命高，能适合全自动化生产线的配套。

据统计，本发明的生产效率为每台机器每天生产7000只左右，只需员工2人，且其使用寿命达到20000次。 

附图说明

图1为本发明整机主视及气路控制部分的立体结构示意图。

图2为本发明整机的后视立体结构示意图。

图3为本发明电器控制部分的立体结构示意图。

图4为本发明机械执行部分的正面立体结构示意图。

图5为本发明去掉发热丝输送区的机械执行部分的立体结构示意图。

图6为图5的另一面的立体结构示意图。

图7为本发明发热丝绕制区的立体结构示意图。

图8为图7的另一面的立体结构示意图。

图9为本发明绕制品输送区的立体结构示意图。

图10为本发明绕制品通电成型区的立体结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。        

参见图1-图10，本发明由机架1、电器控制部分2、气路控制部分3、机械执行部分4组成。机架1主要用于安装电器控制部分2、气路控制部分3、机械执行部分4的各个器件；电器控制部分2安装在机架1的相应区域内，并与气路控制部分3连接；气路控制部分3安装在机架1内部和机械执行部分4连接，机械执行部分4安装在机架1的工作台面1-1上。即电器控制部分2的电控输出端连接气路控制部分3的电控输入端，在气路控制部分3完成电-气-机械控制的转换，由机械控制输出带动机械执行部分4动作。

本发明的机架1主要用于安装电器控制部分2、气路控制部分3和机械执行部分4的各个器件；机架1的结构和形状可根据需要设计。

本发明的电器控制部分2包括可编程控制系统2-1、伺服控制系统2-2、可调节通电成型电源系统2-3以及电器操控系统2-4。可编程控制系统2-1的输出端连接伺服控制系统2-2输入端，电器操控系统2-4连接可编程控制系统2-1的输入端，可调节通电成型电源系统2-3电源输出端连接在绕制品通电成型区4-4的两个通电电极4-42上。

可编程控制系统2-1的作用是根据连接在其输入端信号变化情况和电器操控系统2-4设置的操控要求，通过内部程序运算，来控制其输出端的信号变化。

伺服控制系统2-2包括第一伺服驱动器2-21、第二伺服驱动器2-22、第三伺服驱动器2-23、第四伺服驱动器2-24和第一伺服电机2-25、第二伺服电机2-26、第三伺服电机2-27、第四伺服电机2-28。第一伺服驱动器2-21、第二伺服驱动器2-22、第三伺服驱动器2-23、第四伺服驱动器2-24通过连接线2-29与可编程控制系统2-1进行信号传输，第一伺服驱动器2-21的输出端连接第一伺服电机2-25，第二伺服驱动器2-22的输出端连接第二伺服电机2-26，第三伺服驱动器2-23的输出端连接第三伺服电机2-27，第四伺服驱动器2-24的输出端连接第四伺服电机2-28。第一伺服电机2-25与绕制轴4-21连接，带动绕制轴4-21做转绕运动；第二伺服电机2-26与丝杠4-32连接，带动绕制轴4-21做轴向直线移动；第三伺服电机2-27和第四伺服电机2-28分别与丝杠4-32连接，带动机械手4-31做横向和纵向移动。

可调节通电成型电源系统2-3主要提供可调节的恒流电源，电流调节范围为0-25A。

电器操控系统2-4主要由触摸屏2-41和若干电器开关2-42组成，触摸屏2-41通过数据线2-43和可编程控制系统2-1进行数据传输，在触摸屏2-41上面操控各种开关和设置各个数据都可以通过数据线2-43传输给可编程控制系统2-1；电器开关2-42和可编程控制系统2-1输入端连接。

本发明的气路控制部分3主要包括第一电磁阀3-1、第二电磁阀3-2、第三电磁阀3-3、第四电磁阀3-4、第五电磁阀3-5和第一汽缸3-6、第二汽缸3-7、第三汽缸3-8、第四汽缸3-9、第五汽缸3-10。第一电磁阀3-1、第二电磁阀3-2、第三电磁阀3-3、第四电磁阀3-4、第五电磁阀3-5的电磁线圈3-11连接在可编程控制系统2-1输出端。第一电磁阀3-1的气路输出端连接第一汽缸3-6的气路输入端；第二电磁阀3-2的气路输出端连接第二汽缸3-7气路输入端；第三电磁阀3-3的气路输出端连接第三汽缸3-8气路输入端；第四电磁阀3-4的气路输出端连接第四汽缸3-9气路输入端；第五电磁阀3-5的气路输出端连接第五汽缸3-10气路输入端。

