CN103240364B - 数控绕线机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数控绕线机，包括：机架、X轴运动系统、Y轴运动系统、绕线针和金属线筒；X轴运动系统安装在机架上，Y轴运动系统与X轴运动系统连接，X轴运动系统驱动Y轴运动系统沿其轴向运动；绕线针与Y轴运动系统驱动连接，Y轴运动系统驱动绕线针沿其轴向运动；金属线筒安装在Y轴运动系统上，金属线筒上缠绕的金属线穿过绕线针上的穿线孔。金属线筒上的金属线由金属线筒上拉出后，穿过绕线针，并与待绕制的模架的固定点固定起来。绕制时，X轴运动系统和Y轴运动系统的运动复合后，带动与Y轴运动系统连接的绕线针按预定的轨道在某一平面内运动，从而将穿过其上的金属线绕到模加上，具有结构简单、成本低、效率高的特点。

Description

数控绕线机

技术领域

本发明涉及机械领域，特别是涉及一种数控绕线机。

背景技术

现有技木中对金属线的绕制，通常还采用人工的方式，具有效率低的缺点。因此，本领域急需一种可在平面内实现自动绕制金属线的绕线机。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、成本低、可在平面内绕制金属线的绕线机。

为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供了一种数控绕线机，包括：机架、X轴运动系统、Y轴运动系统、绕线针和金属线筒；X轴运动系统安装在机架上，Y轴运动系统与X轴运动系统连接，X轴运动系统驱动Y轴运动系统沿其轴向运动；绕线针与Y轴运动系统驱动连接，Y轴运动系统驱动绕线针沿其轴向运动；金属线筒安装在Y轴运动系统上，金属线筒上缠绕的金属线穿过绕线针上的穿线孔。

进一步地，Y轴运动系统包括：端部支撑导轨，设置在机架上；端部支撑导轨具有弧形的滑动面；Y轴滑块，活动地卡在端部支撑导轨上；丝杆螺母机构，一端与X轴运动系统的X轴滑块连接，另一端与Y轴滑块连接；摩擦块，设置在Y轴滑块的内侧，Y轴滑块通过摩擦块与滑动面滑动接触。

进一步地，Y轴运动系统还包括：连接块，与丝杆螺母机构的另一端连接；调节螺钉，与连接块螺纹连接，且调节螺钉的端部与摩擦块抵顶，以调节摩擦块与滑动面之间的摩擦。

进一步地，数控绕线机还包括：第一连接杆，第一端与Y轴运动系统的Y轴滑块连接；第二连接杆，经一端与第一连接杆的第二端长度可调节地连接；绕线针与第二连接杆的第二端连接。

进一步地，数控绕线机还包括：拉紧螺钉、空心筒和螺母；空心筒与第二连接杆连接，且水平地设置；拉紧螺钉穿设在空心筒内，且其突出于空心筒的端部安装有螺母；空心筒与拉紧螺钉的径向均开设有通孔，绕线针穿过两个通孔。

进一步地，数控绕线机还包括安装在Y轴运动系统的Y轴滑块上的张紧机构，张紧机构包括：基座，与Y轴滑块连接；张紧臂，一端与基座连接，另一端用于绕过金属线。

进一步地，张紧机构还包括设置在基座上的一个或多个绕线轮，金属线由金属线筒依次绕过绕线轮、张紧臂的另一端后穿过绕线针。

进一步地，数控绕线机还包括：线筒安装座，与Y轴运动系统的Y轴滑块连接；轴，轴的两端通过顶尖与线筒安装座连接；金属线筒安装在轴上。

进一步地，轴包括：实心轴，实心轴的两端通过顶尖与线筒安装座连接；空心轴，空心轴套在实心轴上，且实心轴与实心轴的端部通过轴承连接；金属线筒安装在空心轴上。

进一步地，数控绕线机还包括用于调节Y轴运动系统刚度的刚度调节机构，刚度调节机构包括：连接板，与机架连接；可调节拉线装置，一端与连接板连接，另一端与Y轴运动系统连接。

金属线筒上的金属线由金属线筒上拉出后，穿过绕线针，并与待绕制的模架的固定点固定起来。绕制时，X轴运动系统和Y轴运动系统的运动复合后，带动与Y轴运动系统连接的绕线针按预定的轨道在某一平面内运动，从而将穿过其上的金属线绕到模加上，实现了对金属线的全自动绕制，具有结构简单、成本低、效率高的特点。

