廖新明

摘要：微型步進(jìn)馬達(dá)定子組與FPC焊錫作業(yè)基本靠手動(dòng)作業(yè)，效率低下，同時(shí)因工人離職率較高導(dǎo)致新手作業(yè)情況多，從而造成產(chǎn)品品質(zhì)不穩(wěn)定的問題多發(fā)。為此專門研究設(shè)計(jì)了微型步進(jìn)馬達(dá)定子組與FPC焊錫設(shè)備專用夾具機(jī)構(gòu)，通過結(jié)合現(xiàn)階段的先進(jìn)工業(yè)技術(shù)，采用精密氣缸驅(qū)動(dòng)多機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)的方式進(jìn)行馬達(dá)定子組與FPC焊錫夾緊，并與三菱PLC及威綸人機(jī)界面觸摸屏的控制技術(shù)相結(jié)合，促使微型步進(jìn)馬達(dá)定子組與FPC焊錫夾具機(jī)構(gòu)能高效完成部件裝夾。基于微型步進(jìn)馬達(dá)定子組與FPC焊錫夾具組裝設(shè)備的研究，通過自動(dòng)夾具組裝提升了生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，減少了企業(yè)人工投入成本，降低了工人的作業(yè)疲勞強(qiáng)度，提高了設(shè)備的自動(dòng)化效率。

關(guān)鍵詞：微型步進(jìn)馬達(dá);定子組與FPC焊錫;快速定位;夾具機(jī)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TP23

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-9492（ 2022）02-0155-03

0 引言

經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，科技不斷進(jìn)步，機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展也經(jīng)歷由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由低級(jí)到高級(jí)的變化過程，這是工業(yè)行業(yè)發(fā)展的必然，對(duì)于企業(yè)而言，如何能高效地提高經(jīng)濟(jì)效益[1]、減少企業(yè)成本是一大課題。目前微型步進(jìn)馬達(dá)定子組與FPC焊錫[2]組裝生產(chǎn)是以人工手動(dòng)組入FPC再配合輔助定位治具為主的手工生產(chǎn)模式，故人力成本高、作業(yè)效果差異性高，且品質(zhì)穩(wěn)定性不足。通過工程技術(shù)人員在其先決條件下作出一定改進(jìn)，現(xiàn)行業(yè)內(nèi)出現(xiàn)某些通用型自動(dòng)焊錫設(shè)備配套簡(jiǎn)易夾緊治具，對(duì)于一般焊錫工藝要求不高的情況下相較人工手動(dòng)焊錫有一定先進(jìn)性，而由于微型步進(jìn)馬達(dá)定子組與FPC焊錫工藝要求較高，市面上這些通用型自動(dòng)焊錫設(shè)備已不能很好地滿足其作業(yè)品質(zhì)要求，在這些通用型自動(dòng)焊錫[3]設(shè)備運(yùn)行作業(yè)中常常因其簡(jiǎn)易夾緊治具設(shè)計(jì)不足，經(jīng)常出現(xiàn)夾緊力過大而導(dǎo)致夾傷部件或夾緊力過小而夾固不穩(wěn)等不良狀態(tài)，故微型步進(jìn)馬達(dá)定子組與FPC焊錫急需設(shè)計(jì)一套針對(duì)性較強(qiáng)、能改善FPC焊錫作業(yè)效果的專用夾具機(jī)構(gòu)。本文針對(duì)微型步進(jìn)馬達(dá)定子組與FPC焊錫夾具機(jī)構(gòu)獨(dú)立設(shè)計(jì)，以減少公司人工勞動(dòng)成本、提升產(chǎn)品良品率為目的，使用獨(dú)特的夾具機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了微型步進(jìn)馬達(dá)定子組與FPC穩(wěn)定固定，解決了行業(yè)中因定子組與FPC固定不穩(wěn)定導(dǎo)致焊錫不良多發(fā)的問題，徹底消除了瓶頸工程，提升了微型步進(jìn)馬達(dá)定子組與FPC焊錫夾具機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性，最終大大提升產(chǎn)品良品率。

1 微型步進(jìn)馬達(dá)定子組與FPC焊錫夾具機(jī)構(gòu)

定位焊接治具[4]包括底板、定位塊、驅(qū)動(dòng)裝置、推升裝置、升降裝置和夾持機(jī)構(gòu)。定位塊設(shè)置在底板上，其上設(shè)置有定位槽。推升裝置包括移動(dòng)板和推升桿，移動(dòng)板滑動(dòng)設(shè)置在底板上，推升桿橫向設(shè)置在移動(dòng)板上。驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置在底板上，驅(qū)動(dòng)端與移動(dòng)板固定連接。升降裝置包括導(dǎo)桿、滑塊和升降板，導(dǎo)桿設(shè)置在底板上，滑塊滑動(dòng)設(shè)置在導(dǎo)桿上，滑塊之間設(shè)置有支撐桿，升降板設(shè)置在支撐桿上，其上設(shè)置有推升導(dǎo)軌，推升桿滑動(dòng)設(shè)置在推升導(dǎo)軌內(nèi)。夾持機(jī)構(gòu)包括夾持塊，夾持塊轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在升降板和定位塊之間，其上設(shè)置有夾持條，夾持條對(duì)稱設(shè)置在定位槽的兩側(cè)。該機(jī)構(gòu)對(duì)于待焊接件的定位，不僅快速，而且準(zhǔn)確。

