２００型全自動卷繞機的翻版制造

潘　潔

[摘要]闡述翻版制造鋁電解電容器生產(chǎn)專用設(shè)備200型全自動卷繞機的目的，詳細(xì)介紹從測繪準(zhǔn)備到制造加工最后到裝配調(diào)試的過程，同時提出了幾處改進措施，應(yīng)用后取得良好效果。

[關(guān)鍵詞]電容器 卷繞 設(shè)備 機械 制造

中圖分類號：TP2文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0320097－02

一、引言

鋁電解電容器是一種具有能儲存電量，進行元器件充、放電，允許通過交流電而阻斷直流電等性能的元器件，它具有比容量高，自愈特性好，具有單向?qū)щ娦缘忍攸c。其主要功能為旁路、濾波、耦合等，應(yīng)用于高清電視、LCD、DVD和MP3等產(chǎn)品中，近年來的需求增長頗為強勁。

鋁電解電容器的生產(chǎn)工藝流程如下：

鋁箔退火－鋁箔腐蝕、清洗－鋁箔賦能－鋁箔開片－刺鉚（正、負(fù)極）－卷繞－浸漬－自動裝配－老練－分檢－成品

以上每道工序分別由對應(yīng)的專用設(shè)備來完成，在我國內(nèi)地，鋁電解電容器生產(chǎn)專用設(shè)備的設(shè)計制造遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于鋁電解電容器行業(yè)的發(fā)展，大部分仍需要進口，主要由日本和中國臺灣引進。而進口設(shè)備一般價格比較昂貴，對于年生產(chǎn)量較大的電容器制造企業(yè)，如果能利用企業(yè)現(xiàn)有的通用機械設(shè)備自行翻版制造，則可以大大降低電容器生產(chǎn)成本。在南通同飛電容器有限公司本人與公司技術(shù)人員一起成立課題組對200型全自動卷繞機進行了翻版制造。

200型全自動卷繞機是鋁電解電容器生產(chǎn)的專用設(shè)備，完成卷繞工序，是將正、負(fù)極鋁箔和電解紙通過包卷針（軸）的高速旋轉(zhuǎn)形成一定大小的芯包。該機型具有以下特點：自動化程度高，產(chǎn)品一致性好，效率高，它采用現(xiàn)代應(yīng)用技術(shù)PLC，伺服電機控制，制造精度高。

二、對進口機型進行分析測繪

200型全自動卷繞機機械部分主要分為送紙裝置、正負(fù)極鋁箔進給裝置、導(dǎo)引裝置、卷繞裝置、裁切裝置、上漿裝置以及各部分傳動裝置并由面板、支架固定。在測繪現(xiàn)場根據(jù)裝置拆分分別畫出相對應(yīng)的零件圖草圖并通過測量標(biāo)注準(zhǔn)確尺寸，一套準(zhǔn)確的圖紙是整個機型成功的基礎(chǔ)，在核對無誤基礎(chǔ)上利用AutoCAD制圖軟件畫出正式圖并根據(jù)其工作狀態(tài)和工作環(huán)境等因素確定材料、公差、表面粗糙度、技術(shù)要求及便于加工的工藝性要求，最后根據(jù)各個裝置中零件的工作位置用插入法繪出各部件的裝配圖，在繪制過程中注意配合公差的對照檢查。在測繪過程中主要遇到以下幾大問題：

1．凸輪的繪制：200型卷繞機結(jié)構(gòu)精巧，大部分動作由凸輪進行控制，既有控制拉紙動作的槽輪，也有控制送箔、紙槽運動等動作的盤輪，更有控制卷針往復(fù)運動的圓柱凸輪，共有大小凸輪幾十只，如果凸輪測量不準(zhǔn)，就會影響到相關(guān)運動的平穩(wěn)性與精確性，就會出現(xiàn)沖擊現(xiàn)象與位置不準(zhǔn)等諸多現(xiàn)象。我們采用分度法進行凸輪的測量，即用銑床分度頭配合千分表進行。主要分以下幾步完成：

（1）觀察凸輪的形狀，如凸輪輪廓是否對稱；確定凸輪輪廓的組成，工作面是曲線、直線及其它。

（2）確定圓心及初步確定各段輪廓曲線的角度范圍并做記號。

（3）量具準(zhǔn)備：銑床分度頭；帶有準(zhǔn)確頂尖孔的中心軸棒；劃線盤；改裝成尖錐形的千分表量頭，且必須經(jīng)過淬火；千分表及表座。

（4）安裝調(diào)整：確定測量起始點；把裝有中心軸棒的凸輪裝在分度頭上，用劃線盤的劃針加以調(diào)整對正；把千分表固定在測量臺上，使千分表測量桿的軸線垂直于中心軸棒，并使兩軸線在同一平面內(nèi)；在測量起始點處將千分表調(diào)整為零點。