附图说明

图1示意性示出了本发明的主视图；

图2示意性示出了图1的俯视图；

图3示意性示出了图1的右视图；

图4示意性示出了图3的局部放大图；

图5示意性示出了本发明的局部放大图；

图6示意性示出了图5中的A-A向视图；

图7示意性示出了图5的I部放大图；

图8示意性示出了图5的II部放大图；

图9示意性示出了图5的III部放大图；以及

图10示意性示出了图1的IV部放大图。

图中附图标记：10、机架；20、X轴运动系统；21、X轴滑块；22、X轴伺服电机；23、电机安装座；24、联轴器；25、第一X轴轴承座；26、X轴丝杆；27、X轴螺母；28、X轴导轨；29、第二X轴轴承座；30、Y轴运动系统；31、端部支撑导轨；32、Y轴滑块；33、丝杆螺母机构；34、摩擦块；35、连接块；40、绕线针；41、穿线孔；50、金属线筒；51、金属线；61、第一连接杆；62、第二连接杆；63、拉紧螺钉；64、空心筒；65、螺母；66、调节螺钉；70、张紧机构；71、基座；72、张紧臂；73、绕线轮；81、线筒安装座；83、顶尖；84、实心轴；85、空心轴；86、轴承；90、刚度调节机构；91、连接板；92、可调节拉线装置；93、丝杆；94、轴承座；97、伺服电机；98、螺母。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明可用于实现在平面上自动绕制金属线，其利用数控方式控制X轴和Y轴的伺服电动机按照一定的速度转动，从而带动对应的滚珠丝杆转动，通过丝杆与螺母的配合实现直线运动的转换，带动绕线针40按照指定的位置坐标运动，以实现金属线的自动绕制，提高生产效率。本发明的绕线幅面可以达到2800mmx1800mm，在一个实施例中，设备尺寸为3300mmx2300mmx1700mm。

请参考图1至图3所示，本发明中的数控绕线机，包括：机架10、X轴运动系统20、Y轴运动系统30、绕线针40和金属线筒50；X轴运动系统20安装在机架10上，Y轴运动系统30与X轴运动系统20连接，X轴运动系统20驱动Y轴运动系统30沿其轴向运动；绕线针40与Y轴运动系统30驱动连接，Y轴运动系统30驱动绕线针40沿其轴向运动；金属线筒50安装在Y轴运动系统30上，金属线筒50上缠绕的金属线51穿过绕线针40上的穿线孔41。

请参考图1至图3，金属线筒50上的金属线由金属线筒50上拉出后，穿过绕线针40，并与待绕制的模架的固定点固定起来。绕制时，X轴运动系统20和Y轴运动系统30的运动复合后，带动与Y轴运动系统30连接的绕线针40按预定的轨道在某一平面内运动，从而将穿过其上的金属线51绕到模加上，实现了对金属线的全自动绕制，具有结构简单、成本低、效率高的特点。

请参考图1，优选地，X轴运动系统20包括X轴滑块21、X轴伺服电机22、电机安装座23、联轴器24、第一X轴轴承座25、X轴丝杆26、X轴螺母27、X轴导轨28和第二X轴轴承座29，其中，X轴伺服电机22安装在电机安装座23上，X轴丝杆26的一端通过联轴器24与X轴伺服电机22的输出端连接。X轴丝杆26的两端分别与第一X轴轴承座25和第二X轴轴承座29可枢转地连接，在X轴丝杆26上安装有X轴螺母27，其与X轴滑块21连接，进一步地，X轴滑块21与Y轴运动系统30连接。此外，X轴滑块21还与X轴导轨28滑动连接。这样，当X轴伺服电机22驱动X轴丝杆26转动时，就会驱动X轴螺母27及与X轴螺母27连接的X轴滑块21沿X轴丝杆26的轴向运动，从而带动Y轴运动系统30作相应的运动。显然，X轴运动系统20并不限于上述实施例中的具体结构形式，可采用本领域常见的其它结构。

