JR286SS薄膜電容卷繞機(jī)的設(shè)計(jì)

栗宇春，仉振，李曉光

(太原風(fēng)華信息裝備股份有限公司，山西太原030024)

薄膜電容器主要應(yīng)用于電子、家電、通訊、電力、電氣化鐵路、混合動力汽車、風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等多個(gè)行業(yè)，這些行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，推動了薄膜電容器市場的增長。隨著技術(shù)水平的發(fā)展，電子、家電、通訊等多個(gè)行業(yè)更新?lián)Q代周期越來越短，而薄膜電容器憑借其良好的電工性能和高可靠性，成為推動上述行業(yè)更新?lián)Q代不可或缺的電子元件。未來幾年隨著數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)進(jìn)一步發(fā)展和國家在電網(wǎng)建設(shè)、電氣化鐵路建設(shè)、節(jié)能照明、混合動力汽車等方面的加大投入以及消費(fèi)類電子產(chǎn)品的升級，薄膜電容器的市場需求將進(jìn)一步呈現(xiàn)快速增長的趨勢。

薄膜電容卷繞機(jī)是薄膜電容器生產(chǎn)工藝中重要的設(shè)備，日本、美國等國家的電容器廠家都采用了自動化程度較高的卷繞機(jī)來完成電容器的卷繞。目前，國內(nèi)許多廠家分別從日本、美國、意大利、中國臺灣地區(qū)等引進(jìn)自動卷繞機(jī)，而國內(nèi)也有企業(yè)研制生產(chǎn)小型電容器自動卷繞機(jī)。這種卷繞機(jī)都是采用雙面去金屬和外封來完成對芯子的保護(hù)，而雙面去金屬就會對卷繞芯子的材料膜造成損害并且有一定難度。本文設(shè)計(jì)的卷繞機(jī)增加了外插部件，一是保護(hù)芯子、二是同容量時(shí)體積較小，有利于后道工序。該設(shè)備采用交流伺服卷繞，兩組卷芯翻轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)行卷繞和外封動作，張力系統(tǒng)采用直流伺服系統(tǒng)控制，控制穩(wěn)定、靈敏，有效提高產(chǎn)品的品質(zhì)與生產(chǎn)效率。

1 設(shè)備主要結(jié)構(gòu)

該設(shè)備主要由卷繞部件、外包膜插入部件、卷繞壓輪部件、卷芯壓輪部件、去金屬部件、放卷盤部件等組成，如圖1所示。

1.1 卷繞部件

卷繞部件是本設(shè)備的核心部分，電容芯子的卷繞成形和落料均在此完成，如圖2所示。

卷繞部件的工作原理：卷繞部件的卷芯由兩半圓組成，它們在卷繞過程中是相互貼合的，保證準(zhǔn)確對位。上料時(shí)，每層母料都穿過兩半圓之間的縫隙，這樣母料便于卷起，不易跑掉。按工藝要求，電機(jī)驅(qū)動卷繞軸帶動卷芯旋轉(zhuǎn)設(shè)定的圈數(shù)后，翻轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動翻轉(zhuǎn)軸帶動整個(gè)轉(zhuǎn)盤部件翻轉(zhuǎn)180°。在此過程中，由凸輪驅(qū)動，兩半圓卷芯將完成落料（分離）和上料（貼合）。

圖1 設(shè)備主要結(jié)構(gòu)

圖2 卷繞部件

1.2 外包膜插入部件

外包插入部件是該機(jī)器的創(chuàng)新點(diǎn)，它主要是實(shí)現(xiàn)外包膜的插入功能，如圖3所示。

外包插入部件工作原理：外包插入部件主要是把兩條無金屬層的材料膜通過裝有彈簧的壓膜輥包裹在卷繞好的電容外邊，達(dá)到絕緣、保護(hù)的作用。基本動作是在卷好的電容翻轉(zhuǎn)的時(shí)候插入材料膜，要求電容要在材料膜的中間，誤差不超過0.1 mm。

圖3 外包插入部件

1.3 卷繞壓輪部件

卷繞壓輪部件的主要功能是使材料膜卷緊，如圖4所示。

圖4 卷繞壓輪部件

卷繞壓輪部件工作原理：開始本卷卷繞時(shí)，通過氣缸1將壓輪壓到卷針上，使卷出的電容芯子比較緊湊，隨著電容芯子直徑的不斷增大，兩個(gè)單作用氣缸2被慢慢壓回。兩個(gè)氣缸氣壓要求一致。

1.4 卷芯壓輪部件

卷芯壓輪部件的主要功能是在外包插入的時(shí)候使外包膜卷緊，功能、原理與卷繞壓輪部件相同。

1.5 去金屬部件

去金屬部件的作用是將單面金屬膜上的金屬層通過加電壓的方式短路燒掉，使得內(nèi)、外封時(shí)不會與切斷的金屬化膜（或鋁箔）短路。兩個(gè)走金屬膜小軸要平行且垂直于安裝面。

