電器用母線自動折圈成型設(shè)備的設(shè)計應(yīng)用

李 輝，汪發(fā)兵，盧德林，陳潔瓊

（1.溫州正泰電源電器有限公司，浙江溫州 325000；2.浙江省工業(yè)和信息化研究院，杭州 310000；3.浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，杭州 310000）

0 引言

隨著智能制造和自動化技術(shù)在加工產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，以及電器行業(yè)的迅猛發(fā)展，生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量與生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率都是關(guān)鍵點(diǎn)，因此提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量是自動化產(chǎn)業(yè)線發(fā)展的主要任務(wù)。

目前國內(nèi)市場上對于電器用母線的需求量增長較快，但傳統(tǒng)母線折彎設(shè)備大都為手動或半自動控制，其折彎角度控制精度及加工效率都較低[1]，打圈的效果由工人的操作水平而定，對彎線工具要求高，勞動強(qiáng)度大，打圈后中心圓各不相同，影響母線裝配，這種方式不僅效率低、一致性差，也會浪費(fèi)人力資源。因此本文闡述的一種自動母線折圈設(shè)備，并結(jié)合國內(nèi)的生產(chǎn)線現(xiàn)狀進(jìn)行實際應(yīng)用。

相較于現(xiàn)有的折彎機(jī)，本設(shè)計是采用純機(jī)械結(jié)構(gòu)配合PLC進(jìn)行控制，可通過主控電腦或人機(jī)界面進(jìn)行操作，根據(jù)實際的生產(chǎn)需要改變折圈程度。

現(xiàn)代母線折彎技術(shù)的發(fā)展趨勢是高速、高效、低能成本，降低成本的同時需要提高生產(chǎn)效率。機(jī)電液一體化，結(jié)合機(jī)械和電子方面的技術(shù)使得穩(wěn)定性提高。自動、智能化，整體作業(yè)的控制系統(tǒng)不僅僅實現(xiàn)自動加工，更要體現(xiàn)在故障報警和診斷處理中[2]。

與國內(nèi)相比，國外在該領(lǐng)域發(fā)展較為成熟，普遍會采用電液比例控制技術(shù)對油缸同步控制，比機(jī)械液壓系統(tǒng)調(diào)整更方便，易實現(xiàn)雙機(jī)聯(lián)動，液壓系統(tǒng)集成化[3]，在此情況下，為了獲得精度更高、質(zhì)量更好的產(chǎn)品，國內(nèi)企業(yè)有經(jīng)濟(jì)實力的企業(yè)需要花費(fèi)較高的費(fèi)用去購買，這也導(dǎo)致該行業(yè)大小企業(yè)之間差距越來越大。為了解決國內(nèi)需求量與經(jīng)濟(jì)效益等問題，對于電器用母線折圈成型的自動化過程研究很有必要，也是設(shè)備加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。

1 設(shè)計原理

本設(shè)備由氣缸、電機(jī)室、轉(zhuǎn)動限位裝置、長度限位裝置、主動齒輪、定位裝置、基座、電源開關(guān)等基礎(chǔ)設(shè)備組成，并附帶一套完整的PLC控制系統(tǒng)。母線加工設(shè)備根據(jù)實際需要，可以靈活調(diào)整圓孔的大小，打圈的造型按母線安裝場所要求而設(shè)計[4]。產(chǎn)品的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)圖（主視）

本設(shè)備安裝墻板上設(shè)有固定軸，固定軸上經(jīng)第一軸承設(shè)有轉(zhuǎn)盤，其上的偏心折圈轉(zhuǎn)軸用以旋轉(zhuǎn)母線，固定軸與折圈轉(zhuǎn)軸之間的距離略大于電器母線的厚度。折圈轉(zhuǎn)軸包括固定在轉(zhuǎn)盤上的偏心軸，偏心軸經(jīng)第二軸承設(shè)有滑套，工作時滑套順勢轉(zhuǎn)動并壓制電器母線沿固定軸完成折圈。轉(zhuǎn)盤左側(cè)的安裝墻板上設(shè)有放置電器母線的擱架，并附有壓板，擱架的上端面與固定軸的中心線內(nèi)平齊，擱架上端面設(shè)有小臺肩。轉(zhuǎn)盤另一側(cè)，在安裝墻板上設(shè)有電器母線的限位擋板，用以限定電器母線前端伸出的長度。

