空調(diào)電機(jī)定子自動防銹、按印制造裝備的研究

熊立貴 蔡昭華 謝波 ＊ 陳娃蕊 李壯志 何波

（1.廣東開放大學(xué)（廣東理工職業(yè)學(xué)院），廣東廣州 528428；2.中山市格林曼光電科技有限公司，廣東中山 528400；3.中山德力森自動化設(shè)備有限公司，廣東中山 528400）

空調(diào)器已成為大眾化的電器，且中國是全球空調(diào)研發(fā)和生產(chǎn)的最大基地，國內(nèi)空調(diào)產(chǎn)銷量占全球80%的份額[1]。其中塑封電機(jī)是空調(diào)器的主要元器件，它的質(zhì)量決定空調(diào)產(chǎn)品的風(fēng)量大小，直接影響空調(diào)器的制冷量或制熱量的能力。目前市場上對塑封電機(jī)防銹處理的大都是半自動作業(yè)制造生產(chǎn)，表面除防銹油不均勻，且作業(yè)時人為因素導(dǎo)致除油偏少或偏多。然而塑封電機(jī)定子是鐵芯材料，易生銹，每個電機(jī)定子進(jìn)行塑封后要進(jìn)行防銹處理工序，目前大都是人工作業(yè)。此外，塑封電機(jī)每日生產(chǎn)的訂單種類多，企業(yè)為了生產(chǎn)訂單批次跟蹤管理，采用不干膠透明貼紙，不僅效率低，還增加成本。當(dāng)前國家的工業(yè)化進(jìn)程逐步向科技化、數(shù)字化、智能化的方向轉(zhuǎn)變，裝備制造行業(yè)也跟進(jìn)發(fā)展步伐，邁進(jìn)智能化工廠，實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)“無人化”生產(chǎn)[2]。為促進(jìn)智能制造行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，進(jìn)行對空調(diào)電機(jī)定子自動防銹、按印制造裝備的研發(fā)勢在必行。因此，本文針對塑封電機(jī)定子鐵芯防銹處理和生產(chǎn)訂單批次號跟蹤管理面臨的自動化難題，開發(fā)一體式自動化制造裝備，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，同時解決電機(jī)定子生銹問題，對空調(diào)送風(fēng)裝置的耐用性具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 塑封電機(jī)定子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

塑封電機(jī)結(jié)構(gòu)主要由定子部分、轉(zhuǎn)子部分、支撐部分的端按和軸承三大部分組成。本文主要是研究塑封電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)中的自動化鐵芯防銹處理技術(shù)和塑封料外殼按印訂單批次號技術(shù)。定子部分是由定子鐵芯、定子繞組、機(jī)殼（塑封料）等組成[3]。

1.1 鐵芯結(jié)構(gòu)

鐵芯部分是0.2 mm 至0.6 mm 之間的硅鋼片作為原材料進(jìn)行沖壓疊片組成，由于鐵的成分容易與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氧化鐵和四氧化三鐵的混合物鐵銹。

1.2 定子繞組結(jié)構(gòu)

定子繞組常規(guī)材料為包有耐溫絕緣漆的漆包線，其由漆包線、絕緣骨架、熱保護(hù)器、引出線、端子、插件組成。

1.3 塑封定子結(jié)構(gòu)

半定子繞線、BMC 材料封裝定子，具有體積小、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，主要用于空調(diào)、除濕機(jī)、空氣凈化器等電器。定子在鐵芯上組裝絕緣骨架、繞線后進(jìn)行塑封，塑封料采用熱固性BMC，以不飽和聚酯樹脂為基體，以玻璃纖維為增強(qiáng)材料，并加入固化劑及各種填料，均勻混合而成的一種模塑預(yù)成型材料。對每批次訂單生產(chǎn)定子進(jìn)行按印，可以跟蹤管理，方便解決產(chǎn)品售后問題溯源。