（5）測量：凸輪作逆時針旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)過一個角度，就記錄一個相應(yīng)數(shù)值，填寫在專用的記錄表格里。測量時根據(jù)每個凸輪輪廓的具體情況確定測量數(shù)值的旋轉(zhuǎn)角度，一般在輪廓曲線變化的起始點及終止點附近，測量的數(shù)值多一些，以便能根據(jù)測量的數(shù)值進行分析，從中找出各段輪廓曲線的準(zhǔn)確角度范圍。

（6）根據(jù)工作面的測量數(shù)值及角度值畫出從動件位移圖，并以此確定從動件的運動規(guī)律，確定工作輪廓曲線是阿基米德螺旋線、正弦曲線還是余弦曲線。

（7）結(jié)合解析法進行數(shù)據(jù)校正。

（8）繪制凸輪輪廓曲線。

（9）凸輪其余尺寸測量并保證與凸輪工作曲線的相對位置準(zhǔn)確。

（10）利用AutoCAD軟件畫出凸輪圖，包括零件圖和工作曲線圖并根據(jù)各凸輪工作狀態(tài)和工作環(huán)境標(biāo)注準(zhǔn)確的配合公差、表面粗糙度和工作曲面的表面熱處理要求。

2．包卷針與包卷軸的繪制：包卷針與包卷軸是200機型的核心部件之一，通過包卷軸帶動包卷針的高速旋轉(zhuǎn)將正負(fù)極鋁箔和電解紙生成芯包。包卷軸屬于細(xì)長軸，尾部外圓與軸承座相配，中部與滑套相配并滑動，頭部與包卷針及包卷針套相配，三外圓處同軸要求高，否則就會出現(xiàn)偏心晃動及導(dǎo)向不正等現(xiàn)象，在圖中注明對同軸度、表面粗糙度及表面質(zhì)量的特殊要求。

3．切箔剪刀的繪制：200型卷繞機共有兩副切箔剪刀，正負(fù)極各一副，工作位置在包卷軸兩側(cè)，厚度僅幾毫米，長度和寬度有幾十毫米，屬薄壁件，剪切鋁箔時同時動作，每分鐘動作40余次，一般機型上此類零件材料用Cr12或者3Cr13，觀察進口機型剪刀也是同種材料，但考慮到其刀口易磨損，現(xiàn)改用為刀身用45鋼不需要熱處理，刀口用高耐磨材料硬質(zhì)合金，既可以避免用Cr12和3Cr13熱處理時易變形的缺點，也提高了刀口的耐磨性。

另外如紙槽、送箔臺、送箔輪、包卷針座、面板等一一繪制出圖，共繪制近千張圖紙，同時對相關(guān)零件配套改變相應(yīng)尺寸以便卷繞不同規(guī)格的芯包。

三、零部件的加工

公司金工車間主要配置為通用機床，包括車、銑、刨、磨、鉗及座標(biāo)鏜、線切割，在零件加工前合理制定加工工藝流程，確定各工序所用設(shè)備、工藝裝備、加工余量和切削用量等，在零件加工過程中注重過程檢驗和最終檢驗，盡量保證以較低的成本加工出附合圖紙要求的零件，利用以上機床可以完成大部分零件的機械加工，但對于表面熱處理等工序由于條件所限考慮外協(xié)加工。

1．凸輪加工：凸輪加工均放在XK0532立式升降臺銑床上完成。

各凸輪加工基本工藝流程如下：毛坯下料－粗車去除余量－調(diào)質(zhì)－精車（凸輪工作面處放銑削余量2㎜，槽輪除外）－鉗工劃線（凸輪工作角度線、工作曲面線及其它固定槽和和孔線位置）－普通銑床去除大部分余量，凸輪型面處留2㎜左右余量，并盡可能地均勻一致－其余固定槽及孔加工（有些可在數(shù)控銑時起到安裝固定作用）－數(shù)控銑床銑凸輪曲面－凸輪工作面高頻淬火－鉗工修整－表面處理。

在數(shù)控加工凸輪時注意：

（1）根據(jù)各凸輪的工作參數(shù)（基圓、升程角、回程角、停歇角、升程及曲面方程）利用數(shù)控系統(tǒng)的函數(shù)功能編制各凸輪的加工指令，注意刀具補償。

（2）所用立銑刀應(yīng)與凸輪跟隨器直徑相同。

（3）合理的切削速度和切削用量以保證凸輪曲面質(zhì)量。

（4）注意切入和切出，避免過切現(xiàn)象。

（5）槽輪加工時用多刀切削，先用直徑稍小銑刀逐步銑削去除大部分余量，最后用與凸輪跟隨器尺寸一致的立銑刀精銑。

2．包卷軸加工：包卷軸屬于細(xì)長軸，加工時采取以下措施保證尺寸及使用性能：

（1）粗加工后調(diào)質(zhì)處理，增加軸的綜合機械性能。

（2）兩頂尖裝夾，加工時使用跟刀架。

（3）用反向進給車削，減少軸向力的影響。

（4）選擇適當(dāng)?shù)牡毒呒扒邢饔昧浚幼⒊浞值那邢饕骸?/p>

（5）外元表面鍍硬鉻，鍍層0.02mm，增加軸表面耐磨性。

3．包卷針加工：因卷針直徑與鉆頭坯直徑一致，材料選用鉆頭坯，由線切割機切割成型后再由鉗工拋光。包卷針屬于易損件，線切割加工時設(shè)計專用夾具將數(shù)件同時切割，提高切割效率。

