定子线圈绝缘胶带缠绕包扎自动化方案书.docx

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定子线圈绝缘胶带缠绕包扎自动化方案书

定子线圈绝缘胶带缠绕包扎自动化

项目方案书

客户名称:

项目名称：

定子线圈绝缘胶带缠绕包扎自动化

编辑单位：

一项目背景

甲方定子线圈需要缠绕绝缘带，目前为人工使用缠绕机作业，效率低下。

甲方为了提高生产效率，与我方合作寻求机器人解决方案。

二现状调查

2.1人力及产量

目前，甲方定子线圈缠绕胶带生产工艺流程如下图1所示，拆分工序如图2所示。

图1子线圈缠绕胶带生产工艺流程

工序1人工包裹异形端部（10s）工序2人工安装绝缘带（30s）工序3取工件（10s）

工序4夹具松开，固定线圈（1s）工序5预缠绕胶带接头（29s）工序6缠绕线圈（13s）

工序7检查缠绕质量（7s）工序8切断绝缘带、贴断口（8s）工序9松夹具（1s）

工序10放置成品（10s）

图2现场工序

目前节拍：

上述工序3～9是缠绕线圈一半所耗时间，完成完整工件需要缠绕两边。

故完成整个工件所需时间:

T=t1+t2+（t3+t4+t5+t6+t7+t8+t9）×2+t10=30+30+（1+30+12+6+8+1）×2+10=188（s）

其中tn为各工序所用时间，即缠绕线圈平均188秒/个。

按1人/班，每天工作10小时，每月按28天，每月大约能完成5362个/人。

2.2来料状态

如图3所示，来料后，定子线圈有序排列并放置在工作桌上。

2.3尺寸规格

1.线圈质量：

4～6kg.

2.尺寸规格：

1016mm×207mm×23mm（L×W×H）.

2.4设备工装

如图4所示，采用半自动式缠绕机进行绝缘带包扎作业，1人操作。

图3放置状态图4工装图

2.5自动化改造需求

用机器人替代（或协助）人工进行包扎缠绕作业，技术要求如下:

1.单根绕，绕9扎。

2.缠绕胶带均匀，不起皱。

3.编排好工艺后，缠绕效果能满足匝间耐压试验要求。

三自动化方案

3.1自动化总体方案

如图5所示，为自动化总体方案的三维模型图。

取料机器人从来料车取工件放入三工位转台对应的取放料工位，线圈夹具组件固定线圈，转台旋转120°后进入缠绕工位，缠绕机器人依照特定轨迹缠绕线圈。

转台旋转120°后进入人工位，人工缠绕尾部异形部分并检查缠绕质量。

转台旋转120°后进入取放料工位，取放料机器人拾取缠绕良好的成品放入装件车。

整个流程循环往复进行，各工位有序工作，可有效保证缠绕质量。

本设计为初步方案，具体以详细设计为主。

3.2方案配合要求

上述方案的自动化方案需要配合以下要求：

a轴测图

b俯视图

图5方案模型图

1.物料车按设计制作：

线圈来料、成品放料需放置在本设计对应的来料车中，方便机器人

取、放料。

2.绝缘胶带盘增大：

目前，绝缘胶带相对较小，基本缠绕1个工件后即需要更换，费时费力。

本方案需要定制较大号绝缘胶带盘，在满足结构的要求下，减少更换次数、提高生产效率。

初步预计大号绝缘胶带盘可以完成5个成品。

3.3节拍效率

如图6所示，为缠绕自动化工序图，其中，红色填充表示需工人进行作业工序，绿色填充为自动化工序。

图6缠绕自动化工序图

现有胶带盘主要有四种，如下图7所示。

其中纺布式、油性纸式、塑胶式胶带宽度均为25mm,金箔纸式胶带宽度为20mm.