2 塑封電機(jī)定子防銹、按印制造裝備結(jié)構(gòu)研究

塑封電機(jī)定子防銹、按印裝備，其結(jié)構(gòu)由方管焊接的機(jī)架，在機(jī)架上設(shè)有加工工作臺，機(jī)架側(cè)裝有控制箱，在基座上設(shè)有塑封電機(jī)定子防銹部分、定子按印部分和定子排出部分機(jī)構(gòu)，以及操作控制面板，如圖1 所示。

圖1 塑封定子防銹按印裝備

當(dāng)檢測到工作臺上有塑封電機(jī)定子時，防銹機(jī)構(gòu)豎向下降運(yùn)動，刷頭進(jìn)行蘸油后，上升，再由橫向水平運(yùn)動，到達(dá)定子處時，豎直向下運(yùn)動，同時刷頭進(jìn)入定子中并由驅(qū)動系統(tǒng)轉(zhuǎn)動涂油防銹，使防銹劑覆蓋于定子的鐵芯件上，定子涂防銹劑工藝完成。按印運(yùn)動驅(qū)動系統(tǒng)得到指令后進(jìn)行工作，同理按印機(jī)構(gòu)組件中設(shè)有豎向升降部分及橫向水平伸、縮運(yùn)動裝置，印頭先進(jìn)行豎向下降運(yùn)動蘸印泥，上升，再橫向水平運(yùn)動，到達(dá)定子處時，豎直向下降運(yùn)動，進(jìn)行按印訂單批次號碼，上升后進(jìn)行橫向復(fù)位，定子排出部分用于將治具撥出加工工作臺。

2.1 塑封電機(jī)定子防銹制造裝置

塑封電機(jī)定子防銹機(jī)構(gòu)裝置主要是用于對電機(jī)定子進(jìn)行防銹加工，其結(jié)構(gòu)由支撐架座、導(dǎo)軌、水平橫向氣缸、橫向運(yùn)行導(dǎo)板、垂直豎向氣缸、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、萬向接頭、軸承座、旋轉(zhuǎn)桿、夾頭、油毛刷、小油箱等構(gòu)件組成。其工作原理是：防銹劑儲存件、可旋轉(zhuǎn)防銹件以及驅(qū)使可旋轉(zhuǎn)防銹件橫向水平運(yùn)動、豎向升降運(yùn)動以使可旋轉(zhuǎn)防銹件靠向電機(jī)定子進(jìn)行防銹工作或在完成防銹工作后離開定子并使得可旋轉(zhuǎn)防銹件進(jìn)入防銹劑儲存件中的防銹運(yùn)動驅(qū)動系統(tǒng)，可旋轉(zhuǎn)防銹件在進(jìn)入防銹劑儲存件中以使防銹劑覆蓋于可旋轉(zhuǎn)防銹件上。達(dá)到電機(jī)定子的鐵芯覆蓋防銹油，不易生銹的目的[3]。

2.2 塑封電機(jī)定子按印制造裝置

塑封電機(jī)定子按印機(jī)構(gòu)裝置用于對定子進(jìn)行按印加工，其結(jié)構(gòu)由印泥臺、支撐架、水平橫向氣缸、導(dǎo)桿、直線軸承座、垂直豎向氣缸、彈簧復(fù)位裝置、壓緊固定結(jié)構(gòu)、印章頭、印泥盒組成。塑封電機(jī)定子按印機(jī)構(gòu)部分工作原理是：按印頭，以及驅(qū)使按印頭橫向水平運(yùn)動、豎向升降運(yùn)動以使按印頭靠向塑封定子進(jìn)行按印工作，在完成按印工作后離開治具的按印運(yùn)動驅(qū)動系統(tǒng)，按印運(yùn)動驅(qū)動系統(tǒng)包括有豎直設(shè)置的送印氣缸，送印氣缸的下端連接有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的下端固定有按印氣缸，在按印氣缸的下端固定連接有按印頭，按印氣缸可驅(qū)使按印頭作用于治具上或離開定子，送印氣缸可驅(qū)使導(dǎo)柱作豎直升降運(yùn)動以使按印氣缸接近定子或遠(yuǎn)離定子。按印運(yùn)動驅(qū)動系統(tǒng)還包括有豎直安裝于基座上的油箱支柱，在油箱支柱上設(shè)有油箱，在油箱中橫向設(shè)置有水平氣缸，水平氣缸的端部通過支架與送印氣缸連接，水平氣缸可驅(qū)使送印氣缸在水平方向上運(yùn)動。按印機(jī)構(gòu)作用是在生產(chǎn)中，生產(chǎn)訂單每批次碼直接按印在產(chǎn)品上，無需以前采用不干膠標(biāo)貼紙粘貼，節(jié)省了材料人工費(fèi)用，還可以進(jìn)行產(chǎn)品分類以及產(chǎn)品售后跟蹤，達(dá)到便于管理的目的[4,5]。