氣缸連接活塞桿與定位裝置一起負(fù)責(zé)固定母線，并使前端稍向上傾斜，確保母線在折圈時不會晃動導(dǎo)致產(chǎn)品不合格。電機(jī)室?guī)愚D(zhuǎn)動限位裝置，裝置上有偏心軸，在裝置旋轉(zhuǎn)的同時可以使得母線進(jìn)行折圈工藝，此處的轉(zhuǎn)盤也可更換為齒輪或其他結(jié)構(gòu)。長度限位裝置可以限制前端放置的距離，以此可根據(jù)實際需要生產(chǎn)不同折圈規(guī)格的母線[5-6]。

2 PLC控制系統(tǒng)

該裝置附帶一套PLC控制系統(tǒng)，包含PLC控制器、HMI人機(jī)界面（控制面板）、PLC控制伺服電機(jī)。PLC作為可編程控制器具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，再加上人機(jī)界面的使用，可直觀在屏幕上監(jiān)測各個環(huán)節(jié)工作情況以及設(shè)置裝置工作參數(shù)，使得整體裝置對操作員工的操作水平要求不高。

PLC采用三菱FX1N系列，相比于其他型號的控制器來說，該系列更加的小型化，控制更加可靠，性能更強(qiáng)，在通信和特殊功能模塊有較好的應(yīng)用，適用于多個基本組件間的連接，可根據(jù)需求進(jìn)行模塊的擴(kuò)展，最多可擴(kuò)展到128個I/O點(diǎn)。

通過控制系統(tǒng)中的人機(jī)界面（控制面板）可對整體裝置的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測，包括主要的進(jìn)料電機(jī)、氣缸、轉(zhuǎn)盤等設(shè)備，若設(shè)備工作狀態(tài)異常則進(jìn)行報警提示，確保各個環(huán)節(jié)的正常工作?？梢哉{(diào)節(jié)進(jìn)料電機(jī)的運(yùn)行頻率，達(dá)到控制整體生產(chǎn)線的效率，該部分需要和實際生產(chǎn)需求相結(jié)合，增強(qiáng)整體裝置的可操作性。具體的人機(jī)界面測試控制如圖2所示。

圖2 人機(jī)測試界面

母線的產(chǎn)品質(zhì)量通過轉(zhuǎn)盤與長度限位裝置控制，二者不變時刻確保折圈弧度和同心圓大小一致，保證產(chǎn)品品質(zhì)量和一致性[7]。

當(dāng)實際需要母線規(guī)格不同時，可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤的電機(jī)功率和轉(zhuǎn)盤工作時間來控制轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的角度，以改變母線折圈的圓心大小并達(dá)到使用要求。

3 工作流程

以下通過具體的工作流程并結(jié)合附圖對該裝置的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖3設(shè)備整體結(jié)構(gòu)和剖分圖所示，本設(shè)備基礎(chǔ)部件均設(shè)置在安裝墻板1上，氣缸5、活塞桿6、壓板7為固定裝置和擱架2配合用以固定電器母線；固定軸8、轉(zhuǎn)盤9、偏心軸10與限位擋板11配合用以限定母線前段伸出長度并使其折圈運(yùn)動，該長度根據(jù)折圈需要可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)盤9固定在固定軸8上，并設(shè)有偏心的折圈轉(zhuǎn)軸，折圈轉(zhuǎn)軸包括固定在轉(zhuǎn)盤9上的偏心軸10，固定軸8與折圈轉(zhuǎn)軸上滑套16之間的距離略大于電器母線12的厚度。擱架2的上端面3與固定軸8的中心線平齊，擱架上端面3的內(nèi)側(cè)設(shè)有小臺肩4，小臺肩4的高度小于電器母線12的厚度。

