熊立貴 蔡昭華 謝波 ＊ 陳娃蕊 李壯志 何波

（1.廣東開放大學（廣東理工職業(yè)學院），廣東廣州 528428；2.中山市格林曼光電科技有限公司，廣東中山 528400；3.中山德力森自動化設備有限公司，廣東中山 528400）

空調器已成為大眾化的電器，且中國是全球空調研發(fā)和生產的最大基地，國內空調產銷量占全球80%的份額[1]。其中塑封電機是空調器的主要元器件，它的質量決定空調產品的風量大小，直接影響空調器的制冷量或制熱量的能力。目前市場上對塑封電機防銹處理的大都是半自動作業(yè)制造生產，表面除防銹油不均勻，且作業(yè)時人為因素導致除油偏少或偏多。然而塑封電機定子是鐵芯材料，易生銹，每個電機定子進行塑封后要進行防銹處理工序，目前大都是人工作業(yè)。此外，塑封電機每日生產的訂單種類多，企業(yè)為了生產訂單批次跟蹤管理，采用不干膠透明貼紙，不僅效率低，還增加成本。當前國家的工業(yè)化進程逐步向科技化、數(shù)字化、智能化的方向轉變，裝備制造行業(yè)也跟進發(fā)展步伐，邁進智能化工廠，實現(xiàn)制造系統(tǒng)“無人化”生產[2]。為促進智能制造行業(yè)高質量發(fā)展，進行對空調電機定子自動防銹、按印制造裝備的研發(fā)勢在必行。因此，本文針對塑封電機定子鐵芯防銹處理和生產訂單批次號跟蹤管理面臨的自動化難題，開發(fā)一體式自動化制造裝備，提高產品的生產效率，同時解決電機定子生銹問題，對空調送風裝置的耐用性具有現(xiàn)實意義。

1 塑封電機定子產品結構

塑封電機結構主要由定子部分、轉子部分、支撐部分的端按和軸承三大部分組成。本文主要是研究塑封電機的定子結構中的自動化鐵芯防銹處理技術和塑封料外殼按印訂單批次號技術。定子部分是由定子鐵芯、定子繞組、機殼（塑封料）等組成[3]。

1.1 鐵芯結構

鐵芯部分是0.2 mm 至0.6 mm 之間的硅鋼片作為原材料進行沖壓疊片組成，由于鐵的成分容易與空氣中的氧氣發(fā)生化學反應，生成氧化鐵和四氧化三鐵的混合物鐵銹。

1.2 定子繞組結構

定子繞組常規(guī)材料為包有耐溫絕緣漆的漆包線，其由漆包線、絕緣骨架、熱保護器、引出線、端子、插件組成。

1.3 塑封定子結構

半定子繞線、BMC 材料封裝定子，具有體積小、噪聲低等優(yōu)點，主要用于空調、除濕機、空氣凈化器等電器。定子在鐵芯上組裝絕緣骨架、繞線后進行塑封，塑封料采用熱固性BMC，以不飽和聚酯樹脂為基體，以玻璃纖維為增強材料，并加入固化劑及各種填料，均勻混合而成的一種模塑預成型材料。對每批次訂單生產定子進行按印，可以跟蹤管理，方便解決產品售后問題溯源。

2 塑封電機定子防銹、按印制造裝備結構研究

塑封電機定子防銹、按印裝備，其結構由方管焊接的機架，在機架上設有加工工作臺，機架側裝有控制箱，在基座上設有塑封電機定子防銹部分、定子按印部分和定子排出部分機構，以及操作控制面板，如圖1 所示。

