基于PLC的端子自動切割機的設(shè)計

白梓含 張淑紅 王熙雛

(蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院機電工程系，江蘇 蘇州 215104)

0 引言

接插件也被叫為連接器，指的是各種電子組件之間的連接單元，因其涉及的領(lǐng)域廣，所以如何更有效率的將接插件生產(chǎn)出來顯得尤為重要。其核心元件端子，是一段金屬導體，它被密封在絕緣材料中，它起到元器件之間的信號傳輸和連接的作用。端子是利用銅、鋁、鐵等材料配上專用的模具在高速沖床上沖壓而成，當其成型以后為端子聯(lián)，需要用端子切割機來將它切割為單體。

然而面對種類繁多，更新周期快的端子品種，先后出現(xiàn)了不同的切割方式來制作端子例如單刃和單向間歇切割或者連續(xù)切割的方式。雖然技術(shù)與精度不斷提高，但是目前國內(nèi)外的端子切割機設(shè)施的現(xiàn)狀是一套切割裝備，只適用于一個規(guī)定型號的端子。當其型號發(fā)生變化，現(xiàn)有的切割裝備將無法使用，甚至出現(xiàn)了手工切割非標端子的情況。因其已經(jīng)無法滿足于目前的技術(shù)現(xiàn)狀，所以我們需要設(shè)計一套可以對不同型號不同類型的端子來代替現(xiàn)有的單一型號的端子切割機，以此來降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高其生產(chǎn)效率，加快企業(yè)的經(jīng)濟增長。

1 總體方案設(shè)計

1.1 工作原理與結(jié)構(gòu)方案設(shè)計

與端子類產(chǎn)品切斷相似，美國Azco開發(fā)出橡膠制品柔性定長切割機，該機具有良好的柔性，能快速切割從4～32英寸尺寸范圍內(nèi)的各種橡膠成品，在操縱柜中設(shè)定切割長度和數(shù)量，該機能自動按照用戶所需的產(chǎn)品規(guī)格進行長度設(shè)置和切割。這種機械結(jié)構(gòu)，為我們進行端子切割機每次切割長度的柔性化控制提供了有益的借鑒。

在對原有的端子機結(jié)構(gòu)進行分析研究的基礎(chǔ)上，提出非標端子切割機工作原理如圖1所示，端子自動切割機可以根據(jù)被切端子的類型來自動調(diào)整切割的數(shù)量，通過調(diào)整爪具來適應(yīng)不同型號的端子聯(lián)切割，要注意端子切割的精度和質(zhì)量。

圖1 非標端子切割裝置的組成

1.2 端子自動切割機結(jié)構(gòu)方案設(shè)計

通用電機、氣動元件和四桿機構(gòu)來實現(xiàn)端子切割機的進給運動，其進給運動順序由棘爪插入并推進一定數(shù)量的端子聯(lián)前進，接著棘爪縮回，最后回歸起點。

端子切割的方式有很多種，如沖壓切割、氣動切割帶動切割刀或采用鋸切割，折彎切割等，但不適用于形色各異非標端子。因此，我們放棄現(xiàn)有的沖壓切斷的作業(yè)方法。因其端子與銅基材連接的切痕處抗彎強度低，所以利用折彎方式進行切斷更合適。

1.3 端子自動切割機控制系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計

擬開發(fā)的端子切割機的功能與結(jié)構(gòu)方案，對其控制系統(tǒng)亦提出了新的要求：根據(jù)不同類型的非標端子進行實時調(diào)整進給步距，控制切割數(shù)量；針對不同類型的非標端子，通過控制系統(tǒng)快速調(diào)整爪具的方向和切割的方向來實現(xiàn)；通過工控機實現(xiàn)PLC、步進電機、傳感和氣動等元器件的柔性和通過觸摸屏實時控制。

根據(jù)該研究的最初目的，同一類型不同型號的端子可以對其進行切割和對所對應(yīng)的型號器材進行壓接。若端子聯(lián)的型號發(fā)生率改變，只需要適當?shù)匚⒄{(diào)便可以繼續(xù)生產(chǎn)，免去了頻繁更換設(shè)備與零件的麻煩，提高了效率。其系統(tǒng)流程圖如圖2所示，系統(tǒng)有6個部分組成，分別是送線部、壓端部、剝皮裁線部、扭線部、實時操控監(jiān)視部和物料堆放部。送線部由2個H2MD型號的步進電機和缺線感應(yīng)器組成，2個電機一前一后分別控制著壓接線的松、緊和進線、退線，并將對應(yīng)的線材運送到剝皮裁線部。由超靜音電機、端子切割專用變頻器、模具切割組建、端子檢測感應(yīng)器來組成壓端部，其功能是將端子切割下來，并將其傳送到對應(yīng)型號的線材中。剝皮裁線部由H2MD步進電機、切刀與吹起磁閥構(gòu)成。剝皮是由步進電機控制切刀來對線材的前端來進行的。按設(shè)定長度將線皮從導線上裁下來，由吹氣電磁閥排出。送線扭線部由步進電機、扭線感應(yīng)器和扭線氣缸組成，當步進電機將剝好的線材送至壓端部壓端。扭線氣缸將需要扭線的導線進行揉搓，方便接線。步科ET070觸摸屏組成實時監(jiān)控操作部?？梢栽O(shè)定壓接端子尺寸、剝線長度、切刀刀值深度設(shè)置、電機的功能設(shè)置和延時設(shè)置等功能。物料排放部是步進電機驅(qū)動放線電機運作，將成品傳送至物料倉，再利用排出氣缸將沒有完全排放的線材排放至物料倉中，由步進電機和吹氣氣缸組成。