4．燕尾及燕尾槽加工：所有帶有燕尾及燕尾槽工件的斜面的粗精加工和最后的修磨均放在刨床上進行，修磨時利用自制磨頭通過滑枕的前后移動進行滑配，達(dá)到良好效果。

其余零件嚴(yán)格按照各自的工藝流程卡片進行加工，共加工零件近千件。

此外根據(jù)該機所需的西門子PLC、伺服電機及電磁鐵、光纖、接近開關(guān)等各種電子元器件進行采購，無論進口件還是國產(chǎn)件均選用高性能元器件。

四、設(shè)備的裝配調(diào)試，也是最關(guān)鍵的一步

按照先部件裝配再總裝的步驟、邊裝配邊調(diào)試最后總調(diào)試的原則進行，在裝配調(diào)試過程中尤其對幾個重要動作部分進行精心調(diào)試并對一些可能出現(xiàn)問題處作了合理改進。

1．送紙裝置：注意保證上、下紙溝槽在同一直線上，主要以調(diào)整下紙槽為主，避免電解紙出現(xiàn)蛇行和上下紙卷斜現(xiàn)象，同時也容易使夾紙鉗定位時與紙槽獲得最佳吻合。另外注意調(diào)整紙槽壓桿，使之與紙面全面接觸，也可以避免因單邊壓著引起的電解紙間隙造成的卷斜不良。

2．正負(fù)極鋁箔進給裝置：工作時鋁箔由送箔臺等送入，送入長度達(dá)到時經(jīng)對下一支引線的檢測產(chǎn)生一系列動作最后由切箔剪刀剪斷，再與電解紙一起由包卷針卷繞成型。其中兩引線間距由上一工序鉚接工序保證，此裝置調(diào)整重點是送箔臺送入位置準(zhǔn)確、不發(fā)生偏移、壓箔板壓力均勻等，并保證下一支引線到達(dá)檢測元件處的同時讓電磁鐵產(chǎn)生動作，此時送箔臺后退，切箔剪刀前進剪斷。卷繞后保證兩引線呈180°對稱。

原來該機型引線檢測采用光電開關(guān)檢測，容易出現(xiàn)靈敏度低、反應(yīng)慢、累積誤差較大的缺點，在裝配時改用了光纖控制，使之具有靈敏度高、反應(yīng)快、減少累積誤差等優(yōu)點。

3．卷繞裝置：200型卷繞機卷繞部分采用伺服馬達(dá)及同步帶輪傳動，定位準(zhǔn)確、速度快、傳動平穩(wěn)。但如果零部件安裝時出現(xiàn)偏差也會造成包卷針（軸）跳動、定位不準(zhǔn)等問題，在安裝時采用了高精度軸承座代替普通軸承座，以百分表校正保證芯軸與工作面板垂直度，縮小離合器間隙等一系列措施，保證了該部件的定位精度和工作精度。

另外還對電解紙裁切裝置裝配調(diào)試使得切斷順利，對上漿裝置裝配調(diào)試使得上漿位置及上漿量附合工藝要求，對各部分傳動裝置調(diào)試使得各動作協(xié)調(diào)并設(shè)置準(zhǔn)確的起始工作點及工作行程等等。

4．200型卷繞機控制系統(tǒng)采用了可靠性高、功能強的西門子可編程控制器PLC，通過PLC編程順利實現(xiàn)對整機的邏輯控制、順序控制、過程控制、運動控制以及數(shù)據(jù)處理（如計數(shù)功能）。在安裝與布線時采取了動力線、控制線、PLC電源線及I/O線分別配線，將PLC的I/O線和大功率線分槽走線等措施，盡可能將干擾降到最低，同時正確選擇接地點完善接地系統(tǒng)。

經(jīng)過大家共同努力，對整機的裝配調(diào)試工作得以圓滿完成。

翻版設(shè)備最終能否投入使用，還要通過開機驗收來確認(rèn)。由檢驗部門會同生產(chǎn)車間對其進行驗收，驗收結(jié)果為：芯包直徑φ5規(guī)格50V470μF，速度為44只/分鐘，產(chǎn)量為92%開機率（四小時），產(chǎn)品合格率達(dá)到95%，完全符合使用要求。

進口200型全自動卷繞機價格為30萬元/臺，通過上述方法制造出的同種機型價格為13萬元/臺，通過這次成功翻版大大降低了鋁電解電容器生產(chǎn)成本，同時也為今后其它機型的翻版制造積累了經(jīng)驗。

參考文獻：

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