本发明的机械执行部分4包括发热丝输送区4-1、发热丝绕制区4-2、绕制品输送区4-3、绕制品通电成型区4-4。发热丝输送区4-1将发热丝原材料4-14输送至发热丝绕制区4-2进行绕制，绕制品输送区4-3将发热丝绕制区4-2中的绕制品4-33输送到绕制品通电成型区4-4通电成型。

本发明的机械执行部分4还包括以下零件：输送电机4-11、涨紧装置4-12、检测开关4-13、发热丝原材料4-14、发热丝输送架4-15、绕制轴4-21、卡子4-22、压紧机构4-23、芯棒4-24、下模4-25、上模4-26、送料区4-27、绕制区4-28、切断打弯区4-29、机械手4-31、丝杠4-32、绕制品4-33、绕制品前脚4-34、绕制品后脚4-35、移动块4-36、成型装置4-40、陶瓷棒4-41、通电电极4-42、滑块4-43、卸料机构4-44、通电装置4-45。

本发明的发热丝输送区4-1中设置有输送电机4-11、涨紧装置4-12、检测开关4-13、发热丝原材料4-14和发热丝输送架4-15；发热丝输送架4-15固定在输送电机4-11的轴上，发热丝原材料4-14安装在发热丝输送架4-15上，涨紧装置4-12悬挂在发热丝原材料4-14，检测开关4-13安装在机架1内部，其检测信号连接在可编程控制系统2-1的输入端。其控制方法是检测开关4-13检测到悬挂在线材上的涨紧装置4-12信号，输送电机4-11带动的发热丝输送架4-15停止输送发热丝原材料4-14；反之，输送电机4-11带动发热丝输送架4-15输送发热丝原材料4-14。

本发明的发热丝绕制区4-2分为送料区4-27、绕制区4-28和切断打弯区4-29，绕制区4-28位于送料区4-27和切断打弯区4-29之间。送料区4-27包括压紧机构4-23；绕制区4-28包括绕制轴4-21、卡子4-22、芯棒4-24；切断打弯区4-29包括下模4-25、上模4-26。其安装方式为：第二汽缸3-7和压紧机构4-23安装在送料区4-27上；第一伺服电机2-25、第二伺服电机2-26、绕制轴4-21、卡子4-22、芯棒4-24、丝杠4-32和第一汽缸3-6安装在绕制区4-28上，其中绕制轴4-21固定在第一伺服电机2-25的轴上，丝杠4-32固定在第二伺服电机2-26的轴上，卡子4-22和芯棒4-24安装在绕制轴4-21上；下模4-25、上模4-26安装在切断打弯区4-29上。其动作过程为：先进行送料区4-27的的动作：第一汽缸3-6动作顶开绕制轴4-21上的卡子4-22，第二汽缸3-7带动压紧机构4-23将发热丝原材料4-14送进卡子4-22内，第一汽缸3-6退回，卡子4-22闭合将发热丝原材料4-14卡住，压紧机构4-23放松，输送动作退回。再进行绕制区4-28的动作：第一伺服电机2-25运转带动绕制轴4-21转动缠绕，同时第二伺服电机2-26带动丝杠4-32使绕制轴4-21做轴向直线移动，卡住的发热丝原材料4-14缠绕在绕制轴4-21的芯棒4-24上；绕制的速度和直线移动的距离可通过触摸屏2-41进行设置，直线移动距离决定绕制品的长度和节距；绕制完成后，压紧机构4-23压紧发热丝原材料4-14。最后进行切断打弯区4-29的动作：下模4-25往上动作，然后上模4-26下压，完成绕制品后脚4-35切断打弯动作。

