JR286SS薄膜電容卷繞機的設計

栗宇春，仉振，李曉光

(太原風華信息裝備股份有限公司，山西太原030024)

薄膜電容器主要應用于電子、家電、通訊、電力、電氣化鐵路、混合動力汽車、風力發電、太陽能發電等多個行業，這些行業的穩定發展，推動了薄膜電容器市場的增長。隨著技術水平的發展，電子、家電、通訊等多個行業更新換代周期越來越短，而薄膜電容器憑借其良好的電工性能和高可靠性，成為推動上述行業更新換代不可或缺的電子元件。未來幾年隨著數字化、信息化、網絡化建設進一步發展和國家在電網建設、電氣化鐵路建設、節能照明、混合動力汽車等方面的加大投入以及消費類電子產品的升級，薄膜電容器的市場需求將進一步呈現快速增長的趨勢。

薄膜電容卷繞機是薄膜電容器生產工藝中重要的設備，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來完成電容器的卷繞。目前，國內許多廠家分別從日本、美國、意大利、中國臺灣地區等引進自動卷繞機，而國內也有企業研制生產小型電容器自動卷繞機。這種卷繞機都是采用雙面去金屬和外封來完成對芯子的保護，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。本文設計的卷繞機增加了外插部件，一是保護芯子、二是同容量時體積較小，有利于后道工序。該設備采用交流伺服卷繞，兩組卷芯翻轉設計，同時進行卷繞和外封動作，張力系統采用直流伺服系統控制，控制穩定、靈敏，有效提高產品的品質與生產效率。

1 設備主要結構

該設備主要由卷繞部件、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，保證準確對位。上料時，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，電機驅動卷繞軸帶動卷芯旋轉設定的圈數后，翻轉電機驅動翻轉軸帶動整個轉盤部件翻轉180°。在此過程中，由凸輪驅動，兩半圓卷芯將完成落料（分離）和上料（貼合）。

圖1 設備主要結構

圖2 卷繞部件

1.2 外包膜插入部件

外包插入部件是該機器的創新點，它主要是實現外包膜的插入功能，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，達到絕緣、保護的作用。基本動作是在卷好的電容翻轉的時候插入材料膜，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，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，兩個單作用氣缸2被慢慢壓回。兩個氣缸氣壓要求一致。

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、外封時不會與切斷的金屬化膜（或鋁箔）短路。兩個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，向內推進鎖緊螺母，利用彈簧的彈力固定壓緊母料。此部件有兩個特點：一是放卷盤的位置可前后調整，（如圖5所示）旋轉調節螺桿，使之頂起（或放松）放卷調整桿，帶動放卷盤前后運動。本設備共采用8組放卷盤裝置，按工藝要求分別對其進行調整，使材料對齊；二是放卷盤（由電機驅動）可正反兩個方向旋轉，與張力控制部件和驅動部件相配合保證在卷繞過程中材料保持設定的張緊力。

圖5 放卷盤部件

2 工藝流程

該機臺工藝流程如圖6所示。

圖6 工藝流程

機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過棍子最后夾到卷針中間，這時候就可以開啟機臺讓它自動運轉了。先轉幾圈，然后內封烙鐵就會把膜封住，等轉夠了機器設定的圈數，卷繞部件就會翻轉，外包膜插入，本卷切斷，然后就是外包膜卷繞，最后切斷、外封，這樣就完成了一個芯子的循環。

3 影響芯子精度的因素

3.1 卷繞有效圈數的控制

卷繞有效圈數的控制影響到產品的容量大小，首先要選擇交流伺服電機或直流電機加抱軸機構，這樣能穩定或短時間停止，其次在編程上要利用高速計數中斷來計卷繞圈數，用分段速度來控制卷繞不同時段。這樣會有效控制其圈數的一致從而保證精度。

3.2 達機械結構的控制

機械結構的控制也是該機臺最重要的一環，它會直接影響芯子的精度和機臺調試的難度，主要有以下幾方面：

（1）在機械加工中嚴格控制所有輥子的全跳動度及輥子和安裝板的垂直度。安裝完之后棍子不得軸向串動，否則會導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，以保證兩個卷芯相互貼合。為了實現這一目的，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）保證壓輪輥子表面無劃傷，轉動靈活，及其與安裝板的垂直度。這樣就避免卷繞過程中出現材料膜劃傷以及芯子出現錐面和抽心等現象。

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

圖8 氣墊導軌

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

（6）放卷部件安裝完要用百分表檢驗放卷盤端面跳動：手轉動放卷軸，端面跳動在0.03 mm以內合格。若超過則松開盤子后面的頂絲，根據百分表讀數找出最高點，擰相反方向上的頂絲，根據跳動量反復調節，直到跳動量合格。

4 結束語

JR286SS薄膜電容自動卷繞機是我們與電容生產廠合作研發的設備，該設備在機械設計及制造上有一定的難度和技巧，在機械加工裝配和調試上要求都比較高。該設備操作方便，運行穩定，效率高，可卷繞多種規格產品，已應用到薄膜電容器廠的實際生產當中，達到了當初設計要求，取得較好效果。

[1]成大先機械設計手冊 第五版[M].北京：化學工業出版社，2007

[2]薄膜電容器市場現狀與發展研究[Z].北京依萊達信息技術有限公司 2004.5