白梓含 張淑紅 王熙雛

(蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，江蘇 蘇州 215104)

0 引言

接插件也被叫為連接器，指的是各種電子組件之間的連接單元，因其涉及的領(lǐng)域廣，所以如何更有效率的將接插件生產(chǎn)出來(lái)顯得尤為重要。其核心元件端子，是一段金屬導(dǎo)體，它被密封在絕緣材料中，它起到元器件之間的信號(hào)傳輸和連接的作用。端子是利用銅、鋁、鐵等材料配上專用的模具在高速?zèng)_床上沖壓而成，當(dāng)其成型以后為端子聯(lián)，需要用端子切割機(jī)來(lái)將它切割為單體。

然而面對(duì)種類繁多，更新周期快的端子品種，先后出現(xiàn)了不同的切割方式來(lái)制作端子例如單刃和單向間歇切割或者連續(xù)切割的方式。雖然技術(shù)與精度不斷提高，但是目前國(guó)內(nèi)外的端子切割機(jī)設(shè)施的現(xiàn)狀是一套切割裝備，只適用于一個(gè)規(guī)定型號(hào)的端子。當(dāng)其型號(hào)發(fā)生變化，現(xiàn)有的切割裝備將無(wú)法使用，甚至出現(xiàn)了手工切割非標(biāo)端子的情況。因其已經(jīng)無(wú)法滿足于目前的技術(shù)現(xiàn)狀，所以我們需要設(shè)計(jì)一套可以對(duì)不同型號(hào)不同類型的端子來(lái)代替現(xiàn)有的單一型號(hào)的端子切割機(jī)，以此來(lái)降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高其生產(chǎn)效率，加快企業(yè)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。

1 總體方案設(shè)計(jì)

1.1 工作原理與結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

與端子類產(chǎn)品切斷相似，美國(guó)Azco開(kāi)發(fā)出橡膠制品柔性定長(zhǎng)切割機(jī)，該機(jī)具有良好的柔性，能快速切割從4～32英寸尺寸范圍內(nèi)的各種橡膠成品，在操縱柜中設(shè)定切割長(zhǎng)度和數(shù)量，該機(jī)能自動(dòng)按照用戶所需的產(chǎn)品規(guī)格進(jìn)行長(zhǎng)度設(shè)置和切割。這種機(jī)械結(jié)構(gòu)，為我們進(jìn)行端子切割機(jī)每次切割長(zhǎng)度的柔性化控制提供了有益的借鑒。

在對(duì)原有的端子機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，提出非標(biāo)端子切割機(jī)工作原理如圖1所示，端子自動(dòng)切割機(jī)可以根據(jù)被切端子的類型來(lái)自動(dòng)調(diào)整切割的數(shù)量，通過(guò)調(diào)整爪具來(lái)適應(yīng)不同型號(hào)的端子聯(lián)切割，要注意端子切割的精度和質(zhì)量。

圖1 非標(biāo)端子切割裝置的組成

1.2 端子自動(dòng)切割機(jī)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

通用電機(jī)、氣動(dòng)元件和四桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)端子切割機(jī)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，其進(jìn)給運(yùn)動(dòng)順序由棘爪插入并推進(jìn)一定數(shù)量的端子聯(lián)前進(jìn)，接著棘爪縮回，最后回歸起點(diǎn)。

端子切割的方式有很多種，如沖壓切割、氣動(dòng)切割帶動(dòng)切割刀或采用鋸切割，折彎切割等，但不適用于形色各異非標(biāo)端子。因此，我們放棄現(xiàn)有的沖壓切斷的作業(yè)方法。因其端子與銅基材連接的切痕處抗彎強(qiáng)度低，所以利用折彎方式進(jìn)行切斷更合適。

1.3 端子自動(dòng)切割機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

擬開(kāi)發(fā)的端子切割機(jī)的功能與結(jié)構(gòu)方案，對(duì)其控制系統(tǒng)亦提出了新的要求：根據(jù)不同類型的非標(biāo)端子進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整進(jìn)給步距，控制切割數(shù)量；針對(duì)不同類型的非標(biāo)端子，通過(guò)控制系統(tǒng)快速調(diào)整爪具的方向和切割的方向來(lái)實(shí)現(xiàn)；通過(guò)工控機(jī)實(shí)現(xiàn)PLC、步進(jìn)電機(jī)、傳感和氣動(dòng)等元器件的柔性和通過(guò)觸摸屏實(shí)時(shí)控制。

根據(jù)該研究的最初目的，同一類型不同型號(hào)的端子可以對(duì)其進(jìn)行切割和對(duì)所對(duì)應(yīng)的型號(hào)器材進(jìn)行壓接。若端子聯(lián)的型號(hào)發(fā)生率改變，只需要適當(dāng)?shù)匚⒄{(diào)便可以繼續(xù)生產(chǎn)，免去了頻繁更換設(shè)備與零件的麻煩，提高了效率。其系統(tǒng)流程圖如圖2所示，系統(tǒng)有6個(gè)部分組成，分別是送線部、壓端部、剝皮裁線部、扭線部、實(shí)時(shí)操控監(jiān)視部和物料堆放部。送線部由2個(gè)H2MD型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)和缺線感應(yīng)器組成，2個(gè)電機(jī)一前一后分別控制著壓接線的松、緊和進(jìn)線、退線，并將對(duì)應(yīng)的線材運(yùn)送到剝皮裁線部。由超靜音電機(jī)、端子切割專用變頻器、模具切割組建、端子檢測(cè)感應(yīng)器來(lái)組成壓端部，其功能是將端子切割下來(lái)，并將其傳送到對(duì)應(yīng)型號(hào)的線材中。剝皮裁線部由H2MD步進(jìn)電機(jī)、切刀與吹起磁閥構(gòu)成。剝皮是由步進(jìn)電機(jī)控制切刀來(lái)對(duì)線材的前端來(lái)進(jìn)行的。按設(shè)定長(zhǎng)度將線皮從導(dǎo)線上裁下來(lái)，由吹氣電磁閥排出。送線扭線部由步進(jìn)電機(jī)、扭線感應(yīng)器和扭線氣缸組成，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)將剝好的線材送至壓端部壓端。扭線氣缸將需要扭線的導(dǎo)線進(jìn)行揉搓，方便接線。步科ET070觸摸屏組成實(shí)時(shí)監(jiān)控操作部?？梢栽O(shè)定壓接端子尺寸、剝線長(zhǎng)度、切刀刀值深度設(shè)置、電機(jī)的功能設(shè)置和延時(shí)設(shè)置等功能。物料排放部是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)放線電機(jī)運(yùn)作，將成品傳送至物料倉(cāng)，再利用排出氣缸將沒(méi)有完全排放的線材排放至物料倉(cāng)中，由步進(jìn)電機(jī)和吹氣氣缸組成。

