薄膜電容開邊機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

朱躍紅，任劍，鄭海紅

(太原風(fēng)華信息裝備股份有限公司，山西太原 030024)

作為電子元器件中的一個重要組成元素，以電工級塑料薄膜為電介質(zhì)的薄膜電容器，因其諸多優(yōu)良特性，被廣泛應(yīng)用于家用電器、照明設(shè)備、通訊產(chǎn)品、儀器儀表等電子設(shè)備中[1]。隨著新一代移動通信、數(shù)字化產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展，電子信息產(chǎn)業(yè)升級換代勢在必行，微型化和片式化技術(shù)將成為電子元器件產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步的重點(diǎn)。疊層片式技術(shù)成為薄膜電容器小型化、片式化的主要手段。KB-20疊層薄膜電容自動開邊機(jī)是疊層薄膜電容器生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備，其主要功能是將卷繞好的疊層薄膜電容母料分離并切割成單體電容料條[2]。

1 設(shè)備組成

KB-20疊層薄膜電容自動開邊機(jī)主要由上料機(jī)構(gòu)、機(jī)械臂機(jī)構(gòu)、傳送鏈條機(jī)構(gòu)、切除料條端頭機(jī)構(gòu)、賦能及容量測試機(jī)構(gòu)、收料機(jī)構(gòu)、進(jìn)膜機(jī)構(gòu)、防護(hù)機(jī)構(gòu)、吸塵機(jī)構(gòu)、機(jī)架等組成，如圖1所示。整機(jī)由可編程控制器（PLC）進(jìn)行電氣系統(tǒng)控制，中文觸摸屏操作與顯示。

圖1 疊層薄膜電容自動開邊機(jī)總體結(jié)構(gòu)

2 工作原理

首先將母料料框放入上料機(jī)構(gòu)的料框槽中，由鏈條、頂針將母料推至上料機(jī)構(gòu)頂端，機(jī)械臂取料后依次對母料進(jìn)行翻轉(zhuǎn)、定位、開邊、去鐵芯，最后由機(jī)械手將開邊后的兩根電容料條放至傳送鏈條機(jī)構(gòu)，經(jīng)鏈條傳動至切除料條端頭機(jī)構(gòu)，鋸片對料條端頭進(jìn)行切割，隨后再經(jīng)鏈條傳送，對料條進(jìn)行賦能、測試，最后分選送入收料框，具體動作示意如圖2所示。一框母料處理完后，設(shè)備將自動裝入新的母料框繼續(xù)運(yùn)行。

開邊機(jī)工作速度不低于20條/min（按母料計(jì)算），電容條毛刺長度不大于0.05 mm，且要求開邊后的電容條端面平滑、涂層均勻。一個母料到成品電容條的加工需要20多個動作才能完成，因此要求各動作之間有好的連貫性，時序要合理高效。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 保證母料上料動作連貫

由于個別料框變形，容易引起卡料現(xiàn)象。一旦發(fā)生卡料，頂針如果還繼續(xù)向上抬升，則會使頂針受力形變進(jìn)而損壞，更有可能使電機(jī)受損。頂針長300 mm，直徑3 mm，如何使又細(xì)又長的頂針順暢并連貫地完成頂出動作，是一個難點(diǎn)。

圖2 工作原理圖

經(jīng)過反復(fù)研究實(shí)驗(yàn)，在頂針傳送機(jī)構(gòu)的中部設(shè)計(jì)了導(dǎo)向板，用于頂針動作時加強(qiáng)頂針，可使頂針頂料時彎曲形變較小，如圖3所示；此外還在鏈條電機(jī)的輸出端安裝了保護(hù)離合器，確?？蠒r頂針不再上升，較好地解決了發(fā)生卡料時料條和頂針易損傷的問題。

3.2 同一機(jī)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格母料的開邊

設(shè)備為方便做不同規(guī)格的料條，要求在不更換配件的前提下，實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格母料（長度：197.5±0.5 mm，寬度：5.2～5.8 mm，厚度：1.0～6.0 mm）開邊工藝，這是本機(jī)要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。為此特別設(shè)計(jì)了多手機(jī)械臂及多級定位結(jié)構(gòu)，互相配合實(shí)現(xiàn)對多種不同規(guī)格母料的搬運(yùn)及定位，進(jìn)而精確完成開邊動作，而不用更換相關(guān)配件。機(jī)械臂上共設(shè)計(jì)6種不同結(jié)構(gòu)機(jī)械手（AF），對應(yīng)多級定位機(jī)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)定位、雙向整形對中、定位夾緊等工位，輔助料條定位動作，保證料條開邊時鋸片切割精準(zhǔn)、可靠，如圖4、圖5所示。

圖3 母料上料、頂針與導(dǎo)向板示意圖

3.3 母料與鐵芯快速分離動作的實(shí)現(xiàn)