圖1 塑封定子防銹按印裝備

當檢測到工作臺上有塑封電機定子時，防銹機構豎向下降運動，刷頭進行蘸油后，上升，再由橫向水平運動，到達定子處時，豎直向下運動，同時刷頭進入定子中并由驅動系統(tǒng)轉動涂油防銹，使防銹劑覆蓋于定子的鐵芯件上，定子涂防銹劑工藝完成。按印運動驅動系統(tǒng)得到指令后進行工作，同理按印機構組件中設有豎向升降部分及橫向水平伸、縮運動裝置，印頭先進行豎向下降運動蘸印泥，上升，再橫向水平運動，到達定子處時，豎直向下降運動，進行按印訂單批次號碼，上升后進行橫向復位，定子排出部分用于將治具撥出加工工作臺。

2.1 塑封電機定子防銹制造裝置

塑封電機定子防銹機構裝置主要是用于對電機定子進行防銹加工，其結構由支撐架座、導軌、水平橫向氣缸、橫向運行導板、垂直豎向氣缸、旋轉電機、萬向接頭、軸承座、旋轉桿、夾頭、油毛刷、小油箱等構件組成。其工作原理是：防銹劑儲存件、可旋轉防銹件以及驅使可旋轉防銹件橫向水平運動、豎向升降運動以使可旋轉防銹件靠向電機定子進行防銹工作或在完成防銹工作后離開定子并使得可旋轉防銹件進入防銹劑儲存件中的防銹運動驅動系統(tǒng)，可旋轉防銹件在進入防銹劑儲存件中以使防銹劑覆蓋于可旋轉防銹件上。達到電機定子的鐵芯覆蓋防銹油，不易生銹的目的[3]。

2.2 塑封電機定子按印制造裝置

塑封電機定子按印機構裝置用于對定子進行按印加工，其結構由印泥臺、支撐架、水平橫向氣缸、導桿、直線軸承座、垂直豎向氣缸、彈簧復位裝置、壓緊固定結構、印章頭、印泥盒組成。塑封電機定子按印機構部分工作原理是：按印頭，以及驅使按印頭橫向水平運動、豎向升降運動以使按印頭靠向塑封定子進行按印工作，在完成按印工作后離開治具的按印運動驅動系統(tǒng)，按印運動驅動系統(tǒng)包括有豎直設置的送印氣缸，送印氣缸的下端連接有導軌，導軌的下端固定有按印氣缸，在按印氣缸的下端固定連接有按印頭，按印氣缸可驅使按印頭作用于治具上或離開定子，送印氣缸可驅使導柱作豎直升降運動以使按印氣缸接近定子或遠離定子。按印運動驅動系統(tǒng)還包括有豎直安裝于基座上的油箱支柱，在油箱支柱上設有油箱，在油箱中橫向設置有水平氣缸，水平氣缸的端部通過支架與送印氣缸連接，水平氣缸可驅使送印氣缸在水平方向上運動。按印機構作用是在生產中，生產訂單每批次碼直接按印在產品上，無需以前采用不干膠標貼紙粘貼，節(jié)省了材料人工費用，還可以進行產品分類以及產品售后跟蹤，達到便于管理的目的[4,5]。

2.3 電機定子放置、排出裝置

塑封電機定子送料定位裝置是在防銹、按印加工之前的工序，同時也是加工完后排出回料機構。其結構是由定位架工作臺、斜托條、接近開關、無桿氣缸、排出桿、接料槽、緩沖橡膠墊等組成。工作原理是：塑封電機定子在進入工作臺上時，在電機定子被按印、防銹序加工完成后，得到信號指令，有一個拔料的無桿氣缸將定子從定位處向下拔回，而塑封電機定子會順著斜托系滑下，即完成定子加工完成后排出工序，然后進行包裝入庫。

