張文義 李淑香 溫 瑞 肖國華

（1.蕪湖市愛三迪電子科技有限公司，安徽 蕪湖 241000；2.河南省計量科學研究院， 河南 鄭州 450000；3.浙江工商職業(yè)技術(shù)學院， 浙江 寧波 315012）

0 引言

隨著電子行業(yè)中液晶顯示技術(shù)的迅速發(fā)展，液晶顯示器特別是彩色液晶顯示器的應用領(lǐng)域不斷拓寬。在該市場領(lǐng)域，LED發(fā)光二極管元器件作為液晶顯示技術(shù)的背光源，在將LED發(fā)光二極管焊接到電路板上之前，由于工藝要求，需要對LED元器件進行管腳剪切、折彎等處理，以滿足生產(chǎn)需要。傳統(tǒng)生產(chǎn)大都采用手工剪切或者折彎的方式，效率低下，而且生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，難以保證。該文設(shè)計了一種自動化的插針折彎切腳裝置，即將LED燈腳的折彎與剪切工作集成到一臺機器上，剪切時將LED燈腳置入特定模具中，從而保證了LED燈腳的良品率。

1 帶LED指示燈網(wǎng)線端口結(jié)構(gòu)

如圖1所示，帶LED指示燈網(wǎng)線端口由3個零件構(gòu)成，即1個插口塑件本體和2個帶長針腳LED指示燈。2個LED指示燈中，每個長針腳既是電極又是緊固件，針腳插入對應的針腳孔后，須進行折彎并緊貼插口本體背面，且無反彈。采用手工插針方式插針腳后，由于折彎力度不夠，針腳折彎不到位，易出現(xiàn)反彈，導致后期該組裝件的裝配品質(zhì)不高、組件報廢數(shù)量多，從而造成經(jīng)濟損失。且手工插針人力成本高，經(jīng)濟效益差，因而亟需使用一種自動化的插針裝配機來解決此問題。

2 自動化插針裝配機結(jié)構(gòu)

圖1 LED指示燈

在LED燈針腳的自動化生產(chǎn)工藝中，其生產(chǎn)設(shè)備必須具備的功能如下：①可自動送料，操作輕松便捷；②設(shè)備電控機械夾治具須采用高端材料，并針對材料進行熱處理，具有耐磨性、耐久性，使用壽命較長；③設(shè)備運作可通過PLC程序自動控制，完成自動送料、自動插針和自動成型，自動化程度高，機械結(jié)構(gòu)完整，生產(chǎn)效率高（為40pcs/min～50pcs/min）。

該文的自動化插針裝配機整體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2所示。裝配機由8個部分組成，分別為氣源及氣源控制總成、推桿送料機構(gòu)、進料機構(gòu)、單個分揀機構(gòu)、折彎機構(gòu)、料槽通道、復壓切腳機構(gòu)和工作承載臺。

裝配機的工作原理如下：第一步，專用插針機將2個LED指示燈插入插口塑件本體后，通過夾送機構(gòu)將其送入進料機構(gòu)內(nèi)并排隊等候；第二步，專用振動盤將LED指示燈輸送至單個分揀機構(gòu)內(nèi)，由單個分揀機構(gòu)將單個插好燈的插口塑件本體輸送至料槽通道端口；第三步，推桿送料機構(gòu)將插口塑件本體推送至折彎機構(gòu)的下端沖壓折彎工位；第四步，折彎機構(gòu)的下端沖壓折彎部件將LED指示燈的4個針腳折彎；第五步，復壓切腳機構(gòu)對折彎后的4個針腳進行復壓切腳整形，使其緊貼插口塑件本體，確保不反彈變形；第六步，推桿送料機構(gòu)將復壓好的LED指示燈插口塑件本體推送至料槽通道尾端斜槽，完成帶LED指示燈插口塑件本體的插針、折彎、整形過程。

該文還對設(shè)備進行了后期功能改造和功能擴展，實現(xiàn)了功能的多元化，具體功能如下：①可對料帶式方針、方針、扁針、圓針、端子、端子盤、銅包鋼針、銅包鐵方針、鍍金方針、鍍錫方針以及鍍銅方針等針型件的裝配進行裝針；②可進行單排插針、雙排插針、多排插針、折查等非標工藝定制；③可根據(jù)產(chǎn)品實際需求定制各種針間距；④擴展功能與動作包括：鉚針、鉚壓、打針、插針、鉚針、預插、打斷、折費料、折彎、切斷、整針、數(shù)針、缺針、光纖檢測、智能檢測、總計數(shù)、送料、良品、不良品、鉚露和裁切等。