特别地，请参考图1和图10，X轴滑块21上安装有Y轴连接座21a和Y轴支撑板21b，Y轴支撑板21b上设置有与Y轴运动系统30连接的安装孔，Y轴连接座21a的一端与Y轴支撑板21b的端部垂直连接，Y轴连接座21a的下端与X轴滑块21连接。

优选地，请参考图2至图4，Y轴运动系统30包括：端部支撑导轨31，设置在机架10上；端部支撑导轨31具有弧形的滑动面；Y轴滑块32，活动地卡在端部支撑导轨31上；丝杆螺母机构33，一端与X轴运动系统20的X轴滑块21连接，另一端与Y轴滑块32连接；摩擦块34，设置在Y轴滑块32的内侧，Y轴滑块32通过摩擦块34与滑动面滑动接触。优选地，端部支撑导轨31具有圆形的截面。当X轴滑块21运动时，Y轴滑块32沿端部支撑导轨31运动。特别地，采用圆导轨可减小摩擦保证Y轴上的组件作直线运动。

请参考图2至图4，在一个优选的实施例中，丝杆螺母机构33包括丝杆93和螺母98，螺母98安装在丝杆93上，当Y轴运动系统30的伺服电机97通过联轴器96带动丝杆93运动时，由于螺母98与导轨38滑动配合，从而使得螺母98沿导轨的延伸方向进行运动，以带动与螺母98连接的绕线针40进行运动。优选地，伺服电机97通过电机安装架96安装在X轴滑块21上。丝杆93的两端分别安装在一个轴承座37和另一个轴承座94上。特别地，轴承座37与Y轴滑块32连接。

优选地，请参考图3和图4，Y轴运动系统30还包括：连接块35，与丝杆螺母机构33的另一端连接；调节螺钉36，与连接块35螺纹连接，且调节螺钉36的端部与摩擦块34抵顶，以调节摩擦块34与滑动面之间的摩擦。请参考图8，通过调节螺钉36可以调节摩擦块34与滑动面之间的摩擦力大小。进一步地，可在Y轴滑块32内安装滚珠，以减小与导轨之间的摩擦系数，但由于系统的摩擦系数小，阻尼小，大尺寸横梁振动大，所以采用阻尼增大装置(调节螺钉36)，调节Y轴的轴线方向的压紧力，来调节沿X方向的阻尼，以减小振动。

优选地，摩擦块34可采用合金制成，合金半圆块采用耐磨材料和动静摩擦系数差别较小的材料，当用调节螺钉36压紧合金半圆块时，阻力增加，压力减小时，阻力减小，实现振动调节。

采用上述阻尼增大结构，当扭紧调节螺钉36时，增大摩擦块34对圆导轨的压紧力，从而增大Y轴远端沿X轴方向的阻力；当扭松调节螺钉36时，则碱小Y轴远端沿X轴方向的阻力。安装时，根据情况调节调节螺钉36，以减小振动。

优选地，请参考图3和图5，数控绕线机还包括：第一连接杆61，第一端与Y轴运动系统30的Y轴滑块32连接；第二连接杆62，经一端与第一连接杆61的第二端长度可调节地连接；绕线针40与第二连接杆62的第二端连接。请参考图7，第二连接杆62的上端插入第一连接杆61的下端内部，在第一连接杆61的侧壁上安装有调节螺钉66，其端部与第二连接杆62的表面抵接。这样，当调节螺钉66拧紧后，第二连接杆62就被固定起来。松开调节螺钉66，可以调节第二连接杆62相对于第一连接杆61的位置，即可实现对绕线针40的高度的调节。优选地，第一连接杆61和第二连接杆62可采用尼龙制成。

优选地，请参考图9，数控绕线机还包括：拉紧螺钉63、空心筒64和螺母65；空心筒64与第二连接杆62连接，且水平地设置；拉紧螺钉63穿设在空心筒64内，且其突出于空心筒64的端部安装有螺母65；空心筒64与拉紧螺钉63的径向均开设有通孔，绕线针40穿过两个通孔。拧动螺母65可以使拉紧螺钉63与空心筒64错开，从而使绕线针40可靠地夹持在这两个径向的通孔内，实现对绕线针40的固定。优选地，空心筒64和绕线针40可采用尼龙等材料制成，以防止对金属钱51造成磨损而断裂。