2 重要機(jī)構(gòu)及部件

2.1 定位焊接治具

如圖1所示，定位焊接治具包括底板1、定位塊2、驅(qū)動(dòng)裝置3、推升裝置、升降裝置和夾持機(jī)構(gòu)[5]。定位塊2設(shè)置在底板1頂部的一側(cè)，其定位塊2上設(shè)置有定位槽21，定位塊2鎖固在定位板11上，定位板11鎖固在底板1上。推升裝置包括移動(dòng)板41和推升桿42，移動(dòng)板41滑動(dòng)設(shè)置在底板1上，推升桿42橫向設(shè)置在移動(dòng)板41上。驅(qū)動(dòng)裝置3設(shè)置在底板1頂部的另一側(cè)。支撐桿53橫向設(shè)置在升降板54上，兩端由滑塊52限位，滑塊52設(shè)置在導(dǎo)桿51上，導(dǎo)桿51鎖固于底板1上。夾持塊61連接在升降板54前端，夾持條62安裝在夾持塊61上。

2.2 驅(qū)動(dòng)裝置以及推升裝置

如圖2所示，驅(qū)動(dòng)裝置[6]設(shè)置在底板1頂部的另一側(cè)。驅(qū)動(dòng)裝置3的驅(qū)動(dòng)端與推動(dòng)板9相鎖定，推動(dòng)板9設(shè)置于導(dǎo)塊8上并與移動(dòng)板41固定連接，當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置3往前推動(dòng)時(shí)使導(dǎo)塊8及上述機(jī)構(gòu)沿著滑軌7往前移動(dòng)。升降裝置包括兩組導(dǎo)桿51、兩塊滑塊52和一組升降架，兩組導(dǎo)桿51豎直對(duì)稱設(shè)置在底板1上，兩塊滑塊52分別滑動(dòng)設(shè)置在兩組所述導(dǎo)桿51上，兩塊滑塊52之間設(shè)置有支撐桿53，一組升降架包括兩塊升降板54，兩塊升降板54對(duì)稱設(shè)置在支撐桿53上，并且兩塊升降板54位于定位塊2和驅(qū)動(dòng)裝置3之間。任意一塊升降板54上設(shè)置有推升導(dǎo)軌55，推升導(dǎo)軌[7]55沿驅(qū)動(dòng)裝置3至定位塊2方向逐漸向下傾斜，從而帶動(dòng)夾緊塊與夾緊條機(jī)構(gòu)作收緊活動(dòng)，起到夾緊部件的效果，若推升導(dǎo)軌55沿驅(qū)動(dòng)裝置3反向移動(dòng)則帶動(dòng)夾緊塊與夾緊條機(jī)構(gòu)作展開活動(dòng)。推升桿42滑動(dòng)設(shè)置在推升導(dǎo)軌55內(nèi)。

2.3 夾持機(jī)構(gòu)

首先將待焊接件放置在定位槽[8]21內(nèi)，然后啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置3，驅(qū)動(dòng)裝置3推動(dòng)推動(dòng)板9往前同時(shí)帶動(dòng)移動(dòng)板41前移，移動(dòng)板41前移時(shí)帶動(dòng)推升桿42前移，由于推升導(dǎo)軌55向前逐漸向下傾斜，而推升桿42保持平行不變，因此升降板54被推升桿42逐漸向上抬起，夾持塊61隨著升降板54的抬高而轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)夾持條62轉(zhuǎn)動(dòng)，兩條夾持條62沿著待焊接件的外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)將待焊接件撥動(dòng)擺正，并將待焊接件夾持穩(wěn)固，最后通過焊錫設(shè)備對(duì)待焊接件進(jìn)行焊錫處理[9]。

2.4 升降板

升降板作為主要受力及傳動(dòng)部件，其工作特性是頻繁活動(dòng)，為保證其使用壽命，其工件表面必須有一定的硬度要求，同時(shí)考慮到便利于工件加工，可取用硬度較低的材料如S45C材料進(jìn)行外形尺寸加工，待其加工完成后進(jìn)行工件熱處理，使工件整體硬度提升上去以達(dá)到其硬度要求，升降板中的推升導(dǎo)軌尺寸對(duì)T件夾緊效果有著重要影響，故加工要求較高，考慮到推升導(dǎo)軌的外形特征，可優(yōu)先考慮取用慢走絲的放電加工[10]方式進(jìn)行加工。