本发明的绕制品输送区4-3包括机械手4-31、丝杠4-32、绕制品4-33、绕制品前脚4-34、绕制品后脚4-35、移动块4-36。机械手4-31安装在第三汽缸3-8上，控制机械手4-31的升降动作；第三汽缸3-8固定在移动块4-36上，移动块4-36由两只成直角的丝杠4-32的转动来带动，两只丝杠4-32分别连接在第三伺服电机2-27和第四伺服电机2-28的转轴上，第三伺服电机2-27和第四伺服电机2-28的转动量和转动方向决定机械手4-31移动位置；其转动量和转动方向取决于触摸屏2-41上设置的定位参数。绕制品输送区4-3的动作过程分四步。第一步：机械手4-31移动至绕制区4-28的规定位置，到位后下降并夹住绕制品4-33；第二步：顶开卡住绕制品前脚4-34的卡子4-22，第二伺服电机2-26动作带动芯棒4-24抽出；第三步：机械手4-31先执行平移-上升-移动动作至通电成型区4-4上方，再执行下降-平移-张开将绕制品4-33放置在通电成型区4-4的规定位置；第四步：机械手4-31上升到位后复位至原始位置，等待下一个输送周期。

本发明的绕制品通电成型区4-4采用双工位，包括成型装置4-40、陶瓷棒4-41、通电电极4-42、滑块4-43、卸料机构4-44和通电装置4-45。其中第五汽缸3-10、陶瓷棒4-41、卸料机构4-44组成可移动的成型装置4-40，卸料机构4-44连接在第五汽缸3-10的轴上，由第五汽缸3-10带动，陶瓷棒4-41固定在成型装置4-40上；整个成型装置4-40连接在第四汽缸3-9的轴上，由第四汽缸3-9带动；由滑块4-43和通电电极4-42组成通电装置4-45，滑块4-43和通电电极4-42安装在通电装置4-45上，滑块4-43位于通电电极4-42的两侧。其动作过程为：将绕制品4-33输送到规定位置后，第四汽缸3-9动作带动陶瓷棒4-41前进使绕制品4-33成型，然后通电电极4-42上升，两边的滑块4-43将绕制品4-33两头合拢，并使绕制品4-33两引出端压在两个通电电极4-42上，然后向绕制品4-33施加一整型电流以通电成型，通电成型完成后，滑块4-43自动放开，通电电极4-42下降，陶瓷棒4-41退回，然后把通电后的成型绕制品4-45通过第五汽缸3-10推动卸料机构4-44卸料。

本发明适用的发热丝绕制参数范围如下：发热丝原材料4-14材料为镍铬丝、铁铬丝或其它发热合金丝材，发热丝原材料4-14直径最小为0.20mm、最大为0.80mm，芯棒4-24直径最小为1.0mm、最大为2.0mm，绕制匝数最少为5圈、最多为50圈，绕制长度最小为24mm、最大为26mm。一般情况下，发热丝原材料4-14直径和绕制匝数成反比，由于绕制长度是固定的，因此发热丝原材料4-14直径越小，则对应的绕制匝数越多；发热丝原材料4-14直径越大，则对应的绕制匝数越少。

下面通过一个具体绕制的实施例来加以说明。

本实施例中的发热丝原材料4-14为镍铬丝，材料直径为0.3mm，芯棒4-24直径为1.5mm，绕制匝数为40圈，则需按下列工作步骤进行：

1、在触摸屏2-41上设定绕制参数，如：绕制匝数为40，绕制长度25mm，绕制速度1000转/分。

2、在机械执行部分4内调换所需的型芯，其芯棒4-24直径为1.5mm；

3、在发热丝输送架4-15上安装发热丝原材料4-14，材料直径为0.3mm；

4、绕制前相关调节：

涨紧装置4-12：控制绕制时的涨紧力；通过调节悬挂在发热丝原材料4-14上的涨紧装置4-12的重量来调节。

送料机构4-20：调节第二汽缸3-7的行程，控制绕制品前脚4-34的长度。

5、发热丝原材料4-14的输送：第一汽缸3-6顶开绕制轴4-21上的卡子4-22，第二汽缸3-7带动压紧机构4-23将发热丝原材料4-14送进卡子4-22，第一汽缸3-6退回，卡子4-22闭合将发热丝原材料4-14卡住，压紧机构4-23放开后返回到原始位置。

6、发热丝原材料4-14的绕制：第一伺服电机2-25运转带动绕制轴4-21转绕，同时第二伺服电机2-26带动丝杠4-32使绕制轴4-21做轴向直线移动，卡住的发热丝原材料4-14缠绕在绕制轴4-21的芯棒4-24上，形成绕制品4-33，压紧机构4-23再压紧该绕制品4-33。

