一種數據線自動點膠器的設計制作

秦 劍，馮華林

（江蘇環球偉業服飾有限公司，江蘇 徐州 221000）

企業接單某型號數據線生產，由于該型數據線屬新產品，客戶無成熟工藝和設備，生產效率低、質量問題多，特別是瓶頸問題手工點膠工藝，一度使企業陷入困境。所幸企業技術人員迎難而上，設計制作自動點膠器，使問題迎刃而解，保證了訂單順利完成。

1 問題描述

手工點膠工藝，主要應用在數據線兩端（USB 端、Type-c 端）大、小頭膠粘外膜塑殼的生產上。以數據線大頭生產為例，如圖1 所示，塑殼通過膠粘工藝固定在內膜上。具體工藝流程為：操作手通過操作電器開關信號，控制MT-410 蠕動式自動滴膠機出膠；接下來，操作手使用與滴膠機相通的針筒式點膠筆，在工件擋板的環形點膠槽上涂膠；然后，將工件放在保壓機內，啟動按鈕，由保壓機活塞將塑殼沿電纜線上推到位、保壓成型。推擠過程中，從點膠槽溢出的RT1204 瞬干膠，受壓力所致、5 秒鐘內初固，將塑殼內表面與擋板表面粘實。點膠槽內未干燥的膠水，在室溫下，12 小時內全部自然固化完畢。

圖1 某品牌數據線大頭分解圖和膠粘保壓示例

手工點膠工藝，在產品批量生產過程中暴露出兩大問題，生產效率低和質量問題多[1]。生產效率低的原因是，操作手需手動按鈕或采用腳踏開關方式，操作電器開關信號，啟動MT-410 蠕動式自動滴膠機，使滴膠機的步進電機按設定好的速度，把細膠管內的RT1204 瞬干膠擠壓到數據線點膠槽上。這種工作方式，操作耗時多、生產節拍慢，產量達不到預期效果，最大工序日產量不超過1000 根/人。此外，手工點膠的質量難以達到要求，產出的成品經檢驗，不良品率超過5%。問題點主要集中在點膠工序，具體的質量問題主要有：點膠量少時，膠水低于點膠槽擋板平面，導致掉殼脫落現象；點膠量多時，膠水高于點膠槽擋板平面，導致漏膠和霧化現象。[2]

2 原因分析

質量問題的產生，主要是點膠量不均勻所致，人工點膠，難以持續保證點膠量均勻。

3 設計方案

既然人工點膠作業的質量波動性，難以消除，用機器取代人工就成為一個現實的選擇。

3.1 理論模型分析

從理論模型分析，要設計制作一個自動點膠器，需要由三個系統組成：自動給膠系統、自動受膠系統、自動化運行系統。自動給膠系統，主要實現給膠裝置出膠速度穩定。自動受膠系統，主要實現工件快速定位裝夾、工件移動速度穩定。自動化運行系統，主要協調給膠系統和受膠系統的動作先后順序，實現自動化運行。為保證點膠量均勻，工件移動速度和自動給膠速度，需要相互匹配。這就要求：自動給膠系統出膠量不僅要均勻，而且出膠速度可調；自動受膠系統的工件移動速度，也要均勻可調。[3]

3.2 直線模組設計方案

依據理論模型，初始方案對系統機構的常規選型如下：自動給膠系統，采用原有的MT-410 蠕動式滴膠機；自動受膠系統，采用直線模組進給，工件定位采取芯子定位裝夾；自動化運行系統，采用32 位PLC 作為主控。

系統機構選型后，三維模型構建，如圖2 所示。

圖2 直線模組方案——自動點膠器理論模型（右圖為點膠）

直線模組方案，工作過程如下：滾珠絲杠滑臺處于初始零位，PLC 程序給定停頓時間→人工將數據線大頭鐵殼，插進USB 芯子定位→停頓時間用完，PLC程序輸出動作執行信號→步進電機驅動滾珠絲杠滑臺移動、滑臺上的芯子帶著工件移動，同時MT-410 出膠系統通過上下出膠管給膠→上下出膠管給膠、移動的工件點膠槽受膠→滑臺帶著工件移動一段距離（點膠完成）后，PLC 程序輸出間歇停頓執行信號→MT-410 出膠系統給膠停止，步進電機停止旋轉、滑臺帶著工件停在終端位置→人工將數據線大頭鐵殼快速撥出USB 芯子→間歇時間用完，PLC 程序輸出復位動作執行信號→滑臺帶著USB 芯子工裝，退回到初始零位停止→進入下一循環。