优选地，请参考图5，数控绕线机还包括安装在Y轴运动系统30的Y轴滑块32上的张紧机构70，张紧机构70包括：基座71，与Y轴滑块32连接；张紧臂72，一端与基座71连接，另一端用于绕过金属线51。优选地，张紧机构70还包括设置在基座71上的一个或多个绕线轮73，金属线51由金属线筒50依次绕过绕线轮73、张紧臂72的另一端后穿过绕线针40。张紧机构70可保证引出的金属线具有一定的张紧力。

优选地，请参考图6，数控绕线机还包括：线筒安装座81，与Y轴运动系统30的Y轴滑块32连接；轴，该轴的两端通过顶尖83与线筒安装座81连接；金属线筒50安装在轴上。采用顶尖83，可保证金属线51能够在高速引线情况下自由出线，减小阻力，避免把金属线51崩断。

优选地，在一个优选的实施例中，轴包括：实心轴84，实心轴84的两端通过顶尖83与线筒安装座81连接；空心轴85，空心轴85套在实心轴84上，且实心轴84与实心轴84的端部通过轴承86连接；金属线筒50安装在空心轴85上。轴承86可减小实心轴84与空心轴85之间的摩擦阻力，这样，当金属线51被拉动时，金属线筒50自动绕着顶尖83转动。利用两个顶尖83顶紧轴，在金属线筒40安装实心轴84与空心轴85之间采用滚动轴承支承，减小了摩擦力，高速情况下，也能满足要求。

优选地，由于本发明的绕线过程力量较小，但设备尺寸较大，所以采用了铝合金型材搭接龙门式框架结构，型材用专用角铁连接块连接，搭接结构包括工作台面、X轴组件安装底座、Y轴组件安装底座等，具有设备重量轻、拆卸和搬运容易、设备制造周期短的特点。

优选地，数控绕线机还包括用于调节Y轴运动系统30刚度的刚度调节机构90，刚度调节机构90包括：连接板91，与机架10连接；可调节拉线装置92，一端与连接板91连接，另一端与Y轴运动系统30连接。由于Y轴尺寸长，为了减轻重量，所选择的铝合金型材刚度不足，则采用钢丝拉紧，以增大Y轴刚度，以解决大尺寸机械结构在运动过程的振动问题。采用钢丝绳拉紧的结构，将钢丝绳连接板固定到X轴的滑台上，随着X轴的移动而移动，在连接板的两端开槽，将可调钢丝绳的挂钩，钩到连接板上，钢丝绳的另一端与Y轴远端连接。当扭紧可调节拉线装置92的螺杆时，可以拉紧钢丝绳，从而调节Y轴刚度，减小Y轴的振动。

下面介绍本发明的使用过程。

将金属线筒50安装到空心轴85上，并用顶尖83顶紧，然后将金属线筒50的金属线51引出，再绕过张紧机构70上的绕线轮73和张紧臂72的末端，然后向下从绕线针40的穿线孔41内穿出。当要绕线时，将金属线51引出到模架(未示出)的固定点固定起来，绕线针40在X轴、Y轴运动系统的驱动下，在平面内沿X轴和Y轴方向运动，实现平面内的绕线，绕线针40的高度，由调节螺钉66调整。

特别地，在一个实施例中，X轴的运动由伺服系统驱动X轴伺服电机转动完成，在一个实施例中，可采用开放式数控系统，由计算机计算并发送一定频率和数量的脉冲控制驱动器，驱动伺服电机转动，经过丝杠螺母副，转换成直线运动，使得横梁上的各个组件沿X轴方向运动，也同时带动绕线针上的金属线沿X轴运动。类似地，Y轴运动系统也可采用同样的方式驱动。

采用尼龙或塑料材料制成的部件，可避免金属线表面的保护层在经过相应的部件时被划伤。

本发明可用于实现在指定平面上快速实现金属线的自动放线和绕制，绕线最快速度可以达到0.3m/s，绕线范围为2800X1800。在绕线过程中，即可保证放线流畅，又可防止金属线被崩断，且可防止刮掉金属线上的保护层。金属线筒安装在Y轴上并随着Y轴运动而运动，从而可避免引出线筒的多余金属线的缠绕。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种数控绕线机，其特征在于，包括：机架(10)、X轴运动系统(20)、Y轴运动系统(30)、绕线针(40)和金属线筒(50)；

