李潤澤 胡靜怡 黃 波 于云程 支則君

（常州信息職業(yè)技術(shù)學院，常州 213164）

1 項目背景

近年來，同軸電纜在閉路監(jiān)控信號傳輸、網(wǎng)絡(luò)信號基站、有線電視等通信領(lǐng)域，尤其在公安“天眼”系統(tǒng)的線路上大量使用。同軸電纜接插件（圖1）作為同軸電纜連接的配件，在線路鋪設(shè)中大量使用，因此市場需求量巨大。

傳統(tǒng)的組裝方法是人工將其接插件內(nèi)芯塞入螺套再沖壓封口，但接插件體積小，人工裝填效率較低，沖壓過程勞動強度大，危險系數(shù)高，人工成本高。采用自動化設(shè)備代替人工，可大幅降低產(chǎn)品價格，有利于擴大接插件乃至同軸電纜的市場占有率。

本文設(shè)計了一種同軸電纜接插件裝壓一體機，采用工業(yè)自動化控制系統(tǒng)，在無人干預的情況下，按設(shè)置好的程序及指令自動完成接頭外部螺套與內(nèi)部絕緣內(nèi)芯的裝配，并移至下一工位進行自動沖壓完成產(chǎn)品的制作。它解決了人工沖壓過程中存在的危險系數(shù)高、效率低、勞動強度大以及成本高等問題，使同軸電纜接插件的生產(chǎn)真正達到高產(chǎn)、安全、環(huán)保和低耗的目的。

2 方案設(shè)計

同軸電纜接插件的自動化設(shè)備要求上料接料連續(xù)進行、裝填內(nèi)芯位置準確、螺套封口可靠以及下料及時[1]?？紤]以上要求，經(jīng)研究分析提出了采用半開放式接料工裝裝配沖壓方式來研發(fā)無序篩選供料自動壓合設(shè)備。螺套與絕緣內(nèi)芯經(jīng)過振動盤自動排列后，進入半開放式接料工裝進行裝配，然后隨工裝移動至沖壓工位，在沖壓氣缸動作前，擋板執(zhí)行關(guān)門動作，沖壓工位的氣缸推動沖頭完成沖壓，擋板再執(zhí)行開門動作，最后推料氣缸將沖壓完成的產(chǎn)品推出，完成整個裝配沖壓工作，主要流程如圖2所示。

該方案可以保證設(shè)備在運行過程中運行平穩(wěn)、沖壓效率高、安全可靠、節(jié)能環(huán)保，對操作者無較高要求，后期維修保養(yǎng)方便，造價親民，適合大范圍推廣，且在成本、使用、維護等方面更有利于滿足企業(yè)的需求。

3 主要設(shè)計參數(shù)及設(shè)計指標

主要設(shè)計參數(shù)和主要技術(shù)指標如表1所示。

表1 主要設(shè)計參數(shù)和主要技術(shù)指標

4 標準件選型及工藝計算

4.1 工藝計算——螺套整形工藝

影響整形力F的主要因素有材料的力學性能、板料厚度等，計算公式為：

式中：S為校平、整形面積，經(jīng)三維軟件[2-3]查詢可知，螺套初始受力面積為8.85 mm2；p為螺套材料為硬黃銅，單位壓強取60 MPa[1]。因此，計算可得整形力F為531 N。

4.2 沖壓用氣缸的選型

本設(shè)備采用杠桿式?jīng)_壓機構(gòu)成形螺套口部，確定力矩計算公式為：

按照設(shè)計的杠桿結(jié)構(gòu)尺寸，適當調(diào)整杠桿支點的位置，確定兩個力臂的長度，并將F阻代入力矩計算公式，計算F動為236 N（24 kgf）。

選用亞德客SDAT20x20x65SB型氣缸，根據(jù)產(chǎn)品手冊[4]：氣缸移動速度在50～500 mm·s-1范圍時，實際機械效率A≤0.5，則實際可輸出力范圍為16～160 kgf。F動（24 kgf）∈{16，160}kgf，滿足沖壓工藝力要求，并預留足夠動力，以便調(diào)節(jié)氣缸工作速度。

