許勇堅

（廣東省粵東高級技工學校，廣東 汕頭 515041）

凸輪插針機是一個復雜的精密儀器，主要由塑料送膠機構、塑料遮光SENSRO組成機構、塑料流道機構、空錯位塑膠機構、塑料送膠絲桿機構、凸輪機構等等組成。采用插針機可以大大的降低人工成本并且能提高產(chǎn)品的質(zhì)量。在深圳，許多電子生產(chǎn)廠家使用插針機來提高產(chǎn)品的競爭力，并且加工成本大大降低。2005年，胡達年對插針機的整體結構進行了動力學分析，并且著重研究了整個機構的同軸度以及其整體強度。因此采用圖譜對凸輪的運動進行分析具有非常重要的意義。

1 圖譜對應凸輪機構運動方法

凸輪曲線主要包括三個部分，分別是基圓、上升段和下降段組成，當凸輪曲線處在上升段時表示凸輪正在緩沖階段，當凸輪處在下降段時表示其已經(jīng)回歸正常的工作。每個工作段都對應了凸輪的工作情況，而且每段都分別對應了其相應的速度和工作狀況。不同的凸輪機構對應的工作狀況也各不相同，因此對應的凸輪曲線也不一致，凸輪圖譜對凸輪的設計和凸輪的性能都有最直觀的反映，反映了凸輪在不同階段的運轉情況。因此在設計凸輪時，根據(jù)實際需要對凸輪結構進行旋轉，比如當凸輪機構在頂端時需要停頓幾秒或者要延長其下降緩沖段。本次采用的凸輪插針機，轉速為650r/min，以FPC 80pin產(chǎn)品為例，完成1個產(chǎn)品所需的時間約為7.4s。對凸輪部分的維護為每周1次，每次所需時間4小時。因此節(jié)省其維護時間和提高工作效率就是改善凸輪的設計，從而對凸輪圖譜進行分析找出其原因，進行最優(yōu)化設計是重中之重。因此我們在對FPC凸輪插針機進行設計時，根據(jù)圖譜分析主要有以下原則：（1）應該盡量減少在頂端時間。（2）減少緩沖階段。高速FPC凸輪插針機的產(chǎn)品建模是典型的復雜工程領域信息技術應用問題。高速FPC凸輪插針機結構復雜、精度要求高，產(chǎn)品研發(fā)涉及多個學科，其設計關注的核心技術是凸輪運動副拓撲結構及其精度性能。而高速FPC凸輪插針機的產(chǎn)品信息建模技術必須具有模型描述和軟件架構的一致性，才能適應此類復雜裝備的多維信息及其精度鏈等專業(yè)技術問題的一致性表示和處理要求。在凸輪設計時，可以對其曲線的各個工作狀態(tài)根據(jù)規(guī)律列相應的函數(shù)關系式，根據(jù)緩沖階段建立其方程式如下。

從上述中可以知道，P0——上升的整個過程；α0——其夾角；。

這段緩沖段的速度，加速度曲線為：

此處，ω為凸輪旋轉角速度。

通常來講，h0和包角α0在一開始就是已知的，這是一個重要的參數(shù)，在這種情況下P0=h0，就可以得到。而在最頂端的速度就可以知道：

通過上式可以得到v0r，但是其得出的結果不一定是正確的，因此只能通過對P0和q的參數(shù)進行重新設定，才能得到其結果。通過上式可以得到在其緩沖階段，基本相當于一條直線。因此為了保持曲線的連續(xù)性，還需對凸輪曲線應該保持其二階函數(shù)的一致性，因此對其二階函數(shù)可進行求導。在凸輪曲線中其升程hr0、速度Vr0和加速度Ar0可以通過如下方法得到。

等加速段 (0≤ φ≤φ1)：

等速段 (φ1≤ φ≤ φ0)：

式中，hro1——凸輪曲線上升hro關于凸輪所運轉的角度的一階函數(shù)（mm/rad）；

hro11——凸輪曲線hro關于凸輪所運轉的角度的二階函數(shù)（mm/rad）；

hR——凸輪曲線緩沖末端（mm）；

B1——比例系數(shù)， B1=φ1/φ0；

φ0——緩沖段張角（rad）。

在凸輪機構的整個圖譜中，其函數(shù)關系表達式一般是對應的多階函數(shù)。因為整個凸輪機構在運轉時并不是一段光滑的曲線，其是一種分段式運動，每一段對應了不同的高階方程。函數(shù)式一般可取3.26項。高次多項式凸輪型線可以表示為：

或y=C+Cx2+Cxp+Cxq+Cxr+Cxs02pqrs

式 中 冪 指 數(shù) p、q、r、s均 為 整 偶 數(shù)， 且4＜p＜ q ＜ r ＜s 。

對五項式：

高次多項式凸輪的挺柱工作升程圖豐滿系數(shù)b和挺柱最大負加速度ymaxΘ為：

圖1 凸輪運動圖譜

2 凸輪插針機在圖譜中對應的運動方式

凸輪插針機結構復雜，有幾百個零部件，本次設計著重考慮凸輪機構的性能和其結構組成，凸輪機構是整個設備最核心的部件。凸輪機構首先通過夾持機構運動將端子料帶固定，然后由裁切機構進行裁切，然后通過預插機構將端子預插入塑膠中，最后通過壓入機構將端子壓入到塑膠中的最終位置。整個凸輪插針機構由電機、皮帶、皮帶輪、激光傳感器、遮光片、凸輪軸、預插凸輪、夾持凸輪、裁切凸輪、壓入凸輪、預插機構、夾持機構、裁切機構、壓入機構等組成。凸輪機構的各個機構工作方式主要在凸輪的時序圖中得到反映，在凸輪軸25°時夾持凸輪開始帶動夾持機構運動，到70°時達到位移終點。此時夾持刀頂住端子料帶。

裁切凸輪在凸輪軸75°時開始帶動裁切機構運動，在凸輪軸130°時達到位移終點；夾持凸輪在凸輪軸97°時帶動夾持機構往回運動，與裁切機構一起完成裁切動作，在凸輪軸125°時停止。此時裁切刀將端子從料帶上裁下，并與夾持刀一起將端子夾住。預插凸輪在凸輪軸150°時開始帶動預插機構運動，在凸輪軸210°時達到位移終點，此時預插凸輪帶動預插機構將端子預插到塑膠中。壓入凸輪在凸輪軸165°時開始帶動壓入機構運動，在凸輪軸285°時達到位移終點。此時將端子壓入到塑膠中的最終位置，完成插入動作。裁切凸輪在凸輪軸235°時帶動裁切刀往回運動，在凸輪軸250°時停止，防止裁切刀與壓入刀撞刀。在凸輪軸250°～360°時，所有凸輪復位，此時一個動作循環(huán)完成。

3 結語

針對目前插針機存在的難題，對插針機凸輪機構運動圖譜進行分析，通過其圖譜可以了解各個機構的運動狀態(tài)。