圖2 自動化插針、折彎、整形裝配機

3 分機構(gòu)設(shè)計

3.1 氣源及氣源控制總成

氣源總成和推桿送料機構(gòu)設(shè)計如圖3所示。氣源中須設(shè)置壓力表和一體式濾清，以保證氣源的穩(wěn)定性和安全性。控制推桿送料機構(gòu)、單個分揀機構(gòu)、折彎機構(gòu)、復壓切腳機構(gòu)的4個電磁閥分別為閥V1、閥V2、閥V3和閥V4。電控箱用于管理整個平臺的電源分配以及氣源總成和控制閥的安裝。根據(jù)現(xiàn)實情況，氣源的使用特點和要求如下：①配氣的誤差允許上下波動幾十個ppm（＜50ppm）;②須做到兩路氣源的穩(wěn)定輸出和混合，一旦調(diào)好后能長時間保持穩(wěn)定；③氣路須加裝氣體穩(wěn)壓閥和穩(wěn)流閥、氣體質(zhì)量和流量控制器，最后通過皂膜流量計來調(diào)節(jié)流量。

3.2 推桿送料機構(gòu)

該機構(gòu)的作用是用變軌將LED指示燈網(wǎng)線端口送到折彎/切腳工位上。該機構(gòu)的組成件包括圖3中的件4～件12。2個不同的支座塊安裝于工作臺上，兩者之間設(shè)置有2個導桿，在導桿上通過滑套再安裝滑動塊，滑動塊的前端設(shè)置一根推桿。推桿的作用是將LED指示燈網(wǎng)線端口從單個分揀機構(gòu)上滑動塊槽內(nèi)的LED指示燈網(wǎng)線端口起始位置推送到料槽通道上用于折彎/切腳的工作工位上。行程開關(guān)的作用是控制推桿的推出行程。

3.3 進料機構(gòu)

變道送料和折彎切腳機構(gòu)設(shè)計如圖4所示。進料機構(gòu)的作用是將振動盤振動送來的LED指示燈網(wǎng)線端口傳送至單個分揀機構(gòu)的前端，該機構(gòu)由送料軌道及兩個支腳塊構(gòu)成。

3.4 單個分揀機構(gòu)

在送料軌道的末尾段安裝有單個分揀機構(gòu)，其作用在于通過變換軌道氣缸將送料軌道上的LED指示燈網(wǎng)線端口傳送到出料軌道上。變換軌道氣缸搭設(shè)于變道氣缸臺上。變道氣缸臺內(nèi)設(shè)置有滑動槽孔?；瑒硬圮壍那岸嗽O(shè)置有LED指示燈網(wǎng)線端口仿形槽，便于變換軌道氣缸將LED指示燈網(wǎng)線端口單一取走并傳送至送料軌道。變換軌道氣缸通過螺紋套和連接板來調(diào)整滑動槽軌移動的長度。

3.5 料槽通道

該機構(gòu)主要由出料軌道和折彎墊板構(gòu)成。出料軌道上設(shè)置有仿形送料通道，仿形送料通道中部設(shè)有折彎與剪切工位。出料軌道上設(shè)有折彎墊板，折彎墊板上設(shè)置有供LED燈腳折彎的折彎通道。

3.6 折彎機構(gòu)

折彎機構(gòu)位于折彎與剪切工位上方，該機構(gòu)上設(shè)有彈簧壓塊、折彎機構(gòu)沖頭與整理滾輪。整理滾輪上設(shè)有與LED燈腳同寬的開槽，以確保在對LED燈腳進行整理滾動時，整理滾輪不會因發(fā)生位移而影響產(chǎn)品質(zhì)量。折彎機構(gòu)沖頭設(shè)有折彎通道，LED燈腳放置于折彎通道內(nèi)。為提升工作效率，一個折彎機構(gòu)沖頭通常設(shè)有4條折彎通道，可同時容納4根LED燈腳。當LED指示燈網(wǎng)線端口通過變換軌道氣缸從送料軌道被轉(zhuǎn)至出料軌道，再被送至折彎與剪切工位上后，折彎機構(gòu)沖頭首先進行折彎工作。LED燈腳在折彎通道內(nèi)呈豎直狀，折彎氣缸給予折彎機構(gòu)沖頭壓力后，豎直狀的LED燈腳被折彎成L狀，同時出料軌道上的整理滾輪會對其進行整理，確保LED燈腳其余部位不變形。