7、绕制品4-33的切断打弯: 下模4-25往上动作，然后上模4-26下压，完成绕制品后脚4-35的切断打弯动作。

8、绕制品4-33的取出：机械手4-31移至绕制品4-33上方后下降并夹住绕制品4-33；顶开绕制轴4-21上的卡子4-22，第二伺服电机2-26动作带动芯棒4-24抽出；机械手4-31先执行平移-上升-移动动作至通电成型区4-4上方，再执行下降-平移-张开将绕制品4-33放置在通电成型区4-4的规定位置；然后机械手4-31上升到位后复位至原始位置，等待下一个输送周期。

9、绕制品4-33的通电成型：第四汽缸3-9动作带动陶瓷棒4-41前进使绕制品4-33成型，然后通电电极4-42上升，两边的滑块4-43将绕制品4-33两头合拢，并使绕制品4-33两引出端压在两个通电电极4-42上，然后向绕制品4-33施加一整型电流以通电成型，通电成型完成后，滑块4-43自动放开，通电电极4-42下降，陶瓷棒4-41退回，然后把通电成型后的绕制品4-33通过第五汽缸3-10推动卸料机构4-44卸料。

本说明书中没有具体描述连接关系的技术均为现有技术或公知常识，本领域的技术人员通过以上实施例可以理解并实施本发明的技术方案。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明，而且本发明零部件所取的名称也可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。

Claims (6)

1.一种发热丝自动绕制成型机，包括机架、电器控制部分、气路控制部分、机械执行部分，其特征在于：

所述的电器控制部分中设置有伺服控制系统，该伺服控制系统包括第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、第三伺服驱动器、第四伺服驱动器和第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第四伺服电机；第一伺服电机与绕制轴连接，第二伺服电机、第三伺服电机和第四伺服电机分别与丝杠连接，带动机械执行部分动作；

所述的气路控制部分包括相互对应且匹配的电磁阀和汽缸，电磁阀的气路输出端连接汽缸的气路输入端；

所述的机械执行部分包括依次分布的发热丝输送区、发热丝绕制区、绕制品输送区和绕制品通电成型区；其中的发热丝输送区中设置有输送电机、涨紧装置、检测开关、发热丝和发热丝输送架，发热丝输送架固定在输送电机上，涨紧装置悬挂在发热丝上，发热丝安装在发热丝输送架上，检测开关安装在所述的机架内部；发热丝绕制区分为送料区、绕制区和切断打弯区，绕制区位于送料区和切断打弯区之间；绕制品输送区通过机械手将绕制品输送至绕制品通电成型区，而绕制品通电成型区则通过双工位通电成型。

2.根据权利要求1所述的发热丝自动绕制成型机，其特征在于：所述的气路控制部分包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀和第一汽缸、第二汽缸、第三汽缸、第四汽缸、第五汽缸；第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀的电磁线圈分别连接在电器控制部分的可编程控制系统输出端。

3.根据权利要求1或2所述的发热丝自动绕制成型机，其特征在于：所述的发热丝绕制区中的送料区包括压紧机构，绕制区包括绕制轴、卡子和芯棒，切断打弯区包括下模和上模；压紧机构安装在送料区上；绕制轴固定在第一伺服电机的轴上，卡子和芯棒安装在绕制轴上；下模、上模安装在切断打弯区上。

4.根据权利要求2所述的发热丝自动绕制成型机，其特征在于：所述的绕制品输送区包括机械手、丝杠、绕制品、绕制品前脚、绕制品后脚和移动块；机械手安装在第三汽缸上，控制机械手的升降动作；第三汽缸固定在移动块上，移动块由两只成直角的丝杠的转动来带动，两只丝杠分别连接在第三伺服电机和第四伺服电机的转轴上。

5.根据权利要求2所述的发热丝自动绕制成型机，其特征在于：所述的绕制品通电成型区包括成型装置、陶瓷棒、通电电极、滑块、卸料机构和通电装置；卸料机构连接在第五汽缸上，由第五汽缸带动，陶瓷棒固定在成型装置上；整个成型装置连接在第四汽缸上，由第四汽缸带动；通电装置由滑块和通电电极组成，滑块和通电电极安装在通电装置上，滑块位于通电电极的两侧。

6.根据权利要求1或2所述的发热丝自动绕制成型机，其特征在于：所述的第一伺服电机与绕制轴连接，带动绕制轴做转绕运动；第二伺服电机与丝杠连接，带动绕制轴做轴向直线移动；第三伺服电机和第四伺服电机分别与丝杠连接，带动机械手做横向和纵向移动。