RJ45接口弹片半自动压线机的设计与实现*

常宏斌,凌灿光,周少卫

(贺州学院 机械与电气工程学院，广西 贺州 542899)

0 引言

随着社会经济的发展，我国人力劳动成本不断增加，人力密集型生产企业面临着利润降低、竞争力下降和生存艰难的局面，当前越来越多的重复性劳动被自动化机器取代，特别是“中国制造2025”的颁布实施，鼓励引导传统的制造类企业转型升级。

RJ45接口广泛应用于计算机网络数据传输中，由插头和插座组成，插座后面的弹片具有张紧数据线、防止其松动的功能，以方便线头与针脚的连接。对于RJ45接口插座处弹片的安装，目前电子生产企业常用的作业流程是：一个人工将弹片装到载座上，另一个人工将弹片预压成45°，最后再由一个人工将弹片压制成90°，共需要3个人工完成。由于该产品比较小，人工拿取不方便，因此效率不高，产量在800件/h，且单一重复劳动不利于工人的身心健康。为了提高效率、节省人工、降低生产成本，在分析手工工序特点的基础上，本文设计开发了一台半自动化弹片压线机。

1 半自动化弹片压线机总体方案及工位设计

1.1 压线机总体方案

图1为弹片结构示意图，图2为RJ45接口插座的外壳体。

压线机完成的主要工艺为：将弹片上的凸起端弯曲成90°卡到壳体的凹槽上(如图3所示)，由于被弯曲面较短，不易一次弯曲成形，因此采用两次弯曲，一次预弯成45°，另一次弯曲成90°。

图4为压线机总体方案设计框图。PLC根据输入检测信号控制电磁阀的通断，气缸在电磁阀的控制下作往复运动，进而带动夹具和模具等机械部件运动，完成弹片的弯曲。

1.2 工位设计

考虑到弹片和壳体的形状不规则，不易自动化装配，因此由人工将弹片、壳体和凹模组装成半成品，放置到压线机的初始工作位置。压线机的工位划分如图5所示，运动过程如下：

(1) 首先，由人工将半成品1放到初始位置，然后当人工将另一个半成品2放到初始位置时，推动原初始位置的半成品1到达工位一。

(2) 传感器检测到工位一有物体后，PLC控制气缸1、2、3同时运动，气缸1前面装的夹具夹住半成品1。

(3) 气缸4运动，推动气缸固定板带动气缸1、2、3向右送料，将半成品1带到工位二。

(4) 气缸5和气缸6运动，在工位二将半成品1上的弹片压成45°。

(5) 气缸1、2、3反向运动，松开半成品1。

(6) 气缸4反向运动回到初始位置。

(7) 当人工再放入半成品3时，经过气缸动作，在工位二将半成品2上的弹片压成45°，在工位三上将半成品1上的弹片压成90°。

图1 弹片结构示意图 图2 RJ45接口插座的外壳体 图3 装有弹片的壳体

图4 压线机总体方案设计框图

通过以上步骤完成一个循环，此后，气缸每依次动作一次，就有一个成品压制完成。

图5 压线机的工位划分

2 主要机械结构设计

压线机主要由支撑部分、凸凹模、夹具拔爪、导轨滑块副、气缸等部分组成，如图6所示。

图6 压线机虚拟样机结构

2.1 支撑结构设计

支撑结构主要包括支撑脚、固定板等部分。支撑脚对整个机器起到支撑作用，具有一定的强度；固定板主要用于安装气缸、定位限位等元件，要保证上面安装的各零件定位准确，安装可靠，运行平稳，其上面孔较多，要求加工精度高，主要通过线切割、钻和铰等加工完成。

2.2 凸、凹模设计

2.2.1 凸模设计

凸模有两个，采用整体结构，其上有固定孔，通过凸模固定块、气缸挂台和气缸伸缩杆连接。凸模一的前刃口有45°的倒角，凸模二的前冲头是平的，凸模和凹模配合完成弹片的弯曲。设计的凸模一和凸模二结构如图7和图8所示。

图7 凸模一 图8 凸模二

2.2.2 凹模设计

考虑到弹片装在壳体上，整体尺寸较小，形状不规则，装夹不便，为了便于送料和方便冲压，由人工将装有弹片的壳体放置到凹模上组成半成品。因此凹模的设计除了应考虑与凸模配合完成弹片的弯曲外，还应充分考虑RJ45接口壳体和弹片的形状，保证弹片和壳体放置到上面可靠定位，还要考虑到夹持方便，能在气缸的推动下进行送料。设计的凹模结构如图9所示。

2.3 夹具拔爪的设计

夹具拔爪的作用是能对装有弹片壳体的凹模进行准确夹持并送料，拔爪的一头能夹持在凹模的槽里面，另一头通过气缸挂台装配在气缸的伸缩杆上。设计的夹具拔爪结构如图10所示。

图9 凹模 图10 夹具拔爪

2.4 导轨滑块副的设计

导轨滑块副主要是对气缸的直线运动起到支撑和导向作用，每个气缸的伸缩杆通过连接件与滑块相连，导轨与固定板连接，通过滑块在导轨上的滑动来保证气缸直线运动的平稳。根据运动行程的要求和设备的大小，汽缸4行程较长，需要带动气缸1、2、3等部件运动，因此设计两对直线导轨滑块副；汽缸1、2、3及5、6的运动行程较短，各设计一对直线导轨滑块副，导轨长度根据行程需要选取。

3 控制部分设计

3.1 系统控制要求

压线机的主要工作过程包括凹模的夹持送料、凸模的前进压制弹片成形、凸模后退、夹具拔爪复位、送料气缸复位等工序。

图11为控制系统流程。首先，工位一传感器检测是否有物体，接着气缸1、2、3伸出带动夹具拔爪夹持凹模，随后气缸4伸出推动整个夹持机构送料，紧接着气缸5、6伸出带动凸模与凹模配合弯曲成形，然后气缸5、6后退，气缸1、2、3后退，最后气缸4带动整个夹持机构后退， 开始下一次循环。

图11 控制系统流程

3.2 PLC选择及程序编制

电气控制部分采用PLC作为控制核心，需要同时或顺序控制6个气缸往返运动，PLC检测到各个输入和限位信号后，通过电磁阀控制各气缸按要求顺序伸出和收缩。根据系统完成的功能，考虑到必要的安全报警指示灯等信号，选择使用三菱FX2N-32MR型PLC作为主控单元。为了保障安全，编制的程序中应充分考虑各触点的自锁，各工序气缸间的动作转换应适当地留有延时时间，完成的程序先利用GX Developer软件进行模拟仿真，然后根据仿真情况不断完善修改程序，最后下载入PLC中进行调试。

4 样机加工

根据设计结果，采购气缸等标准件，加工装配调试后的半自动化弹片压线机如图12所示。产线生产结果表明：弹片的压制由原来需要3个人工每小时完成800件，提高到1.5个人工每小时完成1 000件，整个机器的最终成本约1.5万元左右，由此可见，所设计的半自动化压线机提高了企业的生产效率，节约成本，为企业带来了较好的经济效益。

图12 半自动化弹片压线机

参考文献：

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