新能源雙芯屏蔽環(huán)線束設(shè)備的研發(fā)與測試

左二兵

（鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鶴壁 458000）

汽車電動化趨勢下，新能源線束市場需求提升。車內(nèi)的高壓線束主要是對車輛提供高壓強(qiáng)電供電作用，比如動力電池高壓線束、電機(jī)控制器線束、快充和慢充線束等，此類線束在汽車中屬于高安全件，具有高電壓、高電流、大線徑導(dǎo)線等特點(diǎn)。針對新能源雙芯屏蔽環(huán)線束，研發(fā)設(shè)計出一款自動分線、自動識別（紅黑線）、自動剝皮、自動壓接等一體化加工設(shè)備，減少線束廠人工手動作業(yè)勞動強(qiáng)度，提升新能源線束整體質(zhì)量，完成自動化生產(chǎn)。

1 設(shè)備的整體工藝路線和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 設(shè)備的工藝路線

開發(fā)此類設(shè)備主要解決以下工藝：首先將已剝剪絕緣層和屏蔽環(huán)的線束按照預(yù)先設(shè)定的長度作為此設(shè)備最初的工序，然后手動將線束插入到定位分線器中，此分線器包含顏色傳感器可避免人工手動插入分線器時造成的插錯現(xiàn)象，接著定位傳感器收到準(zhǔn)備完成信號，觸發(fā)雙杠桿抓手定位線束，接著直線水平機(jī)構(gòu)移動線束進(jìn)入切刀機(jī)構(gòu)位置，上、下刀片同時動作完成“零切”和剝皮，最后直線水平機(jī)構(gòu)再將線束移動至壓接機(jī)位置，紅線和黑線依次完成壓接，完成全部工藝動作，線束樣品如圖1所示。

圖1 新能源雙芯屏蔽環(huán)線束

1.2 設(shè)備的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.分線定位機(jī)構(gòu)

組成：②顏色傳感器；④進(jìn)線導(dǎo)向塊；⑥觸發(fā)片；⑧觸發(fā)傳感器；⑨分線角度塊等。

功能：進(jìn)線導(dǎo)向塊主要是用來方便人工手動送線時順暢、快捷，減輕勞動者對線插孔的強(qiáng)度；分線角度塊是用來確保新能源雙芯線束正確分開，并保持在預(yù)定的位置，方便后續(xù)在切刀位置進(jìn)行剝皮和切斷；進(jìn)線導(dǎo)向塊上的顏色傳感器是用來保證雙芯線進(jìn)線時無差錯，具備糾錯功能；觸發(fā)傳感器組件是靠雙芯線的定位件通過彈簧的作用，使觸發(fā)件產(chǎn)生一個偏位移，帶給后面的金屬傳感器一個信號，這樣就實(shí)現(xiàn)了定位觸發(fā)功能，如圖2所示。

2.廢料切斷機(jī)構(gòu)

組成：①滑臺氣缸組件；③廢料切斷刀；⑤刀架；⑦收料箱等。

功能：廢料切斷機(jī)構(gòu)是指在新能源雙芯線壓接出現(xiàn)不良時，切斷刀直接將其頭部壓接的不良端子切斷，避免將非合格件流入下一道工序。主要包含一組上、下切刀，上、下刀架，滑臺氣缸和收料箱等，如圖2所示。

圖2 分線定位機(jī)構(gòu)和廢料切斷機(jī)構(gòu)

3.杠桿雙抓線機(jī)構(gòu)

組成：①定桿；②動桿；③旋轉(zhuǎn)固定塊；④浮動導(dǎo)軌；⑤杠桿氣缸等。

功能：定位雙芯線束的空間位置，在芯線的剝皮和切斷過程中需要始終保持其整體固定。利用氣缸上升，壓縮動桿間的彈簧，使動桿轉(zhuǎn)動至定桿從而壓緊線束?？紤]到在壓接的過程中，線束有一段下壓過程，需要浮動。因此，在設(shè)計此機(jī)構(gòu)時，增加一個導(dǎo)軌和浮動彈簧，保證壓接時線束與端子同步浮動。

4.平移機(jī)構(gòu)

組成：⑥輔助導(dǎo)軌；⑦固定支撐板；⑧連接板；⑨單軸機(jī)器人等。

功能：平移機(jī)構(gòu)是用來轉(zhuǎn)移線束位置的，在線束的整體運(yùn)動路線中，需要通過平移機(jī)構(gòu)運(yùn)動至廢料切斷位置、剝皮位置、壓接位置等。主要包含單軸機(jī)器人、導(dǎo)軌、底板等，單軸機(jī)器人是動力源，是保證平移位置一致性的核心零件，導(dǎo)軌是輔助單軸機(jī)器人運(yùn)動的，在平移過程中可減輕單軸機(jī)器人軌道的徑向載荷如圖3所示。

圖3 杠桿雙抓線機(jī)構(gòu)和平移機(jī)構(gòu)

5.切刀機(jī)構(gòu)

組成：①收料箱；②刀架；③電動滑臺；④上支撐板；⑤滾珠絲桿；⑥聯(lián)軸器；⑦伺服電機(jī)；⑧感應(yīng)片；⑨光電傳感器等。

功能：切刀機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)雙芯線的剝皮和切斷，主要包含上、下切刀，上、下刀架，電動滑臺，線性模組和收料箱等。考慮到雙芯線剝皮的精度和后期維護(hù)管理，摒棄常見的氣動滑臺而采用電動滑臺來驅(qū)動上、下刀片進(jìn)行剝皮和切斷。底部的線性模組是用來實(shí)現(xiàn)剝皮前后運(yùn)動的，采用的是高精度的伺服電機(jī)通過中間聯(lián)軸器驅(qū)動滾珠絲桿組塊，在剝皮長度的調(diào)整上實(shí)現(xiàn)mm級別的可控，如圖4所示。

