1、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
2、) 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39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:46
3、kg.2.尺寸规格:1016 mm207 mm23mm(LWH).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
4、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
5、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
6、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
7、尺寸(LWH):3.3 m2.8 m2 m.2.整线功率:510 kw.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,
8、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
9、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
10、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。10004000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。
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