常宏斌,凌燦光,周少衛(wèi)

(賀州學(xué)院 機(jī)械與電氣工程學(xué)院，廣西 賀州 542899)

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)人力勞動(dòng)成本不斷增加，人力密集型生產(chǎn)企業(yè)面臨著利潤(rùn)降低、競(jìng)爭(zhēng)力下降和生存艱難的局面，當(dāng)前越來(lái)越多的重復(fù)性勞動(dòng)被自動(dòng)化機(jī)器取代，特別是“中國(guó)制造2025”的頒布實(shí)施，鼓勵(lì)引導(dǎo)傳統(tǒng)的制造類企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

RJ45接口廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸中，由插頭和插座組成，插座后面的彈片具有張緊數(shù)據(jù)線、防止其松動(dòng)的功能，以方便線頭與針腳的連接。對(duì)于RJ45接口插座處彈片的安裝，目前電子生產(chǎn)企業(yè)常用的作業(yè)流程是：一個(gè)人工將彈片裝到載座上，另一個(gè)人工將彈片預(yù)壓成45°，最后再由一個(gè)人工將彈片壓制成90°，共需要3個(gè)人工完成。由于該產(chǎn)品比較小，人工拿取不方便，因此效率不高，產(chǎn)量在800件/h，且單一重復(fù)勞動(dòng)不利于工人的身心健康。為了提高效率、節(jié)省人工、降低生產(chǎn)成本，在分析手工工序特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一臺(tái)半自動(dòng)化彈片壓線機(jī)。

1 半自動(dòng)化彈片壓線機(jī)總體方案及工位設(shè)計(jì)

1.1 壓線機(jī)總體方案

圖1為彈片結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為RJ45接口插座的外殼體。

壓線機(jī)完成的主要工藝為：將彈片上的凸起端彎曲成90°卡到殼體的凹槽上(如圖3所示)，由于被彎曲面較短，不易一次彎曲成形，因此采用兩次彎曲，一次預(yù)彎成45°，另一次彎曲成90°。

圖4為壓線機(jī)總體方案設(shè)計(jì)框圖。PLC根據(jù)輸入檢測(cè)信號(hào)控制電磁閥的通斷，氣缸在電磁閥的控制下作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)夾具和模具等機(jī)械部件運(yùn)動(dòng)，完成彈片的彎曲。

1.2 工位設(shè)計(jì)

考慮到彈片和殼體的形狀不規(guī)則，不易自動(dòng)化裝配，因此由人工將彈片、殼體和凹模組裝成半成品，放置到壓線機(jī)的初始工作位置。壓線機(jī)的工位劃分如圖5所示，運(yùn)動(dòng)過(guò)程如下：

(1) 首先，由人工將半成品1放到初始位置，然后當(dāng)人工將另一個(gè)半成品2放到初始位置時(shí)，推動(dòng)原初始位置的半成品1到達(dá)工位一。

(2) 傳感器檢測(cè)到工位一有物體后，PLC控制氣缸1、2、3同時(shí)運(yùn)動(dòng)，氣缸1前面裝的夾具夾住半成品1。

(3) 氣缸4運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)氣缸固定板帶動(dòng)氣缸1、2、3向右送料，將半成品1帶到工位二。

(4) 氣缸5和氣缸6運(yùn)動(dòng)，在工位二將半成品1上的彈片壓成45°。

(5) 氣缸1、2、3反向運(yùn)動(dòng)，松開(kāi)半成品1。

(6) 氣缸4反向運(yùn)動(dòng)回到初始位置。

(7) 當(dāng)人工再放入半成品3時(shí)，經(jīng)過(guò)氣缸動(dòng)作，在工位二將半成品2上的彈片壓成45°，在工位三上將半成品1上的彈片壓成90°。

圖1 彈片結(jié)構(gòu)示意圖 圖2 RJ45接口插座的外殼體 圖3 裝有彈片的殼體

圖4 壓線機(jī)總體方案設(shè)計(jì)框圖

通過(guò)以上步驟完成一個(gè)循環(huán)，此后，氣缸每依次動(dòng)作一次，就有一個(gè)成品壓制完成。

圖5 壓線機(jī)的工位劃分

2 主要機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

壓線機(jī)主要由支撐部分、凸凹模、夾具拔爪、導(dǎo)軌滑塊副、氣缸等部分組成，如圖6所示。

圖6 壓線機(jī)虛擬樣機(jī)結(jié)構(gòu)

2.1 支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

支撐結(jié)構(gòu)主要包括支撐腳、固定板等部分。支撐腳對(duì)整個(gè)機(jī)器起到支撐作用，具有一定的強(qiáng)度；固定板主要用于安裝氣缸、定位限位等元件，要保證上面安裝的各零件定位準(zhǔn)確，安裝可靠，運(yùn)行平穩(wěn)，其上面孔較多，要求加工精度高，主要通過(guò)線切割、鉆和鉸等加工完成。

2.2 凸、凹模設(shè)計(jì)

2.2.1 凸模設(shè)計(jì)

