無序篩選供料自動壓合設備研發

李潤澤 胡靜怡 黃 波 于云程 支則君

（常州信息職業技術學院，常州 213164）

1 項目背景

近年來，同軸電纜在閉路監控信號傳輸、網絡信號基站、有線電視等通信領域，尤其在公安“天眼”系統的線路上大量使用。同軸電纜接插件（圖1）作為同軸電纜連接的配件，在線路鋪設中大量使用，因此市場需求量巨大。

傳統的組裝方法是人工將其接插件內芯塞入螺套再沖壓封口，但接插件體積小，人工裝填效率較低，沖壓過程勞動強度大，危險系數高，人工成本高。采用自動化設備代替人工，可大幅降低產品價格，有利于擴大接插件乃至同軸電纜的市場占有率。

本文設計了一種同軸電纜接插件裝壓一體機，采用工業自動化控制系統，在無人干預的情況下，按設置好的程序及指令自動完成接頭外部螺套與內部絕緣內芯的裝配，并移至下一工位進行自動沖壓完成產品的制作。它解決了人工沖壓過程中存在的危險系數高、效率低、勞動強度大以及成本高等問題，使同軸電纜接插件的生產真正達到高產、安全、環保和低耗的目的。

2 方案設計

同軸電纜接插件的自動化設備要求上料接料連續進行、裝填內芯位置準確、螺套封口可靠以及下料及時[1]。考慮以上要求，經研究分析提出了采用半開放式接料工裝裝配沖壓方式來研發無序篩選供料自動壓合設備。螺套與絕緣內芯經過振動盤自動排列后，進入半開放式接料工裝進行裝配，然后隨工裝移動至沖壓工位，在沖壓氣缸動作前，擋板執行關門動作，沖壓工位的氣缸推動沖頭完成沖壓，擋板再執行開門動作，最后推料氣缸將沖壓完成的產品推出，完成整個裝配沖壓工作，主要流程如圖2所示。

該方案可以保證設備在運行過程中運行平穩、沖壓效率高、安全可靠、節能環保，對操作者無較高要求，后期維修保養方便，造價親民，適合大范圍推廣，且在成本、使用、維護等方面更有利于滿足企業的需求。

3 主要設計參數及設計指標

主要設計參數和主要技術指標如表1所示。

表1 主要設計參數和主要技術指標

4 標準件選型及工藝計算

4.1 工藝計算——螺套整形工藝

影響整形力F的主要因素有材料的力學性能、板料厚度等，計算公式為：

式中：S為校平、整形面積，經三維軟件[2-3]查詢可知，螺套初始受力面積為8.85 mm2；p為螺套材料為硬黃銅，單位壓強取60 MPa[1]。因此，計算可得整形力F為531 N。

4.2 沖壓用氣缸的選型

本設備采用杠桿式沖壓機構成形螺套口部，確定力矩計算公式為：

按照設計的杠桿結構尺寸，適當調整杠桿支點的位置，確定兩個力臂的長度，并將F阻代入力矩計算公式，計算F動為236 N（24 kgf）。

選用亞德客SDAT20x20x65SB型氣缸，根據產品手冊[4]：氣缸移動速度在50～500 mm·s-1范圍時，實際機械效率A≤0.5，則實際可輸出力范圍為16～160 kgf。F動（24 kgf）∈{16，160}kgf，滿足沖壓工藝力要求，并預留足夠動力，以便調節氣缸工作速度。

5 設備技術分析

5.1 設備的工作流程

同軸電纜接插件裝壓一體機（如圖3所示）采用雙振動盤供料設計[5]，振動盤1負責供給絕緣內芯，振動盤2負責供給螺套。螺套在供料時存在特殊性，輸送時需保證長端朝上才能裝入絕緣內芯。通過改進振動盤的振動頻率和送料導軌（如圖4所示），結合螺套特性，使得螺套在直線振動器導軌上長端朝上時絕緣內芯被推至螺套內。另外，在導軌入口側面增加傳感器，使振動盤與傳感器相連。當直線振動器導軌上裝滿螺套時，振動盤與直線振動器會自動停止上料，達到了避免物料堆疊溢出、振動盤無效送料的情況。螺套率先進入裝配工位，繼而3#氣缸（如圖5所示）再將從輸料管掉落的絕緣內芯推入裝配工位上方，隨后由4#氣缸將絕緣內芯推入螺套內，至此設備完成一次裝配動作。

雙行程氣缸開始工作，將裝配好的同軸電纜接插件半成品推入沖壓工位。由于接料工裝為開放式，可能會在沖壓過程中發生產品傾斜等情況，造成產品報廢。為了解決這一問題，在出料口后放置一塊擋板，隨著半成品進入沖壓工位，氣缸跟隨啟動帶動擋板進行關門動作，使得擋板攔截出料口的同時固定工件。氣缸帶動杠桿沖壓機構進行沖壓，由于豎直壓裝氣缸難以固定，占用設備面積較大，同時對輸入壓力有較高要求，因此借助杠桿將豎直方向做功的氣缸調整為水平方向做功，使得機器運行更加平穩。此外，調節杠桿動力臂的長度，使動力臂大于阻力臂，達到省力的目的，同時降低氣缸的使用成本。設備安裝有阻尼器（如圖6所示），用以吸收沖擊力，防止氣缸推力過大，導致擋板沖擊沖壓工位發生沖突。沖壓完畢后，氣缸啟動帶動擋板執行開門動作，7#氣缸啟動，將成品件推送至出料口，至此完成一次完整的同軸電纜接插件的自動裝配及沖壓動作。

5.2 關鍵技術

5.2.1 螺套振動盤智能啟停

在直振導軌上設計積料傳感器，當螺套排滿導軌時，自動關閉振動盤，以防止持續供料出現螺套堆積、卡料、溢出、無料等問題，提醒人工干預，節約能源與時間。

5.2.2 仿形式接料定位機構

仿形式接料工裝不同于夾爪式等其他接料方式，能夠確保螺套在進行與絕緣內芯裝配沖壓時不傾斜。此機構結構緊湊，運動平穩，定位精準。

5.2.3 杠桿式沖壓機構

采用杠桿原理，氣缸不直接作用在沖頭上，動力臂大于阻力臂，達到省力的目的，減少氣泵的耗氣量。同時，氣缸可以豎直固定在沖壓工作平臺上，降低了設備高度，穩定性更好。

6 控制系統設計

該設備選用三菱FX3UPLC控制器。設備的控制系統框圖如圖7所示，由觸摸屏、可編程控制器以及氣缸動作執行元件等部件構成。通過觸摸屏把需要的數據和輸入信號給可編程控制器，可編程控制器執行用戶程序，將輸出信號給中間繼電器和氣缸。各限位開關和反射激光傳感器的檢測信號輸入給可編程控制器。氣缸驅動執行元件實現不同方向、不同要求的動作。設備實物照片，如圖8所示。

7 結語

針對同軸電纜的雙通對接頭開發了一種接插件自動壓裝設備。采用無人看管的自動化設備代替傳統的人工裝填內芯，結合人工上料、沖壓的生產方式，大幅提高了生產效率，安全性好，人力成本幾乎縮減至零。絕緣內芯采用振動盤加塑料管上料，摒棄了傳統的振動盤加直線振動器的組合方式，減少了制造成本，降低了振動強度，避免了已裝入絕緣內芯的簧片脫離，試驗效果明顯。本設備不僅結構緊湊、成本低，而且生產效率高、占地面積小、運行平穩、不易出現故障，同時操作簡單易上手，適合中小規模尤其是勞動密集型、技術改造意愿強烈的制造類企業應用。