3 塑封電機定子防銹、按印裝備控制研究

塑封電機定子防銹、按印裝備控制系統(tǒng)由旋轉伺服電機、PLC 控制器、人機界面控制屏、急停按鈕、指示燈、啟動按鈕、電位器、交流調速器、電源整流板等組成。氣路組件部分主要是由儲氣罐、滑塊雙桿氣缸、圓柱形缸、電磁閥、消音器、三聯(lián)體、管接頭、氣管等組成。在電氣控制方面的關鍵技術是要解決塑封電機定子的防銹、按印工序，兩個工序的先后工作順序，以及工作水平橫向伸出相同點定位中心。人機界面操作為手動及自動兩種操作模式，手動操作主要是在第一次加工時進行調試運行，在調試、設定好后，系統(tǒng)就會保存記憶，以便下一次同規(guī)格型號的產品加工。在啟動自動模式時，檢測到工作臺有工件，裝備就開始運行并進行加工，按印氣缸下降蘸油墨，隨之上升。同時毛刷氣缸下降浸防銹液。壓印氣缸上升后，水平橫向傳送氣缸伸出，按印氣缸下降在工件上按印。按印結束后，壓印氣缸上升，水平伸出傳送氣缸退回原位置。毛刷機構氣缸上升后，毛刷高速運轉，將毛刷上多余的防銹液甩下，傳送水平橫向氣缸退回原位置后，防銹裝置的水平伸出傳送氣缸出，毛刷低速運轉，毛刷氣缸下降在工件內涂防銹液。涂防銹液結束后，毛刷氣缸上升，水平伸出傳送氣缸退回原位置。卸料氣缸出，將工件推出工作臺，卸料氣缸回，即完成了一個工作循環(huán)過程[6]。

3.1 電路控制設計

空調電機定子智能制造裝備采用了PCL 可編程控制器進行控制。電路控制圖設計，可指導工人對研發(fā)裝備進行按線組裝，同時對今后查找問題和維修也起到作用。

3.2 氣路圖控制設計

智能裝備的按印部分、毛刷上下運動部件、工件排出部件、按印送出裝置、毛刷水平方向運行部件全部采用氣缸作為動力，其氣路控制中采用三聯(lián)體、電磁閥等組成。

在加工工作臺上檢測到定子工件時，根據(jù)控制程序依次進行定子按印加工工序、定子防銹加工工序，在按印、防銹工序加工完成后，通過塑封定子排出機構將塑封定子卸料排出加工工作臺，整個過程自動化控制，連續(xù)不間斷地完成作業(yè)，快速、高效，大大降低了生產成本和人力強度。

4 裝備研發(fā)流程、運行調試實驗、保養(yǎng)維護

4.1 裝備研發(fā)流程

非標設備開發(fā)一般適合以下裝備研發(fā)制造流程，可以為新型裝備研發(fā)流程提供參考價值：

4.2 裝備運行、調試實驗

裝備在全部組裝及布線完成后，接下來就是調試運行，測試裝備是否能滿足技術要求進行產品加工，并驗證其可靠性。

在運行調試時，先進入手動操作模式，即開機狀態(tài)為手動狀態(tài)，手動運行前，要確認【原位置】燈是否亮。如果不亮，即傳送1、傳送2 氣缸沒在初始位置，這時要使【原位置】按鈕開關ON，即確認【原位置】燈亮。然后，根據(jù)操作面板的示意，進行手動運行。毛刷的高、低速度由操作面板的高、低速度調節(jié)旋鈕來確定。

以下是控制操作面板上對應的各操作開關按鈕功能：

（1）壓?。荷仙?下降（壓印氣缸的上/下）；（2）傳送1：送出/退回（壓印氣缸的出/退）；（3)傳送2：松出/退回（毛刷氣缸的出/退）；（4）毛刷：上升/下降（毛刷氣缸的上/下）；（5)卸料：送出/退回（卸料氣缸的出/退）；（6）啟動：自動/腳踏（啟動方式的選擇）。