1.6 放卷盤部件

將材料放置在放卷盤上，向內(nèi)推進(jìn)鎖緊螺母，利用彈簧的彈力固定壓緊母料。此部件有兩個(gè)特點(diǎn)：一是放卷盤的位置可前后調(diào)整，（如圖5所示）旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺桿，使之頂起（或放松）放卷調(diào)整桿，帶動放卷盤前后運(yùn)動。本設(shè)備共采用8組放卷盤裝置，按工藝要求分別對其進(jìn)行調(diào)整，使材料對齊；二是放卷盤（由電機(jī)驅(qū)動）可正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，與張力控制部件和驅(qū)動部件相配合保證在卷繞過程中材料保持設(shè)定的張緊力。

圖5 放卷盤部件

2 工藝流程

該機(jī)臺工藝流程如圖6所示。

圖6 工藝流程

機(jī)臺在開啟前要先掛好材料膜、外包膜，再按照走膜順序把膜經(jīng)過棍子最后夾到卷針中間，這時(shí)候就可以開啟機(jī)臺讓它自動運(yùn)轉(zhuǎn)了。先轉(zhuǎn)幾圈，然后內(nèi)封烙鐵就會把膜封住，等轉(zhuǎn)夠了機(jī)器設(shè)定的圈數(shù)，卷繞部件就會翻轉(zhuǎn)，外包膜插入，本卷切斷，然后就是外包膜卷繞，最后切斷、外封，這樣就完成了一個(gè)芯子的循環(huán)。

3 影響芯子精度的因素

3.1 卷繞有效圈數(shù)的控制

卷繞有效圈數(shù)的控制影響到產(chǎn)品的容量大小，首先要選擇交流伺服電機(jī)或直流電機(jī)加抱軸機(jī)構(gòu)，這樣能穩(wěn)定或短時(shí)間停止，其次在編程上要利用高速計(jì)數(shù)中斷來計(jì)卷繞圈數(shù)，用分段速度來控制卷繞不同時(shí)段。這樣會有效控制其圈數(shù)的一致從而保證精度。

3.2 達(dá)機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制

機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制也是該機(jī)臺最重要的一環(huán)，它會直接影響芯子的精度和機(jī)臺調(diào)試的難度，主要有以下幾方面：

（1）在機(jī)械加工中嚴(yán)格控制所有輥?zhàn)拥娜鴦佣燃拜佔(zhàn)雍桶惭b板的垂直度。安裝完之后棍子不得軸向串動，否則會導(dǎo)致材料膜前后串動繼而使芯子端面不齊。

（2）卷繞部件的安裝要保證前后卷芯軸同軸，以保證兩個(gè)卷芯相互貼合。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，安裝過程中要用三根軸把前后卷繞部件穿在一起保證同軸度，然后裝上圓柱銷以固定其位置，這樣也會方便機(jī)臺以后的拆裝維修。如圖7所示。

圖7 裝配要求

（3）保證壓輪輥?zhàn)颖砻鏌o劃傷，轉(zhuǎn)動靈活，及其與安裝板的垂直度。這樣就避免卷繞過程中出現(xiàn)材料膜劃傷以及芯子出現(xiàn)錐面和抽心等現(xiàn)象。

（4）芯子端面不平時(shí)，加裝氣墊導(dǎo)軌并嚴(yán)格控制其尺寸，這樣就會限制材料膜的前后串動使得芯子端面平整。氣墊導(dǎo)軌是要在一個(gè)空心圓柱上打3-4排同樣大小的圓柱孔，當(dāng)氣從小孔中吹出來時(shí)就會使材料膜懸浮于氣墊導(dǎo)軌之上，這樣就避免了氣墊導(dǎo)軌劃傷材料膜。如圖8所示。

圖8 氣墊導(dǎo)軌

（5）在卷繞過程中，外包膜會出現(xiàn)錯(cuò)邊的現(xiàn)象，這就要保證外包壓輪的全跳動在0.02 mm之內(nèi)以避免外包膜跑偏的現(xiàn)象。

（6）放卷部件安裝完要用百分表檢驗(yàn)放卷盤端面跳動：手轉(zhuǎn)動放卷軸，端面跳動在0.03 mm以內(nèi)合格。若超過則松開盤子后面的頂絲，根據(jù)百分表讀數(shù)找出最高點(diǎn)，擰相反方向上的頂絲，根據(jù)跳動量反復(fù)調(diào)節(jié)，直到跳動量合格。

4 結(jié)束語

JR286SS薄膜電容自動卷繞機(jī)是我們與電容生產(chǎn)廠合作研發(fā)的設(shè)備，該設(shè)備在機(jī)械設(shè)計(jì)及制造上有一定的難度和技巧，在機(jī)械加工裝配和調(diào)試上要求都比較高。該設(shè)備操作方便，運(yùn)行穩(wěn)定，效率高，可卷繞多種規(guī)格產(chǎn)品，已應(yīng)用到薄膜電容器廠的實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，達(dá)到了當(dāng)初設(shè)計(jì)要求，取得較好效果。

[1]成大先機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 第五版[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007

[2]薄膜電容器市場現(xiàn)狀與發(fā)展研究[Z].北京依萊達(dá)信息技術(shù)有限公司 2004.5