觸點自動鉚接單元制造

呂振超，謝 勇

(桂林航天電子有限公司，廣西桂林，541002)

1 引言

航天繼電器的觸點鉚接是一個相當重要的環節。在航天繼電器生產時，由于多品種、小批量生產特點，不易組織大規模流水線式生產。目前航天繼電器觸點一直采用手工鉚接作業，由于觸點體積小、表面鍍金、需要操作者手工用工具夾持上料進行作業。其手工鉚接作業生產效率低、勞動強度大。且手工操作質量一致性主要與操作者的自身工作狀態有關，連續長時間加工作業導致的精神疲乏等因素都容易影響到最終成品的加工質量。所以，在單工序實現柔性自動化有助于企業產能的提升。

2 現階段手工鉚接操作情況

2.1 生產現狀

以工廠手工鉚接某型號繼電器靜接點組為例，操作者使用手板壓床進行鉚接時，其工藝布局見下圖1。

圖1 鉚接工序工藝布局圖

整個操作由兩個操作者共同配合完成加工，其整個工藝流程操作動作分解大致為以下幾項：

(1)操作者二將零組件按工藝依次裝入工裝夾具；

(2)操作者二裝完零件后，將工裝夾具傳遞至操作者一，然后用另一副工裝進行零件裝夾；

(3)操作者一在接到工裝夾具后，將鎖緊夾具，然后放置手板壓床下進行鉚接；

(4)鉚接完成后，操作者一取出夾具卸料，在卸料完成后將夾具傳遞給操作者二。由此形成操作閉環。

該鉚接工序的靜觸點組，因為組件結構較復雜，組合零件比較多，還要兼容其他結構的產品鉚接，所以該工位難以用全自動的上料方式來實現，只用通過人工輔助的半自動化方式進行研發。

2.2 質量、成本現狀

(1)一個熟練工一天(8小時工作制)約可以完成1200次的鉚接操作，考慮到加班情況，一年實際工作時間約為2496小時(考慮每周加班時間為8小時)，共可完成37.4萬次的鉚接操作；

(2)按量計算，完成年產量電磁繼電器觸點鉚接工序至少需要配備2名操作者全年加班完成；

(3)手工操作質量一致性主要與操作者的自身工作狀態有關，連續長時間加工作業導致的精神疲乏等因素都容易影響到最終成品的加工質量。

3 自動化鉚接設計

為了實現鉚接自動化裝置自動完成鉚接，通過應用PLC控制技術、精密裝配技術、鉚接機改造等，實現鉚接工序生產節拍可進行量化控制，該裝置主要研究內容包括以下幾點，如圖2所示。

圖2 鉚接自動化裝置主要研究內容

3.1 整體工藝布局

鉚接自動化裝置采用直進式結構，其自動鉚接平臺三維示意圖見圖3。

圖3 自動鉚接平臺三維示意圖

圖4 直進式工藝布局圖

采用直進式的工藝結構，裝配工位不受限制，調整較靈活，基礎件采用間歇傳送來完成鉚接。

這種工藝布局整個上下料由操作者獨立完成。改進后整個操作過程動作分解大致為以下幾點：

(1)將多個待加工零件排樣放入夾具；

(2)將夾具放入傳動系統中的定位銷后，按下開關，夾具自動移動至鉚床下方自動鉚接；

(3)工件自動鉚接同時，操作者用備用夾具進行卸料、多件排樣；

(4)自動鉚接完成后，夾具自動退回原位，用備用夾具進行更換，動作循環。

3.2 氣動壓床控制系統

氣動壓床控制系統是實現自動鉚接的執行裝置，通過電氣控制來改變氣動壓床的工作方式。改變后，壓床能按設定的執行時間做間歇性自動動作，自動完成鉚接。

3.3 導軌

因為平臺設計直線運動軌跡有130mm，所以必須使用到精密導軌，導軌是該鉚接設備的重要零件，直接決定半自動鉚接系統的使用性能，導軌是承擔相對直線運動的重要組成部分，要求導軌具有非常高的表面精度、直線度、硬度，并搭載進級模等控制組件水平直線運動，所以選擇的導軌為廠外標準件，免去自己設計、加工風險。

3.4 通用級進方式的送料平臺

操作者把來件連續、準時、準確的送到指定位置排樣，實現多零件運動進級模。整個系統主要功能為帶動夾具直線水平做間歇性運動，在間歇停留的時間間隔內完成上料、鉚接等功能動作。運動機構主要由PLC(控制編輯器)控制步進電機和進給絲桿組成。工作原理是PLC將位移量作為指令值給出，在控制器中產生作為執行控制量的速度指令，驅動器接收到速度指令后，經電力放大供給步進電機能量，步進電機就開始做直線推進，驅動與電機連接的給進絲桿運動，從而帶動工作臺移動。簡單來說，主要是采用由PLC控制步進電機驅動控制夾具級進平臺上運動機構的移動，將待加工零件、夾具在規定時間內送到指定位置。