绕线机转速n（rpm/min），转动一圈360°时，机器人移动位移为H（1-C）mm，则两者关系为：

式中，H为胶带宽度（mm），C为缠绕时胶带的重叠率，v为机器人水平移动速度（mm/s），n为绕线机转速（rpm/min）。

a纺布式胶带b油性纸式胶带

c塑胶式胶带d金箔纸式胶带

图7四种胶带类型

定子线圈机器人缠绕单边尺寸图8所示，按现有半自动工装速度进行绕线时，缠绕所需时间大约为36s，假定新制作绝缘胶带盘可以装配5个工件，则单个工件所需时间为：

T=t1/5+t2+t3+t4+t5+t6+t7+t8+t9+t10=15/5+6+1+2+36+2+20+2+1+6=43+36=79（s）

按1人/班，每天工作10小时，每月按28天，每月大约能完成12,759个/人，效率约提高2.4倍。

图8线圈单边绕线尺寸图

为提高效率，则可以重点考虑缠绕环节，在满足缠绕质量的前提下，可适当提高机器人的移动速度，减少缠绕所需时间。

机器人的移动速度、绕线机转速与需求效率关系如表1所示。

表1机器人移动速度、绕线机转速与效率关系表

3.4整机参数

1.整体尺寸（L×W×H）：

3.3m×2.8m×2m.

2.整线功率：

5~10kw.

3.本设计均采用气缸进行相关夹紧、固定，需配备最大压力为0.7Ma气源。

工厂不具备气源条件时，相应的气缸采用电缸进行取代。

3.5重要部件设计

3.5.1物料车

物料车包括线圈来料车和缠绕成品装料车，主要用于定子线圈的存放。

如图9所示，分上下两层，每层数量12个。

卡槽间距均匀，工件可整齐排布、不重叠、不干涉，方便六轴机器人取件、放件。

图9来料车

3.5.2取放料机器人部件

如图10所示，为取料机器人部件，取料机器人为我司研制的10kg六轴机器人，臂展为1.35m.取料组件采用与线圈尺寸相配合的气动夹爪，与六轴机器人逻辑联动，完成取料、放料动作。

a取放料机器人部件总体三维图b取料组件

图10取放料机器人部件

3.5.3三工位转台部件

如图11所示，三工位转台部件包括转盘组件和线圈夹具组件。

转盘组件由伺服电机驱动，可精确控制转动120°。

线圈夹具组件由三组夹紧气缸组成，缠绕机器人工作时，夹紧气缸三始终夹紧，夹紧气缸一和夹紧气缸二适时开闭，确保每一时刻有线圈有两个点固定。

a三工位转台部件总体三维图b线圈夹具组件

图11三工位转台部件

3.5.4缠绕机器人部件

如图12所示，缠绕机器人取料机器人为我司研制的10kg六轴机器人，臂展为1.35m.

图12缠绕机器人部件图13手持式缠绕机部件

3.5.5人工缠绕异形工位

经缠绕的线圈进入人工位后，人工缠绕尾部异形部位后，检查缠绕质量。

在台面上可设置不合格品直通按钮，经人工检测质量不合格的产品，按下直通按钮后，人工取出不合格品，整个系统直接进入下一工件缠绕流程。

3.5.6手持式缠绕机部件

胶带悬挂部件如上图13所示，胶带固定在悬挂组件中，人工贴尾部异形位置胶带时，可随手拉取使用，使用完毕后，随手放回并恢复到初始状态。

四结论

4.1本方案特点

本方案具有以下特点：

1.整体效率提高：

相对于现在实际采用的缠绕机半自动化流程，本自动化方案效率较高，约为以前效率的2.4倍。

2.缠绕质量高：

人工缠绕时，由于存在设备和人员误差、很难保证缠绕的质量，容易出现重叠、不均匀现象。

采用本自动化方案，可以有效的提高缠绕质量。

3.降低人工强度：

相对于现有缠绕方案，改进后的自动化缠绕可有效降低工人的劳动强度。

4.所使用机器人可以拖动示教方式编写工作程序，真正实现人机智能。

后续维护成本低。

1000～4000元/年。

4.2方案可行性分析

1.缠绕机的设计，可在现有缠绕机上进行相关改造优化。

2.其他部件为常见结构设计，无风险。

4.3特别说明

本方案设计中，人工负责端部异形部分的缠绕、检查缠绕质量。

在人力未充分利用时，在时间节拍可行的情况下，可以考虑取消取料机器人部件，将相关的取料、放料工作交由人工进行处理。

此时，三工位改为两工位作业，降低整体费用。

4.4结论

本设计可满足要求。