轉盤式定子鉚合機的設計

陳崇德

（江門市維凱智能裝備有限公司，廣東江門 529000）

0 引言

鉚合機又稱鉚釘機、旋轉鉚接機、鉚接機、碾鉚合機等，是一種基于冷軋原理開發的將銅零件和鉚釘連接在一起的新型鉚合設備[1]。

鉚接機大多用作產品聯結和鉚接，廣泛應用于電子、開關生產、電器、汽車零部件、軸承組裝等細分行業，它往往由液壓或氣動裝置干預和操作[2]。鉚接機是參照冷軋機理整體設計的，這是一種機械裝置，應用鉚釘聯結多個零部件。鉚接機借助翻轉和重壓實現這些元件的鉚接，按作用力形式可分為液壓鉚釘機、氣動鉚釘機和電動鉚釘機，按頭數可分為單頭鉚釘機和雙頭鉚釘機；依據運動特點可分為手動鉚接機和自動鉚接機[3]。

目前在用的鉚合機主要采用手動機械鉚接機和半自動機械鉚接機[4]。鉚接機是依照冷軋工作原理研發的一種多用途裝置，它是指可以鉚接機體的工程機械[5]。雖然半自動鉚接機的效率相比人工鉚接有了很大的提高，但由于生產過程中人工浪費量大、人工成本高，始終存在弊端。為了解決上述問題，專門設計了自動鉚接機，通過轉盤上布置多個工位分解定子壓合動作，并設計專用壓合工裝，通過自動控制將傳統勞動強度大且工作效律極低的工作變得快且輕松[6]，這樣可以大大減少勞動力，降低廢品率，為企業降低生產成本，帶來直接的經濟效益。銅件和鉚釘的自動鉚接可以降低生產成本，提高生產率，保持穩定的質量水平，創造高效的生產環境。

1 問題分析

（1）通過手動鉚壓機鉚合定子（罩極）員工勞動強度大。一天工作下來整個手臂會酸軟發抖，所以對員工身體素質要求更高，故成本居高不下。

（2）通過手動鉚壓機鉚合定子（罩極）效律低下。工人的一個手放在手動鉚壓機的下壓手柄上（通常是右手）另一個手要負責主定子上料并定位、副定子上料并定位、成品定子的下料等工作。所有動作都要在同一個位置按順序先后完成，導致加工效律低下[7]。

（3）接觸開關應用于社會生活的各個領域。對于家用電器，將使用船舶開關、線路連接器等，工業設備將采用微動開關、船用開關、繼電器、溫控器等，而對于汽車車隊，將使用接觸開關。因此，觸點開關與我們的生活息息相關。傳統開關插座內端子的電源主要采用手工鉚接，手動端子對中容易產生位移，對中精度低，對中效果差。在鉚接過程中，由于端子對中的偏差，端子在鉚接過程中容易被壓碎，這導致產品效率差、生產率低、生產成本高、勞動生產率低。使用觸點脫落后的時間，開關陳舊，有時會出現泄漏，非常危險；如果鉚接壓力過密，那么大的銀點就會變形或損壞。開關工作時，接觸面減小，形成大電弧，電流增大，影響開關壽命。

1.2 實現方式

實現方式如圖1所示。該裝置結構緊湊，性能穩定，操作方便安全。但傳統的定子鉚壓采用手動鉚壓機加一個簡易工裝，人工將一個主定子和一個副定子放在簡易工裝上并定好位，另一個手用力掰動下壓手柄將主定子與副定子壓合在一起。

圖1 定子鉚合機結構

通過圖1中的手動鉚壓機構加簡易工裝實現主定子與副定子鉚合。鉚釘橫桿可以在水平方向上橫向移動。工作時，水平鉚釘推力桿水平推動振動直送機構的傳動鉚釘，脈沖桿向上推動鉚釘，鉚釘傳動吸盤向下移動。然后，在自動送料機構的限制下，鉚釘傳動吸頭能準確定位鉚釘，并能準確對準、吸收和傳遞鉚釘。關鍵技術采用氣動沖壓原理。鉚接結構分為上基體和下基體。上模是一個類似于大壓力點頭形狀的壓力蓋，下模是一個沖壓頂針。沖壓下模時，上模通過上壓桿具有鎖緊功能，使上模不反彈，鉚接更均勻，效果更好。

