新能源雙芯屏蔽環(huán)線束設(shè)備的研發(fā)與測(cè)試

左二兵

（鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鶴壁 458000）

汽車電動(dòng)化趨勢(shì)下，新能源線束市場(chǎng)需求提升。車內(nèi)的高壓線束主要是對(duì)車輛提供高壓強(qiáng)電供電作用，比如動(dòng)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(duì)新能源雙芯屏蔽環(huán)線束，研發(fā)設(shè)計(jì)出一款自動(dòng)分線、自動(dòng)識(shí)別（紅黑線）、自動(dòng)剝皮、自動(dòng)壓接等一體化加工設(shè)備，減少線束廠人工手動(dòng)作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，提升新能源線束整體質(zhì)量，完成自動(dòng)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(jì)

1.1 設(shè)備的工藝路線

開(kāi)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(zhǎng)度作為此設(shè)備最初的工序，然后手動(dòng)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(dòng)插入分線器時(shí)造成的插錯(cuò)現(xiàn)象，接著定位傳感器收到準(zhǔn)備完成信號(hào)，觸發(fā)雙杠桿抓手定位線束，接著直線水平機(jī)構(gòu)移動(dòng)線束進(jìn)入切刀機(jī)構(gòu)位置，上、下刀片同時(shí)動(dòng)作完成“零切”和剝皮，最后直線水平機(jī)構(gòu)再將線束移動(dòng)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(dòng)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(jì)

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(lái)方便人工手動(dòng)送線時(shí)順暢、快捷，減輕勞動(dòng)者對(duì)線插孔的強(qiáng)度；分線角度塊是用來(lái)確保新能源雙芯線束正確分開(kāi)，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(lái)保證雙芯線進(jìn)線時(shí)無(wú)差錯(cuò)，具備糾錯(cuò)功能；觸發(fā)傳感器組件是靠雙芯線的定位件通過(guò)彈簧的作用，使觸發(fā)件產(chǎn)生一個(gè)偏位移，帶給后面的金屬傳感器一個(gè)信號(hào)，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(tái)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(shí)，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(tái)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(dòng)桿；③旋轉(zhuǎn)固定塊；④浮動(dòng)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(guò)程中需要始終保持其整體固定。利用氣缸上升，壓縮動(dòng)桿間的彈簧，使動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)至定桿從而壓緊線束。考慮到在壓接的過(guò)程中，線束有一段下壓過(guò)程，需要浮動(dòng)。因此，在設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)時(shí)，增加一個(gè)導(dǎo)軌和浮動(dòng)彈簧，保證壓接時(shí)線束與端子同步浮動(dòng)。

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(lái)轉(zhuǎn)移線束位置的，在線束的整體運(yùn)動(dòng)路線中，需要通過(guò)平移機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)的，在平移過(guò)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(dòng)滑臺(tái)；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(dòng)滑臺(tái)，線性模組和收料箱等?？紤]到雙芯線剝皮的精度和后期維護(hù)管理，摒棄常見(jiàn)的氣動(dòng)滑臺(tái)而采用電動(dòng)滑臺(tái)來(lái)驅(qū)動(dòng)上、下刀片進(jìn)行剝皮和切斷。底部的線性模組是用來(lái)實(shí)現(xiàn)剝皮前后運(yùn)動(dòng)的，采用的是高精度的伺服電機(jī)通過(guò)中間聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿組塊，在剝皮長(zhǎng)度的調(diào)整上實(shí)現(xiàn)mm級(jí)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(kāi)放式結(jié)構(gòu)，主要是方便后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)的管理和維護(hù)，各組件之間運(yùn)動(dòng)配合精準(zhǔn)，動(dòng)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(cè)試

2.1 壓接機(jī)CMK

壓接機(jī)是壓接端子最直接的驅(qū)動(dòng)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(guó)內(nèi)知名企業(yè)海昌制造的4T壓接機(jī)，通過(guò)使用MJBJ-199-00封閉高度調(diào)整儀進(jìn)行測(cè)量，對(duì)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(cè)量結(jié)果如圖6和圖7所示。

圖6 壓接高度CMK測(cè)量

圖7 壓接機(jī)沖壓力CMK

通過(guò)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(zhǎng)度測(cè)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(guò)大或過(guò)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(guò)細(xì)致的測(cè)繪，取得如圖8所示數(shù)據(jù)，平均長(zhǎng)度33.8 mm，最大長(zhǎng)度34.3 mm，最小長(zhǎng)度33.6 mm，CMK=2.23。

圖8 總長(zhǎng)度測(cè)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(zhǎng)度取值L6±0.5，L6為產(chǎn)品的預(yù)定參數(shù)34 mm，綜合測(cè)量數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，線束總長(zhǎng)度的中間值是33.9 mm，偏離理想值0.1 mm，但長(zhǎng)度公差范圍是±0.5 mm，因此可滿足現(xiàn)場(chǎng)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(cè)量和生成報(bào)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(cè)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(cè)試

線束拉拔力測(cè)試屬于破壞性實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)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(jì)了一款針對(duì)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(cè)試：壓接機(jī)CMK檢測(cè)—壓接高度和沖壓力穩(wěn)定性；線束壓接后總長(zhǎng)度測(cè)量；端子剖面分析；線束與端子拉拔力測(cè)試；對(duì)四個(gè)檢測(cè)項(xiàng)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(zhǎng)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(duì)，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(guó)內(nèi)外新能源汽車的迅速發(fā)展提供必要的裝備支撐。