基于PLC的端子自动切割机的设计

白梓含 张淑红 王熙雏

(苏州工业职业技术学院机电工程系，江苏 苏州 215104)

0 引言

接插件也被叫为连接器，指的是各种电子组件之间的连接单元，因其涉及的领域广，所以如何更有效率的将接插件生产出来显得尤为重要。其核心元件端子，是一段金属导体，它被密封在绝缘材料中，它起到元器件之间的信号传输和连接的作用。端子是利用铜、铝、铁等材料配上专用的模具在高速冲床上冲压而成，当其成型以后为端子联，需要用端子切割机来将它切割为单体。

然而面对种类繁多，更新周期快的端子品种，先后出现了不同的切割方式来制作端子例如单刃和单向间歇切割或者连续切割的方式。虽然技术与精度不断提高，但是目前国内外的端子切割机设施的现状是一套切割装备，只适用于一个规定型号的端子。当其型号发生变化，现有的切割装备将无法使用，甚至出现了手工切割非标端子的情况。因其已经无法满足于目前的技术现状，所以我们需要设计一套可以对不同型号不同类型的端子来代替现有的单一型号的端子切割机，以此来降低企业的生产成本，提高其生产效率，加快企业的经济增长。

1 总体方案设计

1.1 工作原理与结构方案设计

与端子类产品切断相似，美国Azco开发出橡胶制品柔性定长切割机，该机具有良好的柔性，能快速切割从4～32英寸尺寸范围内的各种橡胶成品，在操纵柜中设定切割长度和数量，该机能自动按照用户所需的产品规格进行长度设置和切割。这种机械结构，为我们进行端子切割机每次切割长度的柔性化控制提供了有益的借鉴。

在对原有的端子机结构进行分析研究的基础上，提出非标端子切割机工作原理如图1所示，端子自动切割机可以根据被切端子的类型来自动调整切割的数量，通过调整爪具来适应不同型号的端子联切割，要注意端子切割的精度和质量。

图1 非标端子切割装置的组成

1.2 端子自动切割机结构方案设计

通用电机、气动元件和四杆机构来实现端子切割机的进给运动，其进给运动顺序由棘爪插入并推进一定数量的端子联前进，接着棘爪缩回，最后回归起点。

端子切割的方式有很多种，如冲压切割、气动切割带动切割刀或采用锯切割，折弯切割等，但不适用于形色各异非标端子。因此，我们放弃现有的冲压切断的作业方法。因其端子与铜基材连接的切痕处抗弯强度低，所以利用折弯方式进行切断更合适。

1.3 端子自动切割机控制系统开发设计

拟开发的端子切割机的功能与结构方案，对其控制系统亦提出了新的要求：根据不同类型的非标端子进行实时调整进给步距，控制切割数量；针对不同类型的非标端子，通过控制系统快速调整爪具的方向和切割的方向来实现；通过工控机实现PLC、步进电机、传感和气动等元器件的柔性和通过触摸屏实时控制。

根据该研究的最初目的，同一类型不同型号的端子可以对其进行切割和对所对应的型号器材进行压接。若端子联的型号发生率改变，只需要适当地微调便可以继续生产，免去了频繁更换设备与零件的麻烦，提高了效率。其系统流程图如图2所示，系统有6个部分组成，分别是送线部、压端部、剥皮裁线部、扭线部、实时操控监视部和物料堆放部。送线部由2个H2MD型号的步进电机和缺线感应器组成，2个电机一前一后分别控制着压接线的松、紧和进线、退线，并将对应的线材运送到剥皮裁线部。由超静音电机、端子切割专用变频器、模具切割组建、端子检测感应器来组成压端部，其功能是将端子切割下来，并将其传送到对应型号的线材中。剥皮裁线部由H2MD步进电机、切刀与吹起磁阀构成。剥皮是由步进电机控制切刀来对线材的前端来进行的。按设定长度将线皮从导线上裁下来，由吹气电磁阀排出。送线扭线部由步进电机、扭线感应器和扭线气缸组成，当步进电机将剥好的线材送至压端部压端。扭线气缸将需要扭线的导线进行揉搓，方便接线。步科ET070触摸屏组成实时监控操作部。可以设定压接端子尺寸、剥线长度、切刀刀值深度设置、电机的功能设置和延时设置等功能。物料排放部是步进电机驱动放线电机运作，将成品传送至物料仓，再利用排出气缸将没有完全排放的线材排放至物料仓中，由步进电机和吹气气缸组成。

图2 控制系统流程图

1.4 端子自动切割机原理样机构建

将端子自动切割机机械系统与控制系统集成，构建柔性化端子自动切割装置。利用计算机仿真软件对端子的直线进给运动和夹紧端子的旋转运动的协调匹配进行模拟仿真分析，构建端子切割机构运动模型，分析该装置结构设计的可行性。利用有限分析对端子就夹取端子联的夹持力和切割力分析，预采用有限元分析软件构建力学模型，得出满足工程精度的近似结果，进而预测该装置在整个生命周期内的可靠性。

2 端子切割机各部分功能

最终设计的端子切割机由4部分组成，分别是螺距传送部、夹紧旋转部、切割部和端子排放部。各部分功能如图3所示。

图3 全自动柔性压端机系统实物图

螺距传送部由3部分组成，分别是限位感应器、滑台气缸和电磁阀，其功能是用来将端子引到固定位置来方便对其进行切割。旋转气缸、摆动型气爪和电磁阀3部分来构成夹紧旋转部，其主要功能是使用气爪来夹紧端子排，气缸旋转作用其端子底部将其折断，最后将切割好的端子分离出来。

切割部也是由3部分组成，分别是切割刀、滑台气缸和电磁阀，其功能是将要切割的端子盘将其用切割刀切割开来，使得螺距移动并让下一组端子排进行切割操作。

端子排放部由滑台气缸和电磁阀2部分组成，其功能是利用摆动气爪将被切割下来的端子夹紧，通过气动滑台将端子放到物料台，废料放进废料盒中。

它的工作流程如下：按下按钮上电，使系统复位，在触摸屏上确认控制，螺距传送部开始根据设好的位置开始输送端子排，当系统检测到端子排到达固定位置后，摆动气爪开始工作并夹紧端子排，接着旋转汽缸将送进来的端子排进行旋转切割，端子排被切割后产生端子，并被分离出来传送至物料盒，多余的废料被切割刀切割排入废料盒，最后再循环往复。

对于这个系统设计了手动单步操作方式与自动控制方式，避免发生故障不利于维修。并确定每次切割时端子排的个数，根据其切割长度，利用脉冲信号来对其进行计数。当其发生故障时，系统会发出警报并且自动停止运行，并发出警报信号，当故障被排除，系统恢复正常，并继续工作。

3 结语

此次设计的端子切割机构，可以在保证切割质量的前提下，依靠一次切割数量在2～66个之间来进行调节，并可以根据不同的型号之间进行调整。减少了其加工的成本，提高了生产的效率。本文设计的变步距端子切割机构，在保证切割质量的前提下，通过滑移变距盘实现一次切割端子的数量可在2～6个之间柔性调节，能根据不同型号的非标端子进行快速调整，实现一次切割端子数量可调，提高了企业生产效率，降低了端子的加工制造成本，该机构已授权发明专利，并与合作企业进行了生产性中试，经过试验验证，证明了该机构的可行性。