圖6 PLC指令原理圖

運動機構的滑塊下方設計有定位孔，定位孔間距均為固定值，本裝置定位孔數量設計數量為10個，當滑塊的定位孔移動到鋼球正上方時，鋼球通過彈簧彈力向上卡緊，滑塊出現自動定位基準。通過這種定位精度設計，極大減少了裝置總裝調試難度。在級進平臺上實現產品在不同型號產品鉚接切換時，僅僅需要更換平臺上的工裝夾具和鉚頭。通過送料平臺柔性化結構設計，可以有效地制造具有靈活性特點、小批量多品種的自動化制造裝置，能根據制造任務與工作環境的變化進行迅速調整實現快速換型功能。

圖7 進級模送料系統示意圖

3.5 工裝夾具

工裝夾具是零件鉚接的定位載體，除了加工精度要求高以外，還要承擔固定零組件不受鉚接力的振動影響而發生偏移的作用。工裝夾具結構為分體三層疊加結構，夾具最下層作為觸點的受力面，不僅需要平整度高，而且要硬度大。夾具中間層起限制觸點外形的作用，夾具上層主要限制組合零件的外形。當工裝夾具送入設備自動鉚接時，操作者可用另一付夾具進行零件裝夾，當自動完成鉚接后，夾具自動歸位，兩付工裝夾具交替使用可提高鉚接生產效率,其工裝夾具見圖8。

圖8 工裝夾具示意圖

觸點組的裝夾用結構上以觸點的工作平面作為定位基準，基準面固定，保證觸點定位基準與設計基準的統一，在工裝夾具設計上采用整體模塊化結構，簡化了工裝夾具的設計難度與工作量，提高了設計準確性，同時使得夾具整體具有良好通用性，由于級進平臺相同且通用，類似產品的觸點鉚接夾具設計時，只要根據需要設計觸點型腔、零件定位基準即可。這些鉚接夾具內部結構相同，絕大部分零件可通用，其整機示意圖見圖9。

圖9 鉚接自動化裝置總裝示意圖

4 使用情況

4.1 裝置穩定性驗證

為了驗證鉚接裝置長時間運行無異常，把某型號靜觸點組放入工裝夾具，按正常鉚接運作，設備運行1000次，檢查裝置穩定性。

通過鉚接機上的計數器測試1000次動作后檢查，裝置連續工作未出現異常，靜觸點組無錯壓痕跡。結果表明該裝置穩定性能良好。

圖10 鉚接裝置穩定性驗證

4.2 某型號繼電器靜觸點組鉚接試驗

為了驗證鉚接裝置正常工作與運行，設置鉚接主機氣缸壓力0.7MPa，將鉚接主機的行程頂柱調至合適位置。

調試領取該型號靜觸點組庫存所需零件70件進行試鉚接，同時鉚接靜觸點與鉚釘，靜觸點組鉚接示意圖見下圖11。

圖11 #型號靜觸點組示意圖

經過實測自動鉚接裝置完成的70只該型號靜觸點組尺寸，Ⅰ號端尺寸最大3.833mm，尺寸最小3.8mm，公差帶的分布在0.033mm之間。Ⅱ號端尺寸最大3.544mm，尺寸最小3.515mm。由于該組件來件加工公差帶與實際組裝的公差累積，原來Ⅰ號端、Ⅱ號端鉚接控制公差為±0.1mm，通過設備機械結構控制，公差帶的分布在0.029mm之間。鉚接完成后用鑷子撥動各零件，各零件間無松動現象，貼合緊密無明顯縫隙，無裂紋，觸點表面無損傷。鉚接質量滿足工藝要求。

4.3 某型號動觸簧組自動鉚接試驗數據

為了驗證鉚接裝置換型后正常工作與運行，設置鉚接主機氣缸壓力0.6MPa，將鉚接主機的行程頂柱調至合適位置。領取另一型號繼電器庫存零件80件進行試鉚接，鉚接裝置同時鉚接觸點兩端，該型號動觸簧組鉚接示意圖見下圖12。

圖12 ##型號動觸簧組示意圖

經過實測自動鉚接裝置完成的80只##動觸簧組尺寸，最小尺寸0.802mm，最大尺寸0.848mm。由于該組件來件加工公差帶與實際組裝的公差累積，原來Ⅰ號端、Ⅱ號端鉚接控制公差為±0.03mm。通過設備機械結構控制，公差帶的分布在0.046mm之間。鉚接完成后用鑷子撥動個零件，各零件間無松動現象，貼合緊密無明顯縫隙，觸點鉚接表面無裂紋、損傷。經過工藝試驗，鉚接質量滿足工藝要求。

5 結束語

航天繼電器因多品種、小批量的生產特點，不易組織大規模自動化生產線，只有在單工序實現能快速切換的自動化加工模式。目前自動鉚接單工序已經產生了以下幾點效益：

(1)通過鉚接平臺結構設計，形成一個能適應多品種、小批量特點的加工裝置。通過半自動鉚接裝置設計，可以用最少的投資來實現鉚接自動化功能、有效降低操作者操作難度、提高生產效率。

(2)通過不同結構的典型產品進行論證，實現了鉚接自動化的可行性與兼容性，不同產品可以柔性快速換型功能。