經(jīng)過開邊后的母料仍保留著卷繞時的鐵芯，在母料被機(jī)械爪搬運(yùn)至傳送鏈條前需將鐵芯去除。母料由機(jī)械手抓至去鐵芯工位后，在此有一對鐵芯頂尖頂出，前后一并將母料頂住，利用其自身的錐度鍥入開邊后的母料，使母料與鐵芯迅速分離，再由該工位的鐵芯打落刀將鐵芯打掉，如圖6所示。頂塊設(shè)計(jì)前后可調(diào)，以適應(yīng)不同規(guī)格料條。

去芯的電容料條易分散，為使去芯后的電容料條能夠順利送到傳送鏈上，特別設(shè)計(jì)機(jī)械手6結(jié)構(gòu)(圖6所示)。實(shí)現(xiàn)兩個功能：母料鐵芯去除過程中抓穩(wěn)料條，使去芯動作可快速完成；將去芯后的兩根電容料條翻轉(zhuǎn)90°呈水平狀態(tài)搬運(yùn)至傳送鏈上，進(jìn)入去端頭分選工序。

圖4 機(jī)械臂結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 多級定位結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 去鐵芯示意圖

3.4 時序控制技術(shù)

設(shè)備的運(yùn)行是靠氣動元件、電機(jī)等器件帶動受控機(jī)械部件完成動作。該機(jī)的受控動作點(diǎn)多達(dá)130多處，要保證設(shè)備的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，各工作點(diǎn)不干涉，機(jī)械結(jié)構(gòu)不損壞，需要嚴(yán)格設(shè)定工作時序。本文中的傳送鏈條用凸輪電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)編碼器，將工作周期以360°為基準(zhǔn)進(jìn)行劃分[3]，規(guī)定各動作點(diǎn)動作執(zhí)行角度，很好的解決了這一問題。

3.5 產(chǎn)品的準(zhǔn)確分類

設(shè)備設(shè)計(jì)了8個級別17個分選料框，根據(jù)容量測試結(jié)果自動裝入相應(yīng)料框。容量測試的準(zhǔn)確性直接影響產(chǎn)品分類。由于料條上存在的雜質(zhì)會影響測試的結(jié)果，設(shè)計(jì)了直流賦能單元對電容條進(jìn)行電清潔，通過短路燒掉其它雜質(zhì)；同時電清潔后的料條如果帶有殘留電荷也會影響測試儀的測量結(jié)果，并可能對測試儀器造成損壞。因此在產(chǎn)品測量前設(shè)置一個放電工位，來保證容量測試儀測試精確，確保產(chǎn)品準(zhǔn)確分類的同時，也避免了對測試儀的損壞。

3.6 整機(jī)效率的提升

(1)電清潔放電工位的設(shè)計(jì)，加快了電容料條的放電速度，提高整機(jī)的運(yùn)行速度。

(2)通過設(shè)計(jì)機(jī)械臂機(jī)構(gòu)與鏈條傳送機(jī)構(gòu)，將開邊和測試分選工藝有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全自動化控制，提高生產(chǎn)效率。

(3)為實(shí)現(xiàn)料條切頭及收料動作的有序、穩(wěn)定，并有效提升整機(jī)運(yùn)行速度，去端頭切割鋸片的擺動采用凸輪加搖臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可保證設(shè)備高速運(yùn)行狀態(tài)下的切割穩(wěn)定；凸輪電機(jī)同時控制分割器的動作，傳送鏈由分割器帶動，精準(zhǔn)的步距設(shè)定，可保證收料動作的快速穩(wěn)定。

4 結(jié)束語

KB-20疊層薄膜電容自動開邊機(jī)的成功研制，打破了國外設(shè)備在這一領(lǐng)域的壟斷地位，在生產(chǎn)速度、產(chǎn)品精度方面已達(dá)到甚至超過了國外著名廠家的設(shè)備指標(biāo)，在安全運(yùn)行、穩(wěn)定檢測、方便操作的人性化方面更具有明顯的優(yōu)勢，給國內(nèi)薄膜電容器生產(chǎn)廠提供更多選擇，有利于降低成本增強(qiáng)自身國際競爭力。隨著便攜式電子設(shè)備的迅猛發(fā)展，薄膜電容器小型化高容量是未來發(fā)展的趨勢，因此薄膜電容開邊機(jī)有著廣闊的市場前景。

[1] 靳建鼎.基于PLC控制的電容條切割機(jī)[J].電子工藝技術(shù)，2006，27（2）：100-103.

[2] 任劍，張愛玲.薄膜電容卷繞工藝及關(guān)鍵技術(shù)[J].電子工藝技術(shù)，2008，29（2）：102-104.

[3] 荊曉麗.薄膜電容切片機(jī)中的凸輪設(shè)計(jì)[J].電子工藝技術(shù)，2008，29（3）：171-173.