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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）
蜂巢芯其中t n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。应用系统运维
无水硫铝酸钙2.3 尺寸规格
1.线圈质量：4～6kg.
2.尺寸规格：1016 mm×207 mm×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
离合器盘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，红填充表示需工人进行作业工序，绿填充为自动化工序。
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：
n=
60v
H(1?C)
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）：3.3 m×
2.8 m×2 m.
2.整线功率：5~10 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，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
当铺网
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。
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