段海峰，顏建*，韓偉，劉楚生

（華南理工大學(xué)廣州學(xué)院，機(jī)械工程學(xué)院，廣東 廣州 501800）

對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)子芯的涂覆，端面和線槽的涂覆質(zhì)量(包括涂覆厚度和均勻性)以及絕緣效果都是非常重要的指標(biāo)，新能源汽車對(duì)此要求更高。經(jīng)過論證，環(huán)氧粉末噴涂技術(shù)可以極大地提高新能源電機(jī)轉(zhuǎn)子芯涂層的可靠性和使用壽命[1]。圖1中綠色的部分便是凃?qū)印?/p>

圖1 涂覆后的新能源汽車電機(jī)轉(zhuǎn)子芯Figure 1 Coated motor rotor cores of new energy vehicle

粉末靜電涂覆是通過靜電作用將粉末涂料涂覆在被涂物上，經(jīng)一定溫度和時(shí)間的烘烤后形成涂層[2]，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子芯的一次成型，并且達(dá)到絕緣一體化，較以往的絕緣槽紙工藝具有更好的邊緣覆蓋性，涂層表面光滑，粉末粘附力強(qiáng)，韌性好，機(jī)械性能和電氣性能也有不小的提升，最高可以實(shí)現(xiàn)0.381 mm的膜厚，滿足電機(jī)轉(zhuǎn)子芯0.35 mm涂層厚度的要求[3]。國內(nèi)外一些世界級(jí)企業(yè)全都在使用這項(xiàng)工藝，而國內(nèi)一些小企業(yè)雖然也在嘗試，但是絕大多數(shù)都是人工協(xié)作靜電涂覆，還沒有實(shí)現(xiàn)智能化自動(dòng)涂覆，效率偏低。另外，粉末靜電涂覆還具有對(duì)環(huán)境污染程度低，節(jié)約能源，更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)等特點(diǎn)[4]。

本文旨在設(shè)計(jì)一套生產(chǎn)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)直徑10 ～ 25 mm的新能源汽車電機(jī)轉(zhuǎn)子芯的自動(dòng)靜電涂覆。

1 靜電粉末噴涂系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

涂覆工藝流程如圖2所示，生產(chǎn)工藝及機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見圖3。設(shè)備分為3個(gè)部分：上料及傳送部分，涂覆及高溫固化部分，以及下料部分。

圖2 新能源汽車電機(jī)轉(zhuǎn)子芯靜電噴涂工藝流程Figure 2 Process flow of electrostatic spraying for new energy vehicle’s motor rotor core

圖3 新能源汽車電機(jī)轉(zhuǎn)子芯涂覆生產(chǎn)工藝及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)Figure 3 Production process and designed structure for coating new energy vehicle’s motor rotor core

1. 1 上料及傳送部分

為了實(shí)現(xiàn)上料的無人化、自動(dòng)化、高效化，選用了振動(dòng)盤上料裝置。將大量需要涂覆的電機(jī)轉(zhuǎn)子芯放入振動(dòng)盤，經(jīng)過振動(dòng)盤振動(dòng)分揀以及相應(yīng)的傳送裝置(帶計(jì)數(shù)裝置)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子芯的自動(dòng)分揀和計(jì)數(shù)，并將其傳送到自動(dòng)裝夾裝置的位置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝夾，最后通過上料機(jī)器人將裝夾好夾具的電機(jī)轉(zhuǎn)子芯平放在涂覆生產(chǎn)線上[5]。需要強(qiáng)調(diào)的是，夾具的大小可以根據(jù)不同電機(jī)轉(zhuǎn)子芯的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)和修改。

1. 2 涂覆及高溫固化部分

涂覆生產(chǎn)線是整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，它由上料區(qū)、靜電涂覆機(jī)(正德智控JF-90G型)、涂覆區(qū)、高溫固化區(qū)和下料區(qū)5個(gè)部分組成，并由傳送絲杠作為動(dòng)力傳送。涂覆的工藝要求為：膜厚0.35 mm，涂覆溫度160 °C，涂覆時(shí)間15 min，固化溫度160 °C，固化時(shí)間15 min。整個(gè)系統(tǒng)中有4條涂覆生產(chǎn)線，可以交替循環(huán)使用，保證上料機(jī)器人不間斷地工作，防止資源浪費(fèi)，提高效率。

