低壓變壓器接線端子自動裝配機的設計應用

李 輝，焦光華，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.浙江機電職業(yè)技術學院，杭州 310000）

0 引言

隨著自動化領域的發(fā)展，在生產線各個環(huán)節(jié)中都需要與自動化相結合。為了提高效率和產品的質量，更需要對各個環(huán)節(jié)中的設備進行自動化創(chuàng)新。

目前在變壓器技術領域中，接線端子的裝配至關重要，安裝質量影響到產品的安全性、可靠性和一致性。

螺釘型接線端子是國內目前主流的接線端子類型，該類型接線端子以免維護、良好的防震性能、導電性能以及防火性能等優(yōu)點而廣泛使用。與其他彈片式或直插式相比，該類型端子還具有接觸性好、耐腐蝕，具有自鎖防松功能[1]，國內接線端子市場中較為主流的是上海友邦、成都瑞聯(lián)等公司。目前全球主要的接線端子制造商是菲尼克斯、魏德米勒和萬可，由于國內需求量較大，發(fā)展也較快，越來越多的國外公司關注著國內現狀并積極合作。

相比于國內正處于螺釘型接線端子的擴展階段，國外在接線端子的生產較為成熟，從彈片式接線端子到直插式接線端子，大大提高了生產效率。

在大部分車間生產線現有的技術中，變壓器上的接線端子通常為單獨的部件放置在變壓器支架的安裝板上，而裝配也作為單獨的流程由人工組裝接線片、壓線螺釘、端子座等零件，勞動強度較大，疲勞情況下會導致質量不可靠、效率低。因此對于低壓變壓器接線端子自動裝配的研究很有必要，也是設備自動化發(fā)展的趨勢。

1 設計原理

本自動裝配設備由端子進料系統(tǒng)、端子移位（叉料）系統(tǒng)、排廢出料系統(tǒng)、擰螺釘機構、檢測機構、端子閉合機構等組成[2]。接線端子加工的效率可以與實際上變壓器的總裝速度相匹配，裝配機由一整套的PLC進行控制[3]。整體裝置的結構如圖1所示。

圖1 設備結構

其中端子進料系統(tǒng)由送料振動盤、進料軌道、進料感應、移位機構和定位系統(tǒng)組成，當感應器感應到端子時，移位機構將端子準確地送入夾具，定位系統(tǒng)對產品進行定位。完成進料的端子通過移位氣缸驅動，通過移位料道進入下一個工位。端子到位后，定位氣缸驅動，對將要裝接線片的端子進行定位。同時感應器感應到接線片時，氣缸驅動通過送料機構將接線片裝入接線端子座的指定位置，并由擰螺絲機構進行安裝固定。當產品完成裝配后，通過視覺傳感器去檢測是否每個端子的接線片、螺釘是否漏裝、是否裝配到位、端子外觀有無缺損。最后的排廢系統(tǒng)用來排出不符合標準的產品[4-5]。

2 重點結構設計

本裝置中較為重要的部分為塑殼件進料機構、接線片進料機構、壓線螺釘進料機構、出料機構。

其中塑殼件進料由振動盤、進料軌道、光纖傳感器、移位機構、軌道等組成。塑殼件振動盤旁側設有進給軌道，軌道尾端設有塑殼件推頂裝置和感應器，用來感知塑殼件軌道上物體的運動狀態(tài)機構，具體結構如圖2所示。由振動盤將端子塑料件依次輸送到進料軌道上，光纖傳感器探頭感應到經過的端子件后，移位機構將其送入到夾具軌道上，再由夾具軌道驅動器將端子塑料件依次送到下一工序[6]。

圖2 塑殼件進料結構圖

接線片進料機構共3組，主要由接線片振動盤、接線片移送裝置、接線端子定位、接線片吸嘴、接線片送料等部分組成。推頂滑軌上設有滑塊和推頂氣缸，氣缸驅動滑塊前后滑動，在接線片升降滑軌中設有升降滑塊，依靠升降氣缸和負壓氣缸上下滑動。接收來自塑料件進料機構的端子后，將接線片安裝到接線端子座的指定位置。具體結構如圖3所示。

圖3 接線片進料結構

壓線螺釘機構共3組，主要由壓線螺釘振動盤、壓線螺釘旋擰裝置、自動螺絲刀等部分組成。振動盤一側設有進給軌道，軌道尾端在工作臺上并配有機械手。該部分可以實現自動對接線端子進行擰螺釘處理[7]。具體結構如圖4所示。