凸模有兩個(gè)，采用整體結(jié)構(gòu)，其上有固定孔，通過(guò)凸模固定塊、氣缸掛臺(tái)和氣缸伸縮桿連接。凸模一的前刃口有45°的倒角，凸模二的前沖頭是平的，凸模和凹模配合完成彈片的彎曲。設(shè)計(jì)的凸模一和凸模二結(jié)構(gòu)如圖7和圖8所示。

圖7 凸模一 圖8 凸模二

2.2.2 凹模設(shè)計(jì)

考慮到彈片裝在殼體上，整體尺寸較小，形狀不規(guī)則，裝夾不便，為了便于送料和方便沖壓，由人工將裝有彈片的殼體放置到凹模上組成半成品。因此凹模的設(shè)計(jì)除了應(yīng)考慮與凸模配合完成彈片的彎曲外，還應(yīng)充分考慮RJ45接口殼體和彈片的形狀，保證彈片和殼體放置到上面可靠定位，還要考慮到夾持方便，能在氣缸的推動(dòng)下進(jìn)行送料。設(shè)計(jì)的凹模結(jié)構(gòu)如圖9所示。

2.3 夾具拔爪的設(shè)計(jì)

夾具拔爪的作用是能對(duì)裝有彈片殼體的凹模進(jìn)行準(zhǔn)確夾持并送料，拔爪的一頭能夾持在凹模的槽里面，另一頭通過(guò)氣缸掛臺(tái)裝配在氣缸的伸縮桿上。設(shè)計(jì)的夾具拔爪結(jié)構(gòu)如圖10所示。

圖9 凹模 圖10 夾具拔爪

2.4 導(dǎo)軌滑塊副的設(shè)計(jì)

導(dǎo)軌滑塊副主要是對(duì)氣缸的直線運(yùn)動(dòng)起到支撐和導(dǎo)向作用，每個(gè)氣缸的伸縮桿通過(guò)連接件與滑塊相連，導(dǎo)軌與固定板連接，通過(guò)滑塊在導(dǎo)軌上的滑動(dòng)來(lái)保證氣缸直線運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)。根據(jù)運(yùn)動(dòng)行程的要求和設(shè)備的大小，汽缸4行程較長(zhǎng)，需要帶動(dòng)氣缸1、2、3等部件運(yùn)動(dòng)，因此設(shè)計(jì)兩對(duì)直線導(dǎo)軌滑塊副；汽缸1、2、3及5、6的運(yùn)動(dòng)行程較短，各設(shè)計(jì)一對(duì)直線導(dǎo)軌滑塊副，導(dǎo)軌長(zhǎng)度根據(jù)行程需要選取。

3 控制部分設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)控制要求

壓線機(jī)的主要工作過(guò)程包括凹模的夾持送料、凸模的前進(jìn)壓制彈片成形、凸模后退、夾具拔爪復(fù)位、送料氣缸復(fù)位等工序。

圖11為控制系統(tǒng)流程。首先，工位一傳感器檢測(cè)是否有物體，接著氣缸1、2、3伸出帶動(dòng)夾具拔爪夾持凹模，隨后氣缸4伸出推動(dòng)整個(gè)夾持機(jī)構(gòu)送料，緊接著氣缸5、6伸出帶動(dòng)凸模與凹模配合彎曲成形，然后氣缸5、6后退，氣缸1、2、3后退，最后氣缸4帶動(dòng)整個(gè)夾持機(jī)構(gòu)后退， 開(kāi)始下一次循環(huán)。

圖11 控制系統(tǒng)流程

3.2 PLC選擇及程序編制

電氣控制部分采用PLC作為控制核心，需要同時(shí)或順序控制6個(gè)氣缸往返運(yùn)動(dòng)，PLC檢測(cè)到各個(gè)輸入和限位信號(hào)后，通過(guò)電磁閥控制各氣缸按要求順序伸出和收縮。根據(jù)系統(tǒng)完成的功能，考慮到必要的安全報(bào)警指示燈等信號(hào)，選擇使用三菱FX2N-32MR型PLC作為主控單元。為了保障安全，編制的程序中應(yīng)充分考慮各觸點(diǎn)的自鎖，各工序氣缸間的動(dòng)作轉(zhuǎn)換應(yīng)適當(dāng)?shù)亓粲醒訒r(shí)時(shí)間，完成的程序先利用GX Developer軟件進(jìn)行模擬仿真，然后根據(jù)仿真情況不斷完善修改程序，最后下載入PLC中進(jìn)行調(diào)試。

4 樣機(jī)加工

根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，采購(gòu)氣缸等標(biāo)準(zhǔn)件，加工裝配調(diào)試后的半自動(dòng)化彈片壓線機(jī)如圖12所示。產(chǎn)線生產(chǎn)結(jié)果表明：彈片的壓制由原來(lái)需要3個(gè)人工每小時(shí)完成800件，提高到1.5個(gè)人工每小時(shí)完成1 000件，整個(gè)機(jī)器的最終成本約1.5萬(wàn)元左右，由此可見(jiàn)，所設(shè)計(jì)的半自動(dòng)化壓線機(jī)提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，節(jié)約成本，為企業(yè)帶來(lái)了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

圖12 半自動(dòng)化彈片壓線機(jī)

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