2.5 夾緊塊和夾緊條

夾緊塊和夾緊條是直接與部品接觸的工件，其工作特性是頻繁重復(fù)松開夾緊的活動(dòng)動(dòng)作，為保證其使用壽命，工件表面必須有一定的硬度要求，同時(shí)考慮到便利于工件加工，可取用硬度較低的材料進(jìn)行外形尺寸加工，待其加工完成后進(jìn)行工件熱處理，使工件整體硬度提升上去以達(dá)到其硬度要求。夾緊塊和夾緊條因與部品有直接接觸，故其接觸面要作拋光處理以防止刮傷部品。

2.6 定位塊

定位塊作為部品限位工件，其外形尺寸精度要求較高，定位塊上頻繁取放部品，為防止定位塊上的定位槽磨損，其工件表面必須有一定的硬度要求，同時(shí)考慮到便利于工件加工，可取用硬度較低的材料進(jìn)行外形尺寸加工，待其加工完成后進(jìn)行工件熱處理，使工件整體硬度提升上去以達(dá)到其硬度要求，定位塊上的定位槽尺寸對(duì)工件夾緊效果有著重要影響，故定位槽需要定時(shí)清潔及定期檢查。

3 定子組與FPC焊錫夾具機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)

FPC焊錫夾具控制系統(tǒng)[11]由基恩士PLC和威綸觸摸屏[12]以及相關(guān)位置感應(yīng)器件組成。系統(tǒng)操作分手動(dòng)模式和自動(dòng)模式，在手動(dòng)模式下運(yùn)用威綸觸摸屏對(duì)夾具機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件進(jìn)行單動(dòng)的獨(dú)立控制，根據(jù)設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行模式下的實(shí)際動(dòng)作執(zhí)行時(shí)的流暢感，在手動(dòng)模式下設(shè)備參數(shù)設(shè)置界面設(shè)置調(diào)整相關(guān)執(zhí)行元件的時(shí)間參數(shù)。調(diào)整OK后轉(zhuǎn)到自動(dòng)模式便可實(shí)施生產(chǎn)，后續(xù)不需要再作調(diào)整。自動(dòng)模式為設(shè)備的自動(dòng)生產(chǎn)時(shí)所處的狀態(tài)。為確保生產(chǎn)運(yùn)行安全，設(shè)備及夾具機(jī)構(gòu)的執(zhí)行元器件單動(dòng)功能在自動(dòng)模式下不可操作。

4 設(shè)計(jì)驗(yàn)證和結(jié)果分析

4.1 夾具機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案及驗(yàn)證數(shù)據(jù)

為了確保馬達(dá)定子組與FPC焊錫組裝工程品質(zhì)，減少不良品產(chǎn)出，研究設(shè)計(jì)了3種配套方案：（1）采用伺服電缸作為驅(qū)動(dòng)件配合簡(jiǎn)易夾具;（2）采用伺服電缸作為驅(qū)動(dòng)件配合本文的專用夾具;（3）采用氣缸作為驅(qū)動(dòng)件配合本文的專用夾具。通過使用同設(shè)備分別配套上述3種夾具機(jī)構(gòu)生產(chǎn)相同數(shù)量、相同機(jī)種產(chǎn)品以作驗(yàn)證，如表1所示。

4.2 主要技術(shù)指標(biāo)

自動(dòng)化裝配機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

5 結(jié)束語

設(shè)計(jì)了一種定位快速精準(zhǔn)的自動(dòng)焊接治具。設(shè)置有自動(dòng)定位夾持待焊接件的夾持機(jī)構(gòu)，同時(shí)配置有用于驅(qū)動(dòng)夾持機(jī)構(gòu)運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)裝置、推升裝置和升降裝置，通過驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置推升裝置移動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)升降裝置上升，夾持機(jī)構(gòu)隨著推升裝置的上升而轉(zhuǎn)動(dòng)，夾持機(jī)構(gòu)中的夾持條在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中撥動(dòng)待焊接件，將待焊接件快速準(zhǔn)確定位好，并將待焊接件夾持住。在實(shí)施過程中主要解決了以下關(guān)鍵點(diǎn)。

（1）定位焊接治具移動(dòng)板的底部設(shè)置有導(dǎo)塊;導(dǎo)塊滑動(dòng)套設(shè)在所述滑軌的外側(cè)，移動(dòng)板滑動(dòng)設(shè)置在所述滑軌上，有效快速定位FPC與定子組。

（2）驅(qū)動(dòng)裝置以及推升裝置，驅(qū)動(dòng)雙輸出，提高本夾具機(jī)構(gòu)的使用率。

（3）獨(dú)特的夾持機(jī)構(gòu)通過升降板的一端和定位塊，利用對(duì)稱夾持條兩側(cè)的定位槽的快速自動(dòng)校對(duì)。

通過解決以上關(guān)鍵點(diǎn)，大大提高了該設(shè)備的使用效率，同時(shí)降低因產(chǎn)品定位偏移造成的自動(dòng)焊錫問題，使設(shè)備效率到達(dá)以前舊組裝工藝的數(shù)倍，效果明顯。

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