在手動模式進行試運行后，一切正常情況下，把模式設置為自動運轉狀態(tài)模式。根據(jù)操作面板的【操作模式】按鈕開關，把手動運行方式轉換成自動運行方式。自動運行前，要確認【原位置】燈是否亮。如果不亮，要使自動運行方式轉換成手動運行方式，再使【原位置】按鈕開關ON，即確認【原位置】燈亮根據(jù)操作面板的啟動方式選擇開關，確認是自動啟動還是腳踏啟動。在自動啟動方式下，工作臺一放置工件，機器就開始運行。在腳踏啟動方式下，工件放置工作臺上，然后使腳踏開關ON，機器才開始運行。啟動后，壓印氣缸下降沾油墨，隨之上升。同時毛刷氣缸下降浸防銹液。壓印氣缸上升后，傳送1 氣缸出，壓印氣缸下降在工件上按印。按印結束后，壓印氣缸上升，傳送1 退回原位置。毛刷氣缸上升后，毛刷高速運轉，將毛刷上多余的防銹液甩下，傳送1 氣缸退回原位置后。傳送2 氣缸出，毛刷低速運轉，毛刷氣缸下降在工件內涂防銹液。涂防銹液結束后，毛刷氣缸上升，傳送2 氣缸退回原位置。卸料氣缸出，將工件推出工作臺，卸料氣缸回。然后再放置工件，進行下一個循環(huán)過程。在空運行一切正常情況下，放入定子加工工件，踩一下腳踏開關，裝備進行防銹、按印、排料的工序加工過程。為了驗證設備的可靠性，設置塑料電機定子防銹按印裝備完成一個循環(huán)，自動進入下一個循環(huán)，不斷地運行加工，經過調試運行一切符合技術協(xié)議要求，才可以發(fā)貨給客戶使用。

4.3 裝備維護與保養(yǎng)

在使用設備工作前應檢查各緊固件有無松動，機器有無安放平穩(wěn)，設備在工作時如有異常，應立即停車，以免損壞，工作完畢后，清除雜物，擦拭干凈設備。定期檢查氣壓系統(tǒng)中的油量，不足時就及時補充液壓油。定期檢查氣動部分過濾器中的水，及時排水，檢查油霧池中是否仍有機油，不夠時就及時補充。檢查各滑塊、鉸鏈，使其行走順暢，定期加潤滑油[7]。

5 應用實例

塑封電機在家用電器中應用比較廣泛，其具有噪聲較低、體積小的優(yōu)勢，因此是壁掛式空調器室內機風扇系統(tǒng)首選原因。該裝備已在電機生產商得到推廣應用，該設備的加工塑封定子防銹效果均勻，手工涂覆時作業(yè)的防銹漆均勻性效果不佳。對內部進行除銹可以提高電機的使用壽命，減少轉子的摩擦。

6 結束語

本文針對塑封電機后工序處理制造，研發(fā)出一種適合于空調器、移動空調、除濕機、空氣凈化器等電器的塑封電機防銹、按印智能制造裝備。

（1）制造裝備加工工作臺上放置工件，然后先后通過工件按印部分、工件除銹部分對工件進行按印加工和除銹加工，并在加工完成后，通過工件排出部分將工件排出加工工作臺，整個過程自動控制，連續(xù)不間斷地完成作業(yè)，采用防銹、按印為一體化塑封電機后工序智能制造的結構，一機實現(xiàn)防銹、按印兩工位制造加工功能；

（2）除銹運動驅動系統(tǒng)包括有毛刷氣缸，所述毛刷氣缸的下端與旋轉電機固定連接并驅使旋轉電機下降進行旋轉除銹作業(yè)/旋轉沾除銹劑，并進行旋轉，使塑封電機內部除油均勻；

（3）工件排出部分包括有排出斜道和旋轉撥動裝置，排出斜道的上端與加工工作臺抵接以承接工件落入其中，旋轉撥動裝置包括有撥動電機和與撥動電機連接的撥桿，撥桿與放置在加工工作臺上的工件平齊并可在撥動電機的驅動下將加工工作臺上的工件撥入至排出斜道，實現(xiàn)自動卸料功能。

其在控制方面的不足是該系統(tǒng)雖然選用了PLC 與觸摸屏完成了設計，但產品的性價比不是最佳的，在以后的設計改進中，準備利用ARM 嵌入式系統(tǒng)替代目前的系統(tǒng)，這樣成本會大大下降，提高該產品的市場競爭能力。