圖2 控制系統(tǒng)流程圖

1.4 端子自動(dòng)切割機(jī)原理樣機(jī)構(gòu)建

將端子自動(dòng)切割機(jī)機(jī)械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)集成，構(gòu)建柔性化端子自動(dòng)切割裝置。利用計(jì)算機(jī)仿真軟件對(duì)端子的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和夾緊端子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)匹配進(jìn)行模擬仿真分析，構(gòu)建端子切割機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模型，分析該裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性。利用有限分析對(duì)端子就夾取端子聯(lián)的夾持力和切割力分析，預(yù)采用有限元分析軟件構(gòu)建力學(xué)模型，得出滿足工程精度的近似結(jié)果，進(jìn)而預(yù)測(cè)該裝置在整個(gè)生命周期內(nèi)的可靠性。

2 端子切割機(jī)各部分功能

最終設(shè)計(jì)的端子切割機(jī)由4部分組成，分別是螺距傳送部、夾緊旋轉(zhuǎn)部、切割部和端子排放部。各部分功能如圖3所示。

圖3 全自動(dòng)柔性壓端機(jī)系統(tǒng)實(shí)物圖

螺距傳送部由3部分組成，分別是限位感應(yīng)器、滑臺(tái)氣缸和電磁閥，其功能是用來(lái)將端子引到固定位置來(lái)方便對(duì)其進(jìn)行切割。旋轉(zhuǎn)氣缸、擺動(dòng)型氣爪和電磁閥3部分來(lái)構(gòu)成夾緊旋轉(zhuǎn)部，其主要功能是使用氣爪來(lái)夾緊端子排，氣缸旋轉(zhuǎn)作用其端子底部將其折斷，最后將切割好的端子分離出來(lái)。

切割部也是由3部分組成，分別是切割刀、滑臺(tái)氣缸和電磁閥，其功能是將要切割的端子盤將其用切割刀切割開(kāi)來(lái)，使得螺距移動(dòng)并讓下一組端子排進(jìn)行切割操作。

端子排放部由滑臺(tái)氣缸和電磁閥2部分組成，其功能是利用擺動(dòng)氣爪將被切割下來(lái)的端子夾緊，通過(guò)氣動(dòng)滑臺(tái)將端子放到物料臺(tái)，廢料放進(jìn)廢料盒中。

它的工作流程如下：按下按鈕上電，使系統(tǒng)復(fù)位，在觸摸屏上確認(rèn)控制，螺距傳送部開(kāi)始根據(jù)設(shè)好的位置開(kāi)始輸送端子排，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到端子排到達(dá)固定位置后，擺動(dòng)氣爪開(kāi)始工作并夾緊端子排，接著旋轉(zhuǎn)汽缸將送進(jìn)來(lái)的端子排進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切割，端子排被切割后產(chǎn)生端子，并被分離出來(lái)傳送至物料盒，多余的廢料被切割刀切割排入廢料盒，最后再循環(huán)往復(fù)。

對(duì)于這個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了手動(dòng)單步操作方式與自動(dòng)控制方式，避免發(fā)生故障不利于維修。并確定每次切割時(shí)端子排的個(gè)數(shù)，根據(jù)其切割長(zhǎng)度，利用脈沖信號(hào)來(lái)對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)其發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)并且自動(dòng)停止運(yùn)行，并發(fā)出警報(bào)信號(hào)，當(dāng)故障被排除，系統(tǒng)恢復(fù)正常，并繼續(xù)工作。

3 結(jié)語(yǔ)

此次設(shè)計(jì)的端子切割機(jī)構(gòu)，可以在保證切割質(zhì)量的前提下，依靠一次切割數(shù)量在2～66個(gè)之間來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并可以根據(jù)不同的型號(hào)之間進(jìn)行調(diào)整。減少了其加工的成本，提高了生產(chǎn)的效率。本文設(shè)計(jì)的變步距端子切割機(jī)構(gòu)，在保證切割質(zhì)量的前提下，通過(guò)滑移變距盤實(shí)現(xiàn)一次切割端子的數(shù)量可在2～6個(gè)之間柔性調(diào)節(jié)，能根據(jù)不同型號(hào)的非標(biāo)端子進(jìn)行快速調(diào)整，實(shí)現(xiàn)一次切割端子數(shù)量可調(diào)，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率，降低了端子的加工制造成本，該機(jī)構(gòu)已授權(quán)發(fā)明專利，并與合作企業(yè)進(jìn)行了生產(chǎn)性中試，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，證明了該機(jī)構(gòu)的可行性。