直線模組方案確定后，測算經濟成本約3460 元。經過論證，直線模組方案雖然技術上比較成熟，但存在兩個不足：一是方案的物資采購，約3460 元，價格偏高，對于微利企業來說，批量制作費用過高；二是工件的行程始終端停頓、上下工件時間，由PLC 程序控制，手工很難長時間保持精準節拍，易出差錯。如在工件的行程始終端增加光電接近開關，通過檢測工件是否在芯子上發訊，控制步進電機驅動滾珠絲杠、帶動滑臺往返移動，則光電接近開關可直接向步進電機驅動器傳輸信號，無須程序控制，使用PLC 意義不大。

3.3 氣缸活塞設計方案

既然直線模組方案通過增加光電接近開關以適應手工速度變化不再需要PLC 程序控制，那么精度高、價錢貴的步進電機——滾珠絲杠傳動模式也可以使用精度符合要求、價格低的傳動模式，如油缸活塞、氣缸活塞等傳動形式。[4]

按此思路，氣缸活塞結構價格低，成為首選，直線模組方案改進為氣缸活塞方案，構建出的三維模型（不含出膠管機構），如圖3 所示。

圖3 氣缸活塞方案圖

氣缸活塞方案，經濟成本測算約207 元。

4 制作使用

依據氣缸活塞方案實施。

4.1 自動點膠器制作說明

自動點膠器的氣缸活塞、兩位四通電磁閥、光電感應開關、低壓電源等，通過采購獲取，USB 工裝等自制解決，車間可提供0.7 兆帕氣源。自動點膠器的USB 工裝，采用5mm 有機玻璃，按尺寸切割后，用502 膠粘固而成。工件與USB 工裝內孔定位面的單邊間隙，控制在0.10mm～0.15mm。

4.2 自動點膠器工作過程

結合圖2 和圖3 所示，自動點膠器的工作過程：人工將數據線大頭鐵殼，插進USB 工裝定位→光電接近開關檢測到工件，發訊→MT-410 出膠系統通過出膠管給膠，氣缸的電磁閥接通后、活塞帶著USB 工裝里工件移動→上下出膠管給膠、移動的工件點膠槽受膠→USB 工裝帶著工件移動一段距離（點膠完成）后、進入限位光電接近開關感應區→限位光電接近開關檢測到USB 工裝，發訊→MT-410 出膠系統給膠停止，氣缸的電磁閥換向、氣缸活塞帶著USB 工裝退回→氣缸活塞退回過程中，人工將數據線大頭鐵殼快速撥出USB 工裝→氣缸活塞帶著USB 工裝，退回到原位停止→進入下一循環。

自動點膠器的工作速度，需要對氣缸活塞速度和MT-410 出膠系統的出膠速度，進行同步調整確定。氣缸活塞速度，可以通過氣路中的節流調節閥進行調整。外購的MT-410 出膠系統，出膠速度可由其上面的調整旋鈕，進行調節。

4.3 自動點膠器結構改進說明

4.3.1 工件定位工裝的改進

原方案工件定位形式，采用工件內方孔槽、芯子定位方式。雖然定位精度高，但插拔工件時間長，影響生產效率。后采用工件USB 鐵殼外形定位，效率明顯提升。在制作USB 工裝時，剛開始習慣性地采用鋼件，但制作周期長、成本高。后經過論證，發現工件重量輕，工裝材質使用有機玻璃進行粘接，即可滿足使用要求。材質變更后，同時實現了物料價格低廉、制作效率高的目標。

4.3.2 工件空間受膠方向的調整

原方案，工件采用水平受膠方式，見圖2 所示。實際生產后，發現存在膠水浪費問題。原因是，下膠管出膠時，因重力作用，部分膠水背離點膠槽沿著下膠管向下流動，造成膠水浪費。后進行調整，將工件改成豎直受膠方式，即把點膠圖2，順時針方向旋轉90°，這樣可避免下膠管出膠時導致的膠水浪費。但應用于生產時又出現新的問題，點膠槽受膠后，膠水因重力作用在點膠槽內向下流動，導致點膠槽上部膠量不夠，衍生出質量問題。

最后，又將工件受膠方式改回水平方向。

4.3.3 USB 工裝的光電開關安裝方向調整

USB 工裝的光電接近開關，原設計為豎直方向安裝，如圖3所示。但在使用過程中發現，工件還沒插到位，光電接近開關已經感應發訊了。后改為水平方向，安裝在USB 工裝內孔底部，確保了工件插裝到位后，光電接近開關才發訊，啟動氣缸活塞帶著工裝工件移動。

5 效果檢查

經過多次試驗改進，自動點膠器產品結構終于定型，應車間要求做了8 套。自動點膠器投入使用后，點膠工序不合格率由原來的5%降到了0.5%以下。人工操作自動點膠器的產量也由原來的2500～3000 件/8小時提升到4500～5000 件/8 小時。