一種微型步進馬達定子組與FPC焊錫夾具機構的設計

2022-04-09 19:59:32廖新明

機電工程技術 2022年2期

廖新明

摘要：微型步進馬達定子組與FPC焊錫作業基本靠手動作業，效率低下，同時因工人離職率較高導致新手作業情況多，從而造成產品品質不穩定的問題多發。為此專門研究設計了微型步進馬達定子組與FPC焊錫設備專用夾具機構，通過結合現階段的先進工業技術，采用精密氣缸驅動多機構聯動的方式進行馬達定子組與FPC焊錫夾緊，并與三菱PLC及威綸人機界面觸摸屏的控制技術相結合，促使微型步進馬達定子組與FPC焊錫夾具機構能高效完成部件裝夾。基于微型步進馬達定子組與FPC焊錫夾具組裝設備的研究，通過自動夾具組裝提升了生產線的生產效率，減少了企業人工投入成本，降低了工人的作業疲勞強度，提高了設備的自動化效率。

關鍵詞：微型步進馬達;定子組與FPC焊錫;快速定位;夾具機構

中圖分類號：TP23

文獻標志碼：A

文章編號：1009-9492（ 2022）02-0155-03

0 引言

經濟快速發展，科技不斷進步，機械自動化設備的發展也經歷由簡單到復雜、由低級到高級的變化過程，這是工業行業發展的必然，對于企業而言，如何能高效地提高經濟效益[1]、減少企業成本是一大課題。目前微型步進馬達定子組與FPC焊錫[2]組裝生產是以人工手動組入FPC再配合輔助定位治具為主的手工生產模式，故人力成本高、作業效果差異性高，且品質穩定性不足。通過工程技術人員在其先決條件下作出一定改進，現行業內出現某些通用型自動焊錫設備配套簡易夾緊治具，對于一般焊錫工藝要求不高的情況下相較人工手動焊錫有一定先進性，而由于微型步進馬達定子組與FPC焊錫工藝要求較高，市面上這些通用型自動焊錫設備已不能很好地滿足其作業品質要求，在這些通用型自動焊錫[3]設備運行作業中常常因其簡易夾緊治具設計不足，經常出現夾緊力過大而導致夾傷部件或夾緊力過小而夾固不穩等不良狀態，故微型步進馬達定子組與FPC焊錫急需設計一套針對性較強、能改善FPC焊錫作業效果的專用夾具機構。本文針對微型步進馬達定子組與FPC焊錫夾具機構獨立設計，以減少公司人工勞動成本、提升產品良品率為目的，使用獨特的夾具機構設計，實現了微型步進馬達定子組與FPC穩定固定，解決了行業中因定子組與FPC固定不穩定導致焊錫不良多發的問題，徹底消除了瓶頸工程，提升了微型步進馬達定子組與FPC焊錫夾具機構穩定性，最終大大提升產品良品率。

1 微型步進馬達定子組與FPC焊錫夾具機構

定位焊接治具[4]包括底板、定位塊、驅動裝置、推升裝置、升降裝置和夾持機構。定位塊設置在底板上，其上設置有定位槽。推升裝置包括移動板和推升桿，移動板滑動設置在底板上，推升桿橫向設置在移動板上。驅動裝置設置在底板上，驅動端與移動板固定連接。升降裝置包括導桿、滑塊和升降板，導桿設置在底板上，滑塊滑動設置在導桿上，滑塊之間設置有支撐桿，升降板設置在支撐桿上，其上設置有推升導軌，推升桿滑動設置在推升導軌內。夾持機構包括夾持塊，夾持塊轉動設置在升降板和定位塊之間，其上設置有夾持條，夾持條對稱設置在定位槽的兩側。該機構對于待焊接件的定位，不僅快速，而且準確。

2 重要機構及部件

2.1 定位焊接治具

如圖1所示，定位焊接治具包括底板1、定位塊2、驅動裝置3、推升裝置、升降裝置和夾持機構[5]。定位塊2設置在底板1頂部的一側，其定位塊2上設置有定位槽21，定位塊2鎖固在定位板11上，定位板11鎖固在底板1上。推升裝置包括移動板41和推升桿42，移動板41滑動設置在底板1上，推升桿42橫向設置在移動板41上。驅動裝置3設置在底板1頂部的另一側。支撐桿53橫向設置在升降板54上，兩端由滑塊52限位，滑塊52設置在導桿51上，導桿51鎖固于底板1上。夾持塊61連接在升降板54前端，夾持條62安裝在夾持塊61上。

2.2 驅動裝置以及推升裝置

如圖2所示，驅動裝置[6]設置在底板1頂部的另一側。驅動裝置3的驅動端與推動板9相鎖定，推動板9設置于導塊8上并與移動板41固定連接，當驅動裝置3往前推動時使導塊8及上述機構沿著滑軌7往前移動。升降裝置包括兩組導桿51、兩塊滑塊52和一組升降架，兩組導桿51豎直對稱設置在底板1上，兩塊滑塊52分別滑動設置在兩組所述導桿51上，兩塊滑塊52之間設置有支撐桿53，一組升降架包括兩塊升降板54，兩塊升降板54對稱設置在支撐桿53上，并且兩塊升降板54位于定位塊2和驅動裝置3之間。任意一塊升降板54上設置有推升導軌55，推升導軌[7]55沿驅動裝置3至定位塊2方向逐漸向下傾斜，從而帶動夾緊塊與夾緊條機構作收緊活動，起到夾緊部件的效果，若推升導軌55沿驅動裝置3反向移動則帶動夾緊塊與夾緊條機構作展開活動。推升桿42滑動設置在推升導軌55內。