系統(tǒng)工作時(shí)，先由轉(zhuǎn)子芯自動(dòng)裝夾裝置將帶有夾具的電機(jī)轉(zhuǎn)子芯放入涂覆生產(chǎn)線1(見圖4)的上料區(qū)，再由上料機(jī)器人帶到傳送絲杠上[6]。在傳送絲杠工作時(shí)，依次放入更多的電機(jī)轉(zhuǎn)子芯(本系統(tǒng)設(shè)置為一次放入30個(gè)轉(zhuǎn)子芯)，在上料區(qū)上放30個(gè)轉(zhuǎn)子芯耗時(shí)5 min，再用5 min將所有的電機(jī)轉(zhuǎn)子芯送入涂覆區(qū)，涂覆機(jī)開始涂覆，15 min后涂覆完畢，傳送絲杠繼續(xù)將轉(zhuǎn)子芯傳送入高溫固化區(qū)(過程歷時(shí)5 min)，固化15 min后再次傳送5 min至下料區(qū)等待下料。在涂覆生產(chǎn)線1運(yùn)行15 min后，上料機(jī)器人會(huì)開始向涂覆生產(chǎn)線2送電機(jī)轉(zhuǎn)子芯；15 min后，涂覆生產(chǎn)線3開始上料；再過15 min，涂覆生產(chǎn)線4開始上料；15 min后又輪到涂覆生產(chǎn)線1開始新一輪的上料。這樣便實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的交替循環(huán)工作。

圖4 電機(jī)轉(zhuǎn)子芯涂覆及高溫固化生產(chǎn)線的機(jī)械設(shè)計(jì)及工藝Figure 4 Mechanical design and process of coating and high-temperature curing production line for motor rotor cores

1. 3 下料部分

經(jīng)過高溫固化后的電機(jī)轉(zhuǎn)子芯的溫度比較高，不便直接用手接觸，所以采用2個(gè)下料機(jī)器人自動(dòng)卸料，分別對(duì)應(yīng)其中的2條涂覆生產(chǎn)線。

2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)圖3的工作原理，設(shè)計(jì)了如圖5所示的觸摸屏控制系統(tǒng)[7]，其左邊一列4個(gè)為總控制開關(guān)，分別為開始、急停、自動(dòng)模式和手動(dòng)模式。開始和急停按鈕控制整個(gè)系統(tǒng)的開始和急停。自動(dòng)模式下，整個(gè)系統(tǒng)遵從設(shè)定的模式按順序工作及由各條涂覆生產(chǎn)線自動(dòng)控制工作；手動(dòng)模式下，可以根據(jù)需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定[8]。觸摸屏上的第二列為具體動(dòng)作控制按鈕，可以控制振動(dòng)盤、自動(dòng)夾具、絲杠傳送、靜電涂覆和高溫固化5個(gè)環(huán)節(jié)。不同大小的電機(jī)轉(zhuǎn)子芯的涂覆和高溫固化的具體時(shí)間和溫度會(huì)有所不同，所以在觸摸屏的右上角設(shè)置了6個(gè)數(shù)字顯示功能(包括涂覆溫度、涂覆時(shí)間、固化溫度、固化時(shí)間、傳送速度和計(jì)數(shù))，可以通過觸摸屏右下角的數(shù)值設(shè)定按鈕來調(diào)整。觸摸屏的右下方還有 2個(gè)選項(xiàng)控制旋鈕(可選涂覆生產(chǎn)線1、涂覆生產(chǎn)線2、涂覆生產(chǎn)線3、涂覆生產(chǎn)線4或全部生產(chǎn)線，以及上料機(jī)器人、下料機(jī)器人1或下料機(jī)器人2)，啟動(dòng)后可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)部分的自動(dòng)及手動(dòng)控制[9]。

圖5 觸摸屏控制面板Figure 5 Touchscreen control panel

圖6為觸摸屏控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分──單條生產(chǎn)線的PLC(可編程序控制器)控制梯形圖程序，其中X32、X33、X34為單條生產(chǎn)線的3個(gè)光電開關(guān)(分別為上料感應(yīng)開關(guān)、涂覆感應(yīng)開關(guān)和下料感應(yīng)開關(guān))，Y5、Y7、Y10、Y11為4個(gè)動(dòng)作開關(guān)(分別對(duì)應(yīng)傳送絲杠傳送，靜電涂覆機(jī)涂覆，高溫加熱器加熱并保溫，以及下料機(jī)器人1下料)[10]。觸摸屏PLC控制邏輯端口設(shè)置見表1。

圖6 單條生產(chǎn)線的PLC控制程序Figure 6 PLC control program of a single production line

表1 觸摸屏PLC端口的設(shè)置Table 1 Setting of PLC ports for the touchscreen

續(xù)表1 觸摸屏PLC端口的設(shè)置Table 1 (continued) Setting of PLC ports for the touchscreen

4 總結(jié)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在人工成本不斷提高的情況下，越來越多的企業(yè)開始探討生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化控制。本文設(shè)計(jì)的一整套新能源電機(jī)轉(zhuǎn)子芯靜電粉末噴涂自動(dòng)化控制系統(tǒng)，通過觸摸屏方式操作，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子芯的分揀、裝夾、上料、傳送、涂覆及下料的全自動(dòng)控制，可供相關(guān)企業(yè)參考。