圖4 壓線螺釘進料機構

出料機構包含設置在工作臺上的視覺傳感器、翻蓋閉合推壓塊、正品滑道和排廢氣缸等部分。在視覺傳感器檢測產品是否合格后，合格產品經由正品滑道滑出收集，不合格產品則由廢品滑道滑出并收集[8]。具體結構如圖5所示。

圖5 出料機構結構

3 控制部分設計

本設備的工況控制由PLC進行控制，包含PLC控制器、HMI人機界面（控制面板）。PLC具有可靠性高、抗干擾能力強、維護方便等優(yōu)點，配合人機界面的使用，操作員可以通過觸摸面板對設備各個環(huán)節(jié)進行監(jiān)測是否工作正常，也可以對擰螺釘機構設置扭力，保證螺釘松緊適當，增強整體設備的可操作性，監(jiān)測人機界面如圖6所示。

圖6 人機界面

PLC采用三菱FX3U系列，相比于其他型號的控制器，該系列體型小巧、控制可靠，在硬件上實現了內置6點同時100 kHz的32位高速計數輸入口，加快了CPU的處理速度，加強通訊功能和其他特殊適配器，可根據需求進行模塊的擴展，I∕O點最大容量為384點。

擰螺釘機構中的自動螺絲刀具有力矩可調功能，可直接在人機界面操作，也保證螺釘松緊適當，當螺釘扭力超過設定的扭力的時候擰螺釘電機將自動停止，起到保護的作用也可以提高生產質量。

4 具體工作流程

通過具體的流程和附圖對本設備的技術方案作進一步說明。

根據圖1所示設備結構和圖7所示產品結構，接線端子組件由端子塑料件、接線片、壓線螺釘等零件組成，組裝時，先將端子塑料件、接線片、壓線螺釘等零件放入相應的振動盤內，通過振動盤將所述零件送入進料軌道內，感應器感應到端子塑料件進入時，移位機構將其準確地送入夾具輸送軌道，同時接線片移位機構將接線片移到預定的夾具內[9]。

圖7 產品結構

當端子塑料件到達裝接線片工位時，端子定位系統(tǒng)對其定位，同時感應器感應到接線片時，送料機構將接線片送入預定位置，然后接線片送料機構將接線片安裝到端子塑料件內。

當裝好接線片的接線端子通過移位裝置到裝螺釘工位后，定位系統(tǒng)對端子定位，同時自動螺絲刀到達預定位置，并擰到接線片的螺絲孔內。

裝好螺釘的接線端子通過檢測區(qū)域，視覺傳感器檢測端子的接線片、螺釘是否漏裝、是否裝配到位、端子外觀有無缺損，裝配合格的端子由端子閉合機構將上蓋與底座壓緊閉合，不合格的端子則不動作。最后合格端子通過軌道驅動送入成品區(qū)，不合格端子則通過排廢氣缸驅動送入不合格區(qū)。

5 應用情況分析

本文所述的自動裝配機經過測試后現已在實際生產車間使用。在設備的測試期間，各個環(huán)節(jié)的工作狀況正常，裝置機械部分配合順暢，長時間的工作中并未出現異常情況，產出的產品質量合格，螺釘松緊程度合適，并和隨時調節(jié)上下螺紋高度。

實際生產過程中，該設備可直接與低壓變壓器生產線相配合，作為一個補充環(huán)節(jié)。未使用本裝置的生產變壓器過程中，接線端子在生產線部分會作為單獨部件需要人工進行安裝后，才會進行下一步驟，因此產品生產效率、外觀質量與工人的熟練度相關。生產線中加入接線端子裝配機后，實際生產效率可根據生產需要調節(jié)進料與整體裝配速度進行改變。在整體運行期間，車間生產線效率較原來提高了3倍。

6 結束語

本文所設計的設備采用上述結構和工作流程并已經過測試運行。作為一種新型的變壓器端子自動裝配機，在實際的生產應用中，解決了由于人工操作不當導致產品中螺釘松緊程度不合適，以及疲勞操作使產品不合格率較高等問題。相比于傳統(tǒng)手工安裝，效率提高了3倍，且產品一次送檢合格率高。整體流水線采用自動裝配機提高效率的同時還具有以下效果。

（1）可以根據需要修改螺釘的松緊程度，產品的安裝效率可根據實際生產節(jié)拍的速度調節(jié)，提高可操作性。

（2）在控制方面使用PLC與人機界面結合，操作方便簡單，對操作人員技能要求不高。

（3）實際與變壓器產線配合時，可提高配套變壓器的總裝速度，降低生產成本，結構簡單、設計合理。