圖2 控制系統(tǒng)流程圖

1.4 端子自動切割機原理樣機構(gòu)建

將端子自動切割機機械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)集成，構(gòu)建柔性化端子自動切割裝置。利用計算機仿真軟件對端子的直線進給運動和夾緊端子的旋轉(zhuǎn)運動的協(xié)調(diào)匹配進行模擬仿真分析，構(gòu)建端子切割機構(gòu)運動模型，分析該裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計的可行性。利用有限分析對端子就夾取端子聯(lián)的夾持力和切割力分析，預(yù)采用有限元分析軟件構(gòu)建力學模型，得出滿足工程精度的近似結(jié)果，進而預(yù)測該裝置在整個生命周期內(nèi)的可靠性。

2 端子切割機各部分功能

最終設(shè)計的端子切割機由4部分組成，分別是螺距傳送部、夾緊旋轉(zhuǎn)部、切割部和端子排放部。各部分功能如圖3所示。

圖3 全自動柔性壓端機系統(tǒng)實物圖

螺距傳送部由3部分組成，分別是限位感應(yīng)器、滑臺氣缸和電磁閥，其功能是用來將端子引到固定位置來方便對其進行切割。旋轉(zhuǎn)氣缸、擺動型氣爪和電磁閥3部分來構(gòu)成夾緊旋轉(zhuǎn)部，其主要功能是使用氣爪來夾緊端子排，氣缸旋轉(zhuǎn)作用其端子底部將其折斷，最后將切割好的端子分離出來。

切割部也是由3部分組成，分別是切割刀、滑臺氣缸和電磁閥，其功能是將要切割的端子盤將其用切割刀切割開來，使得螺距移動并讓下一組端子排進行切割操作。

端子排放部由滑臺氣缸和電磁閥2部分組成，其功能是利用擺動氣爪將被切割下來的端子夾緊，通過氣動滑臺將端子放到物料臺，廢料放進廢料盒中。

它的工作流程如下：按下按鈕上電，使系統(tǒng)復(fù)位，在觸摸屏上確認控制，螺距傳送部開始根據(jù)設(shè)好的位置開始輸送端子排，當系統(tǒng)檢測到端子排到達固定位置后，擺動氣爪開始工作并夾緊端子排，接著旋轉(zhuǎn)汽缸將送進來的端子排進行旋轉(zhuǎn)切割，端子排被切割后產(chǎn)生端子，并被分離出來傳送至物料盒，多余的廢料被切割刀切割排入廢料盒，最后再循環(huán)往復(fù)。

對于這個系統(tǒng)設(shè)計了手動單步操作方式與自動控制方式，避免發(fā)生故障不利于維修。并確定每次切割時端子排的個數(shù)，根據(jù)其切割長度，利用脈沖信號來對其進行計數(shù)。當其發(fā)生故障時，系統(tǒng)會發(fā)出警報并且自動停止運行，并發(fā)出警報信號，當故障被排除，系統(tǒng)恢復(fù)正常，并繼續(xù)工作。

3 結(jié)語

此次設(shè)計的端子切割機構(gòu)，可以在保證切割質(zhì)量的前提下，依靠一次切割數(shù)量在2～66個之間來進行調(diào)節(jié)，并可以根據(jù)不同的型號之間進行調(diào)整。減少了其加工的成本，提高了生產(chǎn)的效率。本文設(shè)計的變步距端子切割機構(gòu)，在保證切割質(zhì)量的前提下，通過滑移變距盤實現(xiàn)一次切割端子的數(shù)量可在2～6個之間柔性調(diào)節(jié)，能根據(jù)不同型號的非標端子進行快速調(diào)整，實現(xiàn)一次切割端子數(shù)量可調(diào)，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率，降低了端子的加工制造成本，該機構(gòu)已授權(quán)發(fā)明專利，并與合作企業(yè)進行了生產(chǎn)性中試，經(jīng)過試驗驗證，證明了該機構(gòu)的可行性。