5 設(shè)備技術(shù)分析

5.1 設(shè)備的工作流程

同軸電纜接插件裝壓一體機（如圖3所示）采用雙振動盤供料設(shè)計[5]，振動盤1負責供給絕緣內(nèi)芯，振動盤2負責供給螺套。螺套在供料時存在特殊性，輸送時需保證長端朝上才能裝入絕緣內(nèi)芯。通過改進振動盤的振動頻率和送料導軌（如圖4所示），結(jié)合螺套特性，使得螺套在直線振動器導軌上長端朝上時絕緣內(nèi)芯被推至螺套內(nèi)。另外，在導軌入口側(cè)面增加傳感器，使振動盤與傳感器相連。當直線振動器導軌上裝滿螺套時，振動盤與直線振動器會自動停止上料，達到了避免物料堆疊溢出、振動盤無效送料的情況。螺套率先進入裝配工位，繼而3#氣缸（如圖5所示）再將從輸料管掉落的絕緣內(nèi)芯推入裝配工位上方，隨后由4#氣缸將絕緣內(nèi)芯推入螺套內(nèi)，至此設(shè)備完成一次裝配動作。

雙行程氣缸開始工作，將裝配好的同軸電纜接插件半成品推入沖壓工位。由于接料工裝為開放式，可能會在沖壓過程中發(fā)生產(chǎn)品傾斜等情況，造成產(chǎn)品報廢。為了解決這一問題，在出料口后放置一塊擋板，隨著半成品進入沖壓工位，氣缸跟隨啟動帶動擋板進行關(guān)門動作，使得擋板攔截出料口的同時固定工件。氣缸帶動杠桿沖壓機構(gòu)進行沖壓，由于豎直壓裝氣缸難以固定，占用設(shè)備面積較大，同時對輸入壓力有較高要求，因此借助杠桿將豎直方向做功的氣缸調(diào)整為水平方向做功，使得機器運行更加平穩(wěn)。此外，調(diào)節(jié)杠桿動力臂的長度，使動力臂大于阻力臂，達到省力的目的，同時降低氣缸的使用成本。設(shè)備安裝有阻尼器（如圖6所示），用以吸收沖擊力，防止氣缸推力過大，導致?lián)醢鍥_擊沖壓工位發(fā)生沖突。沖壓完畢后，氣缸啟動帶動擋板執(zhí)行開門動作，7#氣缸啟動，將成品件推送至出料口，至此完成一次完整的同軸電纜接插件的自動裝配及沖壓動作。

5.2 關(guān)鍵技術(shù)

5.2.1 螺套振動盤智能啟停

在直振導軌上設(shè)計積料傳感器，當螺套排滿導軌時，自動關(guān)閉振動盤，以防止持續(xù)供料出現(xiàn)螺套堆積、卡料、溢出、無料等問題，提醒人工干預，節(jié)約能源與時間。

5.2.2 仿形式接料定位機構(gòu)

仿形式接料工裝不同于夾爪式等其他接料方式，能夠確保螺套在進行與絕緣內(nèi)芯裝配沖壓時不傾斜。此機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，運動平穩(wěn)，定位精準。

5.2.3 杠桿式?jīng)_壓機構(gòu)

采用杠桿原理，氣缸不直接作用在沖頭上，動力臂大于阻力臂，達到省力的目的，減少氣泵的耗氣量。同時，氣缸可以豎直固定在沖壓工作平臺上，降低了設(shè)備高度，穩(wěn)定性更好。

6 控制系統(tǒng)設(shè)計

該設(shè)備選用三菱FX3UPLC控制器。設(shè)備的控制系統(tǒng)框圖如圖7所示，由觸摸屏、可編程控制器以及氣缸動作執(zhí)行元件等部件構(gòu)成。通過觸摸屏把需要的數(shù)據(jù)和輸入信號給可編程控制器，可編程控制器執(zhí)行用戶程序，將輸出信號給中間繼電器和氣缸。各限位開關(guān)和反射激光傳感器的檢測信號輸入給可編程控制器。氣缸驅(qū)動執(zhí)行元件實現(xiàn)不同方向、不同要求的動作。設(shè)備實物照片，如圖8所示。

7 結(jié)語

針對同軸電纜的雙通對接頭開發(fā)了一種接插件自動壓裝設(shè)備。采用無人看管的自動化設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工裝填內(nèi)芯，結(jié)合人工上料、沖壓的生產(chǎn)方式，大幅提高了生產(chǎn)效率，安全性好，人力成本幾乎縮減至零。絕緣內(nèi)芯采用振動盤加塑料管上料，摒棄了傳統(tǒng)的振動盤加直線振動器的組合方式，減少了制造成本，降低了振動強度，避免了已裝入絕緣內(nèi)芯的簧片脫離，試驗效果明顯。本設(shè)備不僅結(jié)構(gòu)緊湊、成本低，而且生產(chǎn)效率高、占地面積小、運行平穩(wěn)、不易出現(xiàn)故障，同時操作簡單易上手，適合中小規(guī)模尤其是勞動密集型、技術(shù)改造意愿強烈的制造類企業(yè)應(yīng)用。