2.3 電機(jī)定子放置、排出裝置

塑封電機(jī)定子送料定位裝置是在防銹、按印加工之前的工序，同時也是加工完后排出回料機(jī)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)是由定位架工作臺、斜托條、接近開關(guān)、無桿氣缸、排出桿、接料槽、緩沖橡膠墊等組成。工作原理是：塑封電機(jī)定子在進(jìn)入工作臺上時，在電機(jī)定子被按印、防銹序加工完成后，得到信號指令，有一個拔料的無桿氣缸將定子從定位處向下拔回，而塑封電機(jī)定子會順著斜托系滑下，即完成定子加工完成后排出工序，然后進(jìn)行包裝入庫。

3 塑封電機(jī)定子防銹、按印裝備控制研究

塑封電機(jī)定子防銹、按印裝備控制系統(tǒng)由旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)、PLC 控制器、人機(jī)界面控制屏、急停按鈕、指示燈、啟動按鈕、電位器、交流調(diào)速器、電源整流板等組成。氣路組件部分主要是由儲氣罐、滑塊雙桿氣缸、圓柱形缸、電磁閥、消音器、三聯(lián)體、管接頭、氣管等組成。在電氣控制方面的關(guān)鍵技術(shù)是要解決塑封電機(jī)定子的防銹、按印工序，兩個工序的先后工作順序，以及工作水平橫向伸出相同點(diǎn)定位中心。人機(jī)界面操作為手動及自動兩種操作模式，手動操作主要是在第一次加工時進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行，在調(diào)試、設(shè)定好后，系統(tǒng)就會保存記憶，以便下一次同規(guī)格型號的產(chǎn)品加工。在啟動自動模式時，檢測到工作臺有工件，裝備就開始運(yùn)行并進(jìn)行加工，按印氣缸下降蘸油墨，隨之上升。同時毛刷氣缸下降浸防銹液。壓印氣缸上升后，水平橫向傳送氣缸伸出，按印氣缸下降在工件上按印。按印結(jié)束后，壓印氣缸上升，水平伸出傳送氣缸退回原位置。毛刷機(jī)構(gòu)氣缸上升后，毛刷高速運(yùn)轉(zhuǎn)，將毛刷上多余的防銹液甩下，傳送水平橫向氣缸退回原位置后，防銹裝置的水平伸出傳送氣缸出，毛刷低速運(yùn)轉(zhuǎn)，毛刷氣缸下降在工件內(nèi)涂防銹液。涂防銹液結(jié)束后，毛刷氣缸上升，水平伸出傳送氣缸退回原位置。卸料氣缸出，將工件推出工作臺，卸料氣缸回，即完成了一個工作循環(huán)過程[6]。

3.1 電路控制設(shè)計(jì)

空調(diào)電機(jī)定子智能制造裝備采用了PCL 可編程控制器進(jìn)行控制。電路控制圖設(shè)計(jì)，可指導(dǎo)工人對研發(fā)裝備進(jìn)行按線組裝，同時對今后查找問題和維修也起到作用。

3.2 氣路圖控制設(shè)計(jì)