圖3氣源總成和推桿送料機構(gòu)

圖4 變道送料和折彎切腳機構(gòu)

3.7 復壓切腳機構(gòu)

該機構(gòu)的切腳工作部件為切頭，切頭的驅(qū)動件為切腳驅(qū)動滑塊。切腳驅(qū)動滑塊上以螺絲鎖緊的方式安裝切頭，切頭設(shè)置于切腳驅(qū)動滑塊25的前端，切腳驅(qū)動滑塊由切頭氣缸驅(qū)動。該機構(gòu)的作用是待LED燈腳折彎完成后對多余部分進行修剪。此時切刀氣缸會帶動切頭進行剪切，剪切原理如下：切頭上設(shè)有第一切頭斜面，同時在出料軌道上設(shè)有第二切頭斜面，如圖4中M放大圖即圖4（c）所示。當LED燈腳被放置于第一切頭斜面與第二切頭斜面時，其即可在切刀氣缸的作用下被快速剪切。待折彎與剪切工作完成后，LED燈腳從出料軌道一側(cè)設(shè)置的出料斜梯上流出，進入下一步工序。

4 外圍設(shè)備

該文的自動化LED針腳插針折彎設(shè)備可將連接器針腳插入模型，并在后續(xù)的組裝過程中還可以將連接器的各個部件組裝在一起，在整機系統(tǒng)設(shè)計中，根據(jù)對象產(chǎn)品不同檔次的功能要求，在插針折彎的同時，某些產(chǎn)品還須滿足對LED燈針腳按照連接器的需求進行拆查、導角等多種功能，連接器自動化插針設(shè)備采用基于可編程中斷控制器（PIC單片機）控制的可編程邏輯控制器（PLC）進行控制，以接收各種信號，并向各執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令。該自動化設(shè)備中還配備傳感器等信號采集器，以監(jiān)視設(shè)備中每一執(zhí)行機構(gòu)的運行情況，并經(jīng)判斷后發(fā)出下一步的執(zhí)行指令。對于高端客戶，該設(shè)備還需要配置顯示、記錄設(shè)備運行情況，并可供操作者向設(shè)備發(fā)出指令的人機界面。為符合裝配的生產(chǎn)過程，得到預定的尺寸精度及功能成品，該設(shè)備的外圍還需附加以下裝置：①零部件定向排列、輸送、抓取系統(tǒng)。將雜亂無章的零部件通過振動盤或柔性供料系統(tǒng)按便于機器自動外理的空間方位自動定向排列，隨后順利輸送到后續(xù)的抓取機構(gòu)，為后續(xù)機械手進行抓取做準備；②抓取-移位-放置機構(gòu)。將抓取機構(gòu)定點、定位好的部件抓住或用真空吸住，隨后移動至裝配工作治具中；③折彎工作機構(gòu)。完成裝配工作的主動作；④檢測機構(gòu)。對該設(shè)備折彎裝配好的半成品進行檢測，如缺零件檢測、尺寸檢測、缺損檢測、功能檢測以及清料檢測等；⑤流水工件的取出機構(gòu)。將裝配好的合格部件、不合格部件從設(shè)備上分類取出。

5 結(jié)語

針對LED指示燈網(wǎng)線端口組件LED燈針腳插針后需要折彎、整形和切針腳的組裝需要，該文設(shè)計了一種折彎整形和切針腳的自動化設(shè)備。該設(shè)備由氣源控制總成、推桿送料機構(gòu)、進料機構(gòu)、單個分揀機構(gòu)、折彎機構(gòu)、料槽通道、復壓切腳機構(gòu)、工作承載臺共8個部分組成，其中關(guān)鍵機構(gòu)為折彎機構(gòu)和復壓切腳機構(gòu)。折彎機構(gòu)利用一個氣缸驅(qū)動滑塊式?jīng)_頭自上而下將LED燈針腳進行折彎，復壓切腳機構(gòu)對折彎針腳進行精確整形，切頭對多余針腳進行切除。該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作性好，既可以進行手動操作控制，也可以用于自動化流水線中間工位。