随着电子工业的快速发展，各类线圈的需求量越来越大、品种也越来越多，从大型的电力变压器、发电机绕组到充电用的微型线圈、节能灯具用线圈，以及各类电气设备中使用的线圈。线圈的使用已遍及了人类生活用品的方方面面，这样就为绕线机行业带来了新的发展机遇。在使用的各种绕线机中，有最早的手工绕线，也有机械式自动绕线机和全自动绕线机。特别从近年来，国内绕线机的制造水平和引进绕线机制造水平看，已形成了全自动、多功能、高效自动化的生产能力。从线圈生产的上线、馈线、端头绕制到线圈绕制和下线等，都实现了过程的自动化。从绕线机的控制形式上看，由单一的开环控制发展到使用直流伺服系统和交流伺服系统的闭环控制，其中交流伺服系统的采用已相当普遍，已形成了由单轴绕制线圈到多轴同时绕制多个线圈的一系列产品。在绕线机的结构形式上，根据所绕制的线圈的铁芯或骨架结构形式的不同，又研制出有梭式的绕线机，以适应环形或其它封闭式铁芯或骨架的线圈的绕制需求，总之，绕线机作为线圈生产设备，使用已越来越普及、功能也越来越全面，下面就设计多轴绕线机遇到的问题，谈谈怡斯麦（ESM）的一些设计理念。

1、设计方案的确定

绕线机的类型是从绕制的线圈的铁芯或骨架的类型确定的，对直线或开式骨架采用无梭式绕线机，就可完成线圈的绕制；对于环形或封闭式骨架采用有梭式绕线机。有梭式绕线机的梭子一般为一圆形开口梭子，绕线前将骨架套于圆梭上，按所需线段的长度将线先绕于梭子上，转动梭子和骨架就可以把线绕于骨架上，骨架的传动多采用摩擦轮传动，梭子一般采用齿轮传动，此种传动形式的有梭式绕线机在布线精度上，对准确性要求不高时可采用，如果布线精度要求高时，应采用其它传动形式。有梭绕线机在设计上要考虑的其它问题如：线长的定尺问题、线的张力、剪断、夹持和机械机构上的传动可按常规设计方法设计。

怡斯麦（ESM）将重点讨论一下无梭式小型绕线机的方案设计和机械传动机构的设计问题，对无梭式绕线机，线圈骨架一般为直线式，其骨架形式如图1所示。绕制线圈时，先将线圈骨架插入与主轴电机轴相连的连接件上，使线圈骨架与主轴电机同步旋转，小型绕线机的主轴用电机通常用直流电机。排线机构，一般由步进电机经滚动丝杠副传动来实现，分为单头排线、双头排线和多轴几种。多轴绕线机的排线机构可采用直流伺服电机或交流伺服电机驱动，采用闭环控制，具有多种可控功能的系统，如自动馈线功能、自动上线功能、自动卷绕功能、剪断功能和自动退卷功能等。

多轴绕线机，一般是为绕制特殊要求的种类的线圈设计的，多为一人一机操作，从使用情况看，多轴绕线机使用的更为普遍。传动上，主轴运动可采用单主轴电机或双主轴电机的驱动形式，排线机构一般采用单步进电机带动双排线杆的结构，两种传动形式的运动控制方式相同。双主轴电机的特点是分立转动，运动上互不干涉。单主轴电机则由传动带或其它机构带动双主轴运动，如采用带传动的连接形式，高速旋转时，带传动有打滑或失步现象，造成排线层面的不均匀性，故对线圈层面平整性要求高时多轴绕线机的主轴运动应采用分立驱动。

2、传动机构设计

传动机构主要是指排线机构，而主轴是与主轴电机采用直连方式，步进电机与主轴电机的驱动，均采用独立式驱动的模块化结构，以实现主轴转速与排线运动的同步。在绕线机设计上，主要是机械传动机构设计和传动副的使用。现在在绕线机上，排线机构中无一例外地使用滚珠丝杠为运动形式的转化机构，正确地使用滚珠丝杠和选择合理的支承方式，是绕线机设计成功与否的关键。

排线机构设计从整体方案看，主要有两种传动形式。第一种形式为直联式，即步进电机与滚珠丝杠经刚性联轴器直接连接起来；第二种方式为软联接方式，即步进电机输出轴经齿型带与滚珠丝杠相连。软联接可部分消除步进电机低速颤振对绕线精度的影响，所以，多头大型绕线机的排线机构与步进电机的联接多这种方法。而小型绕线机由于其尺寸小，要求生产成本低，多采用第一种方式的直联式传动形式，如合理地选择滚珠丝杠和支承方式，仍能达到线圈对排线层面平整性的要求。

排线机构设计主要要解决滚珠丝杠的支承和导丝杠导向两个问题，在设计上应根据不同设计要求选择不同支承形式，有的设计对丝杠采用游动的支承形式，即丝杠两端不加支承，其具体结构如图 2所示。电机固定在箱体上，电机轴与丝杠轴用刚性联轴器连接，导丝杠经套筒与螺母相连，螺母防转与导向可由在箱体上的长条槽孔或由细轴完成。由于丝杠的伸用端无支承，螺母与丝杠之间的传动间隙会造成导丝杠的摆动，如采用细长轴作为螺母的导向件，则可使导丝杠的摆动降低，满足使用要求，而采用图 2的支承方法，电机的轴向窜动将直接影响导丝杠的运动平稳性，特别是电机换向其轴向窜动使所缠线圈的表面平整性降低，对排线层面要求平整的线绕，图2的滚动丝杠支承方法是满足不了要求的，为满足排线层面平整的要求，对滚动丝杠轴的支承应采用图 3所示的方法。电机固定于箱体上，丝杠轴采用球轴承支承，轴端加压紧片调整轴承间隙，螺母与联接片固接，联接片经导套与导向杆连接，导向杆是固定安装在箱体板上的，导丝杠与联接片连接，并固定于联接片上。电机与丝杠轴刚性联轴器连接，电机转动直接带动丝杠转动，使螺母沿其轴向移动，带动导丝杠运动，以实现排线要求。设计中使用的导向杆为一细长杆件，可限制 5个自由度，只有导丝杠轴向移动的一个自由度，可较有效地解决导丝杠运行摆动，同时，由于丝杠轴两端装有球轴承，经压紧片调整其间隙，使其运转灵活，间隙合理，电机轴的轴向窜动不再影响导丝杠的轴向位移，只有丝杠副的传动间隙直接反映在导丝杠的轴向位移上，因此，图3所示的传动机构，调整丝杠副的传动间隙就可满足排线的要求，特别是对层面要求较为平整的线圈，此种传动结构形式仍可达到要求。

怡斯麦（ESM）结合在小型绕线机设计上所涉及的问题，主要讨论了方案设计、传动方案设计两方面的内容，重点讨论了滚珠丝杠轴的支承问题，导向杆的导向问题等。针对滚珠丝杠轴在不同绕制层面要求时，可采用不同支承结构作了说明，对导向杆采用固定形式安装作了说明，从小型绕线机的设计实践和使用情况看，文中提到的设计方法完全可满足设计要求和线圈生产的质量要求。