1.3 設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)

設(shè)備整體采用的是開放式結(jié)構(gòu)，主要是方便后續(xù)現(xiàn)場的管理和維護(hù)，各組件之間運(yùn)動配合精準(zhǔn)，動作流暢，人工操作便捷，如圖5所示。

圖4 切刀機(jī)構(gòu)

圖5 整機(jī)實(shí)體圖

2 壓接設(shè)備及加工產(chǎn)品測試

2.1 壓接機(jī)CMK

壓接機(jī)是壓接端子最直接的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，雙芯線端子壓接穩(wěn)定性的前提是保證壓接機(jī)的穩(wěn)定性。采用國內(nèi)知名企業(yè)海昌制造的4T壓接機(jī)，通過使用MJBJ-199-00封閉高度調(diào)整儀進(jìn)行測量，對壓接機(jī)的高度進(jìn)行統(tǒng)一的校準(zhǔn)，其內(nèi)含的預(yù)載荷可消除機(jī)械間隙，精度可達(dá)到0.01 mm，臨界機(jī)器能力指數(shù)（Machine Capability Index, CMK）測量結(jié)果如圖6和圖7所示。

圖6 壓接高度CMK測量

圖7 壓接機(jī)沖壓力CMK

通過數(shù)據(jù)分析可知，壓接機(jī)的壓接高度CMK= 3.88（CMK≥2.33），遠(yuǎn)大于企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2.33，正常高度135.784 mm，最大誤差7.45 μm，最小誤差-4.26 μm。

壓接機(jī)沖壓力CMK=4.55，平均壓力7 618.64 N，最大壓力7 634.99 N，最小壓力7 590.37 N，幅度1.5%，滿足壓接要求。

2.2 總長度測試

屏蔽環(huán)最外端處到端子最前端尺寸是此類新能源雙芯線后續(xù)工藝的安裝尺寸，偏差過大或過小都將嚴(yán)重影響產(chǎn)品的最終質(zhì)量。將在設(shè)備上加工完成的產(chǎn)品進(jìn)行多批次采樣，取樣50根雙芯線束，通過細(xì)致的測繪，取得如圖8所示數(shù)據(jù)，平均長度33.8 mm，最大長度34.3 mm，最小長度33.6 mm，CMK=2.23。

圖8 總長度測試結(jié)果

圖9 壓接后線束外觀尺寸要求

根據(jù)產(chǎn)品的工藝要求和后續(xù)端子插接規(guī)范，如圖9所示，此處長度取值L6±0.5，L6為產(chǎn)品的預(yù)定參數(shù)34 mm，綜合測量數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，線束總長度的中間值是33.9 mm，偏離理想值0.1 mm，但長度公差范圍是±0.5 mm，因此可滿足現(xiàn)場工藝需求。

2.3 壓接端子剖面分析

端子的剖面分析是檢驗(yàn)壓接質(zhì)量最直觀、最有效的方式。將新能源雙芯屏蔽環(huán)線束的壓接端子進(jìn)行切斷、研磨拋光、剖面清洗，然后將其放入端子分析儀中進(jìn)行圖像調(diào)節(jié)、關(guān)鍵尺寸測量和生成報告數(shù)據(jù)等步驟，得出圖10和圖11剖面圖。

根據(jù)端子分析儀測量得出黑線的壓接高度Hc1=2.28 mm，壓縮面積S1=2.82 mm2，壓縮比達(dá)到70.5%；紅線的壓接高度Hc2=2.29 mm，壓縮面積S2=2.80 mm2，壓縮比達(dá)到70%。參考汽車線束廠工藝規(guī)范，黑線和紅線均滿足正常使用要求。

圖10 黑線剖面分析

圖12 拉力實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.4 線束拉拔力測試

線束拉拔力測試屬于破壞性實(shí)驗(yàn)，檢測的是線束與端子之間的附著力。此次實(shí)驗(yàn)采用的是海昌公司的產(chǎn)品HBQ-064拉力試驗(yàn)機(jī)，隨機(jī)取樣50根，拉力結(jié)果如圖12 所示，最大拉拔力376 N，最小拉拔力325 N，CMK達(dá)到2.05，均值350 N，數(shù)值圖像滿足正態(tài)分布；常規(guī)線束4 mm2拉拔力要求值為265 N，因此，拉拔力滿足生產(chǎn)工藝要求。

3 結(jié)論

研發(fā)設(shè)計了一款針對新能源雙芯屏蔽環(huán)線束的加工設(shè)備，從其壓接能力和產(chǎn)品加工后的樣品均進(jìn)行嚴(yán)格測試：壓接機(jī)CMK檢測—壓接高度和沖壓力穩(wěn)定性；線束壓接后總長度測量；端子剖面分析；線束與端子拉拔力測試；對四個檢測項目進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)果顯示：壓接高度CMK=3.88，壓接沖壓力CMK=4.55，壓接后總長度CMK= 2.23，黑線和紅線的壓接高度分別是2.28 mm和2.29 mm，壓縮比分別是70.5%和70%，拉拔力CMK=2.05；與廠家企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)核對，均滿足線束廠工藝要求。新能源雙芯屏蔽環(huán)線束設(shè)備的批量生產(chǎn)，為國內(nèi)外新能源汽車的迅速發(fā)展提供必要的裝備支撐。