所述X轴运动系统(20)安装在所述机架(10)上，所述Y轴运动系统(30)与所述X轴运动系统(20)连接，所述X轴运动系统(20)驱动所述Y轴运动系统(30)沿其轴向运动；

所述绕线针(40)与所述Y轴运动系统(30)驱动连接，所述Y轴运动系统(30)驱动所述绕线针(40)沿其轴向运动；

所述金属线筒(50)安装在所述Y轴运动系统(30)上，所述金属线筒(50)上缠绕的金属线(51)穿过所述绕线针(40)上的穿线孔(41)；

所述Y轴运动系统(30)包括：端部支撑导轨(31)，设置在所述机架(10)上；所述端部支撑导轨(31)具有弧形的滑动面；Y轴滑块(32)，活动地卡在所述端部支撑导轨(31)上；丝杆螺母机构(33)，一端与所述X轴运动系统(20)的X轴滑块(21)连接，另一端与所述Y轴滑块(32)连接；摩擦块(34)，设置在所述Y轴滑块(32)的内侧，所述Y轴滑块(32)通过所述摩擦块(34)与所述滑动面滑动接触。

2.根据权利要求1所述的数控绕线机，其特征在于，所述Y轴运动系统(30)还包括：

连接块(35)，与所述丝杆螺母机构(33)的所述另一端连接；

调节螺钉(36)，与所述连接块(35)螺纹连接，且所述调节螺钉(36)的端部与所述摩擦块(34)抵顶，以调节所述摩擦块(34)与所述滑动面之间的摩擦。

3.根据权利要求1所述的数控绕线机，其特征在于，所述数控绕线机还包括：

第一连接杆(61)，第一端与所述Y轴运动系统(30)的Y轴滑块(32)连接；

第二连接杆(62)，经一端与所述第一连接杆(61)的第二端长度可调节地连接；

所述绕线针(40)与所述第二连接杆(62)的第二端连接。

4.根据权利要求3所述的数控绕线机，其特征在于，所述数控绕线机还包括：拉紧螺钉(63)、空心筒(64)和螺母(65)；

所述空心筒(64)与所述第二连接杆(62)连接，且水平地设置；

所述拉紧螺钉(63)穿设在所述空心筒(64)内，且其突出于所述空心筒(64)的端部安装有所述螺母(65)；

所述空心筒(64)与所述拉紧螺钉(63)的径向均开设有通孔，所述绕线针(40)穿过所述两个通孔。

5.根据权利要求1所述的数控绕线机，其特征在于，所述数控绕线机还包括安装在所述Y轴运动系统(30)的Y轴滑块(32)上的张紧机构(70)，所述张紧机构(70)包括：

基座(71)，与所述Y轴滑块(32)连接；

张紧臂(72)，一端与所述基座(71)连接，另一端用于绕过所述金属线(51)。

6.根据权利要求5所述的数控绕线机，其特征在于，所述张紧机构(70)还包括设置在所述基座(71)上的一个或多个绕线轮(73)，所述金属线(51)由所述金属线筒(50)依次绕过所述绕线轮(73)、所述张紧臂(72)的所述另一端后穿过所述绕线针(40)。

7.根据权利要求1所述的数控绕线机，其特征在于，所述数控绕线机还包括：

线筒安装座(81)，与所述Y轴运动系统(30)的Y轴滑块(32)连接；

轴，所述轴的两端通过顶尖(83)与所述线筒安装座(81)连接；所述金属线筒(50)安装在所述轴上。

8.根据权利要求7所述的数控绕线机，其特征在于，所述轴包括：

实心轴(84)，所述实心轴(84)的两端通过所述顶尖(83)与所述线筒安装座(81)连接；

空心轴(85)，所述空心轴(85)套在所述实心轴(84)上，且所述实心轴(84)与所述实心轴(84)的端部通过轴承连接；所述金属线筒(50)安装在空心轴(85)上。

9.根据权利要求1所述的数控绕线机，其特征在于，所述数控绕线机还包括用于调节所述Y轴运动系统(30)刚度的刚度调节机构(90)，所述刚度调节机构(90)包括：

连接板(91)，与所述机架(10)连接；

可调节拉线装置(92)，一端与所述连接板(91)连接，另一端与所述Y轴运动系统(30)连接。