圖3 設(shè)備整體結(jié)構(gòu)和剖分

開始工作狀態(tài)時，將折圈轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動到固定軸的正上方，再啟動汽缸提升壓板，并將所需折圈的電器母線經(jīng)小臺肩擱置在擱架上，電器母線的前端從固定軸與折圈轉(zhuǎn)軸之間穿過并伸出一定距離的長度，長度由限位擋板限定，由于擱架的上端面與固定軸的中心線平齊，使得電器母線的前端略向上傾斜，可以更好的進(jìn)行折圈處理。

啟動汽缸放下壓板將電器母線壓制在擱架上，此時電器母線的主體水平，電器母線在固定軸被折彎使其前端更加向上傾斜，接著轉(zhuǎn)盤的運(yùn)動使得折圈轉(zhuǎn)軸繞固定軸轉(zhuǎn)動，折圈轉(zhuǎn)軸上的滑套順勢轉(zhuǎn)動并壓制電器母線沿固定軸完成折圈，滑套與電器母線之間沒有摩擦只有壓制，減少對產(chǎn)品的損害，生產(chǎn)的電器母線更加美觀。

最后轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤復(fù)位，啟動汽缸提升壓板，取出制作完成的電器母線。

其中轉(zhuǎn)盤可以制作成齒輪結(jié)構(gòu)，經(jīng)齒輪傳動驅(qū)動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，或由其他形式的驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動；壓板也可以采用其他結(jié)構(gòu)形式使得壓板將電器母線壓制在擱架上[8]。

4 應(yīng)用情況分析

本設(shè)備已在生產(chǎn)車間使用，在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，此設(shè)備進(jìn)行電器用母線的折圈成型，設(shè)備各個環(huán)節(jié)動作連貫，操作流暢，平均的母線折圈時間僅需1s。測試期間進(jìn)行長時間的試運(yùn)行工作，在48h的持續(xù)工作期間工作正常，并未有異常報警，成品一次送檢合格率達(dá)到99.5%。經(jīng)生產(chǎn)效率統(tǒng)計，原來車間工人使用尖嘴鉗等工具進(jìn)行手工折圈操作，平均折圈時間為5s，本設(shè)備的應(yīng)用使得車間產(chǎn)品的生產(chǎn)效率提高了4～5倍。

本設(shè)備加工的折圈母線不會出現(xiàn)人工使用尖嘴鉗導(dǎo)致的折痕和毛刺問題，圓弧較為圓滑美觀，一致性好，外形統(tǒng)一，方便庫存和安裝使用。

在長時間的工作中，考慮到工人的重復(fù)機(jī)械勞動造成身心上的疲勞，工作效率會降低，產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和毛刺很難符合工藝要求，因此在實際的長期作業(yè)中，使用本設(shè)備效率會提升近5倍以上，不會出現(xiàn)人工人為的質(zhì)量問題。

5 結(jié)束語

綜上所述，電器用母線自動折圈成型設(shè)備采用上述結(jié)構(gòu)和工作流程，并在車間中進(jìn)行了測試和應(yīng)用。在實際應(yīng)用中，解決了由于人工作業(yè)導(dǎo)致產(chǎn)品折圈程度大小不一，弧度不圓滑，折痕和毛刺較多等問題，提高產(chǎn)品的產(chǎn)品質(zhì)量和美觀性，確保生產(chǎn)產(chǎn)品的一致性。該設(shè)備采取全自動折圈成型工藝將生產(chǎn)效率提高4～5倍的同時還具有如下效果。

（1）具有多功能調(diào)節(jié)，實際工作時，可以根據(jù)實際需要，改變長度限位來調(diào)整打圈內(nèi)徑。

（2）整體設(shè)備采用內(nèi)導(dǎo)向氣缸，精密度高、互換性好。

（3）設(shè)備整體采用立式結(jié)構(gòu)，占地面積小，結(jié)構(gòu)緊湊，提高了空間利用率。

（4）采用PLC與人機(jī)界面結(jié)合控制，操作方便，使用簡單，對操作員工的操作水平要求較低，適合車間實際生產(chǎn)。