无序筛选供料自动压合设备研发

李润泽 胡静怡 黄 波 于云程 支则君

（常州信息职业技术学院，常州 213164）

1 项目背景

近年来，同轴电缆在闭路监控信号传输、网络信号基站、有线电视等通信领域，尤其在公安“天眼”系统的线路上大量使用。同轴电缆接插件（图1）作为同轴电缆连接的配件，在线路铺设中大量使用，因此市场需求量巨大。

传统的组装方法是人工将其接插件内芯塞入螺套再冲压封口，但接插件体积小，人工装填效率较低，冲压过程劳动强度大，危险系数高，人工成本高。采用自动化设备代替人工，可大幅降低产品价格，有利于扩大接插件乃至同轴电缆的市场占有率。

本文设计了一种同轴电缆接插件装压一体机，采用工业自动化控制系统，在无人干预的情况下，按设置好的程序及指令自动完成接头外部螺套与内部绝缘内芯的装配，并移至下一工位进行自动冲压完成产品的制作。它解决了人工冲压过程中存在的危险系数高、效率低、劳动强度大以及成本高等问题，使同轴电缆接插件的生产真正达到高产、安全、环保和低耗的目的。

2 方案设计

同轴电缆接插件的自动化设备要求上料接料连续进行、装填内芯位置准确、螺套封口可靠以及下料及时[1]。考虑以上要求，经研究分析提出了采用半开放式接料工装装配冲压方式来研发无序筛选供料自动压合设备。螺套与绝缘内芯经过振动盘自动排列后，进入半开放式接料工装进行装配，然后随工装移动至冲压工位，在冲压气缸动作前，挡板执行关门动作，冲压工位的气缸推动冲头完成冲压，挡板再执行开门动作，最后推料气缸将冲压完成的产品推出，完成整个装配冲压工作，主要流程如图2所示。

该方案可以保证设备在运行过程中运行平稳、冲压效率高、安全可靠、节能环保，对操作者无较高要求，后期维修保养方便，造价亲民，适合大范围推广，且在成本、使用、维护等方面更有利于满足企业的需求。

3 主要设计参数及设计指标

主要设计参数和主要技术指标如表1所示。

表1 主要设计参数和主要技术指标

4 标准件选型及工艺计算

4.1 工艺计算——螺套整形工艺

影响整形力F的主要因素有材料的力学性能、板料厚度等，计算公式为：

式中：S为校平、整形面积，经三维软件[2-3]查询可知，螺套初始受力面积为8.85 mm2；p为螺套材料为硬黄铜，单位压强取60 MPa[1]。因此，计算可得整形力F为531 N。

4.2 冲压用气缸的选型

本设备采用杠杆式冲压机构成形螺套口部，确定力矩计算公式为：

按照设计的杠杆结构尺寸，适当调整杠杆支点的位置，确定两个力臂的长度，并将F阻代入力矩计算公式，计算F动为236 N（24 kgf）。

选用亚德客SDAT20x20x65SB型气缸，根据产品手册[4]：气缸移动速度在50～500 mm·s-1范围时，实际机械效率A≤0.5，则实际可输出力范围为16～160 kgf。F动（24 kgf）∈{16，160}kgf，满足冲压工艺力要求，并预留足够动力，以便调节气缸工作速度。

5 设备技术分析

5.1 设备的工作流程

同轴电缆接插件装压一体机（如图3所示）采用双振动盘供料设计[5]，振动盘1负责供给绝缘内芯，振动盘2负责供给螺套。螺套在供料时存在特殊性，输送时需保证长端朝上才能装入绝缘内芯。通过改进振动盘的振动频率和送料导轨（如图4所示），结合螺套特性，使得螺套在直线振动器导轨上长端朝上时绝缘内芯被推至螺套内。另外，在导轨入口侧面增加传感器，使振动盘与传感器相连。当直线振动器导轨上装满螺套时，振动盘与直线振动器会自动停止上料，达到了避免物料堆叠溢出、振动盘无效送料的情况。螺套率先进入装配工位，继而3#气缸（如图5所示）再将从输料管掉落的绝缘内芯推入装配工位上方，随后由4#气缸将绝缘内芯推入螺套内，至此设备完成一次装配动作。

双行程气缸开始工作，将装配好的同轴电缆接插件半成品推入冲压工位。由于接料工装为开放式，可能会在冲压过程中发生产品倾斜等情况，造成产品报废。为了解决这一问题，在出料口后放置一块挡板，随着半成品进入冲压工位，气缸跟随启动带动挡板进行关门动作，使得挡板拦截出料口的同时固定工件。气缸带动杠杆冲压机构进行冲压，由于竖直压装气缸难以固定，占用设备面积较大，同时对输入压力有较高要求，因此借助杠杆将竖直方向做功的气缸调整为水平方向做功，使得机器运行更加平稳。此外，调节杠杆动力臂的长度，使动力臂大于阻力臂，达到省力的目的，同时降低气缸的使用成本。设备安装有阻尼器（如图6所示），用以吸收冲击力，防止气缸推力过大，导致挡板冲击冲压工位发生冲突。冲压完毕后，气缸启动带动挡板执行开门动作，7#气缸启动，将成品件推送至出料口，至此完成一次完整的同轴电缆接插件的自动装配及冲压动作。

5.2 关键技术

5.2.1 螺套振动盘智能启停

在直振导轨上设计积料传感器，当螺套排满导轨时，自动关闭振动盘，以防止持续供料出现螺套堆积、卡料、溢出、无料等问题，提醒人工干预，节约能源与时间。

5.2.2 仿形式接料定位机构

仿形式接料工装不同于夹爪式等其他接料方式，能够确保螺套在进行与绝缘内芯装配冲压时不倾斜。此机构结构紧凑，运动平稳，定位精准。

5.2.3 杠杆式冲压机构

采用杠杆原理，气缸不直接作用在冲头上，动力臂大于阻力臂，达到省力的目的，减少气泵的耗气量。同时，气缸可以竖直固定在冲压工作平台上，降低了设备高度，稳定性更好。

6 控制系统设计

该设备选用三菱FX3UPLC控制器。设备的控制系统框图如图7所示，由触摸屏、可编程控制器以及气缸动作执行元件等部件构成。通过触摸屏把需要的数据和输入信号给可编程控制器，可编程控制器执行用户程序，将输出信号给中间继电器和气缸。各限位开关和反射激光传感器的检测信号输入给可编程控制器。气缸驱动执行元件实现不同方向、不同要求的动作。设备实物照片，如图8所示。

7 结语

针对同轴电缆的双通对接头开发了一种接插件自动压装设备。采用无人看管的自动化设备代替传统的人工装填内芯，结合人工上料、冲压的生产方式，大幅提高了生产效率，安全性好，人力成本几乎缩减至零。绝缘内芯采用振动盘加塑料管上料，摒弃了传统的振动盘加直线振动器的组合方式，减少了制造成本，降低了振动强度，避免了已装入绝缘内芯的簧片脱离，试验效果明显。本设备不仅结构紧凑、成本低，而且生产效率高、占地面积小、运行平稳、不易出现故障，同时操作简单易上手，适合中小规模尤其是劳动密集型、技术改造意愿强烈的制造类企业应用。