智能裝備的按印部分、毛刷上下運(yùn)動部件、工件排出部件、按印送出裝置、毛刷水平方向運(yùn)行部件全部采用氣缸作為動力，其氣路控制中采用三聯(lián)體、電磁閥等組成。

在加工工作臺上檢測到定子工件時，根據(jù)控制程序依次進(jìn)行定子按印加工工序、定子防銹加工工序，在按印、防銹工序加工完成后，通過塑封定子排出機(jī)構(gòu)將塑封定子卸料排出加工工作臺，整個過程自動化控制，連續(xù)不間斷地完成作業(yè)，快速、高效，大大降低了生產(chǎn)成本和人力強(qiáng)度。

4 裝備研發(fā)流程、運(yùn)行調(diào)試實(shí)驗(yàn)、保養(yǎng)維護(hù)

4.1 裝備研發(fā)流程

非標(biāo)設(shè)備開發(fā)一般適合以下裝備研發(fā)制造流程，可以為新型裝備研發(fā)流程提供參考價值：

4.2 裝備運(yùn)行、調(diào)試實(shí)驗(yàn)

裝備在全部組裝及布線完成后，接下來就是調(diào)試運(yùn)行，測試裝備是否能滿足技術(shù)要求進(jìn)行產(chǎn)品加工，并驗(yàn)證其可靠性。

在運(yùn)行調(diào)試時，先進(jìn)入手動操作模式，即開機(jī)狀態(tài)為手動狀態(tài)，手動運(yùn)行前，要確認(rèn)【原位置】燈是否亮。如果不亮，即傳送1、傳送2 氣缸沒在初始位置，這時要使【原位置】按鈕開關(guān)ON，即確認(rèn)【原位置】燈亮。然后，根據(jù)操作面板的示意，進(jìn)行手動運(yùn)行。毛刷的高、低速度由操作面板的高、低速度調(diào)節(jié)旋鈕來確定。

以下是控制操作面板上對應(yīng)的各操作開關(guān)按鈕功能：

（1）壓?。荷仙?下降（壓印氣缸的上/下）；（2）傳送1：送出/退回（壓印氣缸的出/退）；（3)傳送2：松出/退回（毛刷氣缸的出/退）；（4）毛刷：上升/下降（毛刷氣缸的上/下）；（5)卸料：送出/退回（卸料氣缸的出/退）；（6）啟動：自動/腳踏（啟動方式的選擇）。

在手動模式進(jìn)行試運(yùn)行后，一切正常情況下，把模式設(shè)置為自動運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)模式。根據(jù)操作面板的【操作模式】按鈕開關(guān)，把手動運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換成自動運(yùn)行方式。自動運(yùn)行前，要確認(rèn)【原位置】燈是否亮。如果不亮，要使自動運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換成手動運(yùn)行方式，再使【原位置】按鈕開關(guān)ON，即確認(rèn)【原位置】燈亮根據(jù)操作面板的啟動方式選擇開關(guān)，確認(rèn)是自動啟動還是腳踏啟動。在自動啟動方式下，工作臺一放置工件，機(jī)器就開始運(yùn)行。在腳踏啟動方式下，工件放置工作臺上，然后使腳踏開關(guān)ON，機(jī)器才開始運(yùn)行。啟動后，壓印氣缸下降沾油墨，隨之上升。同時毛刷氣缸下降浸防銹液。壓印氣缸上升后，傳送1 氣缸出，壓印氣缸下降在工件上按印。按印結(jié)束后，壓印氣缸上升，傳送1 退回原位置。毛刷氣缸上升后，毛刷高速運(yùn)轉(zhuǎn)，將毛刷上多余的防銹液甩下，傳送1 氣缸退回原位置后。傳送2 氣缸出，毛刷低速運(yùn)轉(zhuǎn)，毛刷氣缸下降在工件內(nèi)涂防銹液。涂防銹液結(jié)束后，毛刷氣缸上升，傳送2 氣缸退回原位置。卸料氣缸出，將工件推出工作臺，卸料氣缸回。然后再放置工件，進(jìn)行下一個循環(huán)過程。在空運(yùn)行一切正常情況下，放入定子加工工件，踩一下腳踏開關(guān)，裝備進(jìn)行防銹、按印、排料的工序加工過程。為了驗(yàn)證設(shè)備的可靠性，設(shè)置塑料電機(jī)定子防銹按印裝備完成一個循環(huán)，自動進(jìn)入下一個循環(huán)，不斷地運(yùn)行加工，經(jīng)過調(diào)試運(yùn)行一切符合技術(shù)協(xié)議要求，才可以發(fā)貨給客戶使用。