2 方案設計

設計一臺多工位自動壓入設備，設備上配備專用的定位壓入工裝，快速實現主副定子壓入。設備各功能部件如圖2所示。

圖2 多工位自動壓入設備

（1）該設備采用8工位布局，靠前有3個位置可以用來上料（新員工操作不熟練時可以多人同時操作，保證效率）

（2）設備采用液壓為主動力，最大出力為1.5 t，保證主副定子鉚合時有足夠順暢，并用電磁接近開關采集液壓缸行程位置，到達設定位置時可以瞬時液壓缸動作停止不壓傷定子[8]。

（3）旋轉轉盤選用高精度110DF八工位分割器，保證足夠剛性的同時傳動平穩且定位精度高，控制也相對簡單。

（4）設計專用工裝用于主副定子定位和壓入，保證操作便捷，加工穩定且壽命高。

3 專用工裝和結構

專用工裝和結構如圖3～4所示。

圖3 專用工裝

在上料工位，人工把副定子放進副定子定位圈并壓到底，同時把主定子放在滑動支承板上，主定子的定位工藝孔與主定子定位銷對正。當工裝被旋轉傳送到鉚合工位時工位壓頭先接觸到主定子上面，繼續下壓時主定子帶著滑動支承板往下壓，當線包收緊叉端部與導向叉壓接面接觸時，導向叉會往內側收縮滑動（收口），導向叉的收口下壓會將副定子上的線架收口，使其能順利嵌進主定子內孔[9]。當下壓到主定子與副定子接觸時壓入支承叉會托著副定子壓進主定子的定位槽孔里，實現主副定子的鉚合[9]。當工位壓頭上升時，回位彈簧會把滑動支承板與已經鉚合的定子一起彈起回位，保證出料工位能順利夾取[10]。

設備為每個專用工裝設計了快速換型浮動底板如圖5所示。

圖4 專用結構

圖5 快換型浮動底板

由于罩極電要生產大部分廠家換型號比較頻繁，所以就要求設備能夠快速切換型號投入生產，如圖工裝底部3個孔與浮動安裝板上的3個定位銷有嚴格的工差要求，所以生產了來的工裝可以順暢的放到浮動工裝板上[10]。又因為一個工裝自重超過10 kg，工裝又不受向下壓力以外的其他受力，所以工裝與浮動安裝板并沒有設計螺絲連接，僅用自重就可以平穩地在轉盤上運行[11]。也就是切換型號時只需把設備上正在使用的工裝搬下，把將要生產的型號工裝準確地搬到浮動安裝板的定位銷卡住即可（當然不同是型號還要更換下壓頭，也是設計了定位銷，直接替換即可）。壓入工位的下壓力極大，遠超轉盤彈性變形極限，所以除了在鉚合工位正下方設置有受力支撐柱外，轉盤上每個浮動安裝板是可以上下浮動的。這樣一來轉盤受到的力只是每個工裝上4個彈簧的壓力，保證了轉盤在長時間使用后不會產生金屬疲勞變形[12]。

4 采用數字電路配合三菱PLC控制器實現各工位動作的協調

電箱主電路接線如圖6～7所示。

圖6 電箱主電路

PLC輸入輸出分配如下圖8所示。設備采用交流三相380 V電源，配合PLC程序的邏輯控制精準的實現的各件部件的自動控制。

圖8 PLC輸入輸出分配

5 實施效果

圖7 電箱接線

采用本文提出的鉚接機結構開發的全自動鉚接機。本文提出的傳統手動鉚接機和新型自動鉚接機可鉚接1 000個相同的零件。通過實驗對比，手工鉚接的缺陷率為15%。切換到機器后，缺陷率可控制在3‰，質量提高近50倍。手動鉚接開關的平均使用壽命為200萬次，自動鉚接機加裝的變壓器均值使用時間為350萬次。每名工人均值每小時手鉚800個，機械均值每小時2 500～2 600個。一個普通員工就能負責管理3臺機械，這將工作效率提升了6～9倍，減少疲勞。設備額定功率為2.5 kW，配合0.5 MPa的氣壓，最快可實現2 s以內一個定子的鉚合，是傳統人工操作效率的兩倍以上。

6 結束語

本文設計了一種以PLC為控制核心的鉚接裝置。介紹了總體方案設計、PLC硬件電路設計和氣動鉚槍電路設計。本文件公開了手動、自動和模塊化鉚接機控制模式，并提供了PLC控制電路和硬件連接電路的設計方法。鉚接機主要解決現有鉚接機手工疲勞、效率低、成品合格率低的問題。將手動操作改為自動操作，并將信號傳輸至PLC裝置，分別控制電源電路、氣動電路、驅動電路和鉚接機主電路的通斷，從而完成鉚接機的自動操作，大大提高了成品合格率和鉚接速度。實驗結果表明，該自動鉚接機具有良好的工作效果。