2.3 夾持機構

首先將待焊接件放置在定位槽[8]21內，然后啟動驅動裝置3，驅動裝置3推動推動板9往前同時帶動移動板41前移，移動板41前移時帶動推升桿42前移，由于推升導軌55向前逐漸向下傾斜，而推升桿42保持平行不變，因此升降板54被推升桿42逐漸向上抬起，夾持塊61隨著升降板54的抬高而轉動，進而帶動夾持條62轉動，兩條夾持條62沿著待焊接件的外側轉動將待焊接件撥動擺正，并將待焊接件夾持穩固，最后通過焊錫設備對待焊接件進行焊錫處理[9]。

2.4 升降板

升降板作為主要受力及傳動部件，其工作特性是頻繁活動，為保證其使用壽命，其工件表面必須有一定的硬度要求，同時考慮到便利于工件加工，可取用硬度較低的材料如S45C材料進行外形尺寸加工，待其加工完成后進行工件熱處理，使工件整體硬度提升上去以達到其硬度要求，升降板中的推升導軌尺寸對T件夾緊效果有著重要影響，故加工要求較高，考慮到推升導軌的外形特征，可優先考慮取用慢走絲的放電加工[10]方式進行加工。

2.5 夾緊塊和夾緊條

夾緊塊和夾緊條是直接與部品接觸的工件，其工作特性是頻繁重復松開夾緊的活動動作，為保證其使用壽命，工件表面必須有一定的硬度要求，同時考慮到便利于工件加工，可取用硬度較低的材料進行外形尺寸加工，待其加工完成后進行工件熱處理，使工件整體硬度提升上去以達到其硬度要求。夾緊塊和夾緊條因與部品有直接接觸，故其接觸面要作拋光處理以防止刮傷部品。

2.6 定位塊

定位塊作為部品限位工件，其外形尺寸精度要求較高，定位塊上頻繁取放部品，為防止定位塊上的定位槽磨損，其工件表面必須有一定的硬度要求，同時考慮到便利于工件加工，可取用硬度較低的材料進行外形尺寸加工，待其加工完成后進行工件熱處理，使工件整體硬度提升上去以達到其硬度要求，定位塊上的定位槽尺寸對工件夾緊效果有著重要影響，故定位槽需要定時清潔及定期檢查。

3 定子組與FPC焊錫夾具機構控制系統

FPC焊錫夾具控制系統[11]由基恩士PLC和威綸觸摸屏[12]以及相關位置感應器件組成。系統操作分手動模式和自動模式，在手動模式下運用威綸觸摸屏對夾具機構的驅動執行元件進行單動的獨立控制，根據設備自動運行模式下的實際動作執行時的流暢感，在手動模式下設備參數設置界面設置調整相關執行元件的時間參數。調整OK后轉到自動模式便可實施生產，后續不需要再作調整。自動模式為設備的自動生產時所處的狀態。為確保生產運行安全，設備及夾具機構的執行元器件單動功能在自動模式下不可操作。

4 設計驗證和結果分析

4.1 夾具機構設計方案及驗證數據

為了確保馬達定子組與FPC焊錫組裝工程品質，減少不良品產出，研究設計了3種配套方案：（1）采用伺服電缸作為驅動件配合簡易夾具;（2）采用伺服電缸作為驅動件配合本文的專用夾具;（3）采用氣缸作為驅動件配合本文的專用夾具。通過使用同設備分別配套上述3種夾具機構生產相同數量、相同機種產品以作驗證，如表1所示。

4.2 主要技術指標

自動化裝配機主要技術指標如表2所示。

5 結束語

設計了一種定位快速精準的自動焊接治具。設置有自動定位夾持待焊接件的夾持機構，同時配置有用于驅動夾持機構運行的驅動裝置、推升裝置和升降裝置，通過驅動裝置驅動裝置推升裝置移動，進而推動升降裝置上升，夾持機構隨著推升裝置的上升而轉動，夾持機構中的夾持條在轉動過程中撥動待焊接件，將待焊接件快速準確定位好，并將待焊接件夾持住。在實施過程中主要解決了以下關鍵點。

（1）定位焊接治具移動板的底部設置有導塊;導塊滑動套設在所述滑軌的外側，移動板滑動設置在所述滑軌上，有效快速定位FPC與定子組。

（2）驅動裝置以及推升裝置，驅動雙輸出，提高本夾具機構的使用率。

（3）獨特的夾持機構通過升降板的一端和定位塊，利用對稱夾持條兩側的定位槽的快速自動校對。

通過解決以上關鍵點，大大提高了該設備的使用效率，同時降低因產品定位偏移造成的自動焊錫問題，使設備效率到達以前舊組裝工藝的數倍，效果明顯。

參考文獻：

[1]劉錦超.工程施工成本控制提高經濟效益探析[J].科技經濟導刊，2020，28（22）：59.

[2]邱天福，基于機器視覺的FPC焊錫缺陷檢測系統開發[D].廣州：廣東工業大學。2020.

[3]王焰新.耳機端子自動焊錫機及其焊接工藝的研究[D].廣州：華南理工大學。2015.

[4]重慶市嗚浩電子科技有限公司.連接器插線定位焊接治具[Z].2015.

[5]李保彪.JWF1383型條并卷機筒管夾持機構的改造[J].棉紡織技術，2016，44（9）：35.

[6]李振江.皮帶輸送機驅動架改造設計與實踐[J].江西煤炭科技，2021（2）：227-229.

[7]姚鶴，詹勁，一種直線導軌氣動制動裝置[J].鍛壓裝備與制造技術，2018，53（1）：44-45.