4.3 裝備維護(hù)與保養(yǎng)

在使用設(shè)備工作前應(yīng)檢查各緊固件有無松動，機(jī)器有無安放平穩(wěn)，設(shè)備在工作時如有異常，應(yīng)立即停車，以免損壞，工作完畢后，清除雜物，擦拭干凈設(shè)備。定期檢查氣壓系統(tǒng)中的油量，不足時就及時補(bǔ)充液壓油。定期檢查氣動部分過濾器中的水，及時排水，檢查油霧池中是否仍有機(jī)油，不夠時就及時補(bǔ)充。檢查各滑塊、鉸鏈，使其行走順暢，定期加潤滑油[7]。

5 應(yīng)用實(shí)例

塑封電機(jī)在家用電器中應(yīng)用比較廣泛，其具有噪聲較低、體積小的優(yōu)勢，因此是壁掛式空調(diào)器室內(nèi)機(jī)風(fēng)扇系統(tǒng)首選原因。該裝備已在電機(jī)生產(chǎn)商得到推廣應(yīng)用，該設(shè)備的加工塑封定子防銹效果均勻，手工涂覆時作業(yè)的防銹漆均勻性效果不佳。對內(nèi)部進(jìn)行除銹可以提高電機(jī)的使用壽命，減少轉(zhuǎn)子的摩擦。

6 結(jié)束語

本文針對塑封電機(jī)后工序處理制造，研發(fā)出一種適合于空調(diào)器、移動空調(diào)、除濕機(jī)、空氣凈化器等電器的塑封電機(jī)防銹、按印智能制造裝備。

（1）制造裝備加工工作臺上放置工件，然后先后通過工件按印部分、工件除銹部分對工件進(jìn)行按印加工和除銹加工，并在加工完成后，通過工件排出部分將工件排出加工工作臺，整個過程自動控制，連續(xù)不間斷地完成作業(yè)，采用防銹、按印為一體化塑封電機(jī)后工序智能制造的結(jié)構(gòu)，一機(jī)實(shí)現(xiàn)防銹、按印兩工位制造加工功能；

（2）除銹運(yùn)動驅(qū)動系統(tǒng)包括有毛刷氣缸，所述毛刷氣缸的下端與旋轉(zhuǎn)電機(jī)固定連接并驅(qū)使旋轉(zhuǎn)電機(jī)下降進(jìn)行旋轉(zhuǎn)除銹作業(yè)/旋轉(zhuǎn)沾除銹劑，并進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使塑封電機(jī)內(nèi)部除油均勻；

（3）工件排出部分包括有排出斜道和旋轉(zhuǎn)撥動裝置，排出斜道的上端與加工工作臺抵接以承接工件落入其中，旋轉(zhuǎn)撥動裝置包括有撥動電機(jī)和與撥動電機(jī)連接的撥桿，撥桿與放置在加工工作臺上的工件平齊并可在撥動電機(jī)的驅(qū)動下將加工工作臺上的工件撥入至排出斜道，實(shí)現(xiàn)自動卸料功能。

其在控制方面的不足是該系統(tǒng)雖然選用了PLC 與觸摸屏完成了設(shè)計(jì)，但產(chǎn)品的性價比不是最佳的，在以后的設(shè)計(jì)改進(jìn)中，準(zhǔn)備利用ARM 嵌入式系統(tǒng)替代目前的系統(tǒng)，這樣成本會大大下降，提高該產(chǎn)品的市場競爭能力。