一种微型步进马达定子组与FPC焊锡夹具机构的设计

2022-04-09 19:59廖新明

机电工程技术 2022年2期

廖新明

摘要：微型步进马达定子组与FPC焊锡作业基本靠手动作业，效率低下，同时因工人离职率较高导致新手作业情况多，从而造成产品品质不稳定的问题多发。为此专门研究设计了微型步进马达定子组与FPC焊锡设备专用夹具机构，通过结合现阶段的先进工业技术，采用精密气缸驱动多机构联动的方式进行马达定子组与FPC焊锡夹紧，并与三菱PLC及威纶人机界面触摸屏的控制技术相结合，促使微型步进马达定子组与FPC焊锡夹具机构能高效完成部件装夹。基于微型步进马达定子组与FPC焊锡夹具组装设备的研究，通过自动夹具组装提升了生产线的生产效率，减少了企业人工投入成本，降低了工人的作业疲劳强度，提高了设备的自动化效率。

关键词：微型步进马达;定子组与FPC焊锡;快速定位;夹具机构

中图分类号：TP23

文献标志码：A

文章编号：1009-9492（ 2022）02-0155-03

0 引言

经济快速发展，科技不断进步，机械自动化设备的发展也经历由简单到复杂、由低级到高级的变化过程，这是工业行业发展的必然，对于企业而言，如何能高效地提高经济效益[1]、减少企业成本是一大课题。目前微型步进马达定子组与FPC焊锡[2]组装生产是以人工手动组入FPC再配合辅助定位治具为主的手工生产模式，故人力成本高、作业效果差异性高，且品质稳定性不足。通过工程技术人员在其先决条件下作出一定改进，现行业内出现某些通用型自动焊锡设备配套简易夹紧治具，对于一般焊锡工艺要求不高的情况下相较人工手动焊锡有一定先进性，而由于微型步进马达定子组与FPC焊锡工艺要求较高，市面上这些通用型自动焊锡设备已不能很好地满足其作业品质要求，在这些通用型自动焊锡[3]设备运行作业中常常因其简易夹紧治具设计不足，经常出现夹紧力过大而导致夹伤部件或夹紧力过小而夹固不稳等不良状态，故微型步进马达定子组与FPC焊锡急需设计一套针对性较强、能改善FPC焊锡作业效果的專用夹具机构。本文针对微型步进马达定子组与FPC焊锡夹具机构独立设计，以减少公司人工劳动成本、提升产品良品率为目的，使用独特的夹具机构设计，实现了微型步进马达定子组与FPC稳定固定，解决了行业中因定子组与FPC固定不稳定导致焊锡不良多发的问题，彻底消除了瓶颈工程，提升了微型步进马达定子组与FPC焊锡夹具机构稳定性，最终大大提升产品良品率。

1 微型步进马达定子组与FPC焊锡夹具机构

定位焊接治具[4]包括底板、定位块、驱动装置、推升装置、升降装置和夹持机构。定位块设置在底板上，其上设置有定位槽。推升装置包括移动板和推升杆，移动板滑动设置在底板上，推升杆横向设置在移动板上。驱动装置设置在底板上，驱动端与移动板固定连接。升降装置包括导杆、滑块和升降板，导杆设置在底板上，滑块滑动设置在导杆上，滑块之间设置有支撑杆，升降板设置在支撑杆上，其上设置有推升导轨，推升杆滑动设置在推升导轨内。夹持机构包括夹持块，夹持块转动设置在升降板和定位块之间，其上设置有夹持条，夹持条对称设置在定位槽的两侧。该机构对于待焊接件的定位，不仅快速，而且准确。

2 重要机构及部件

2.1 定位焊接治具

如图1所示，定位焊接治具包括底板1、定位块2、驱动装置3、推升装置、升降装置和夹持机构[5]。定位块2设置在底板1顶部的一侧，其定位块2上设置有定位槽21，定位块2锁固在定位板11上，定位板11锁固在底板1上。推升装置包括移动板41和推升杆42，移动板41滑动设置在底板1上，推升杆42横向设置在移动板41上。驱动装置3设置在底板1顶部的另一侧。支撑杆53横向设置在升降板54上，两端由滑块52限位，滑块52设置在导杆51上，导杆51锁固于底板1上。夹持块61连接在升降板54前端，夹持条62安装在夹持块61上。

2.2 驱动装置以及推升装置

如图2所示，驱动装置[6]设置在底板1顶部的另一侧。驱动装置3的驱动端与推动板9相锁定，推动板9设置于导块8上并与移动板41固定连接，当驱动装置3往前推动时使导块8及上述机构沿着滑轨7往前移动。升降装置包括两组导杆51、两块滑块52和一组升降架，两组导杆51竖直对称设置在底板1上，两块滑块52分别滑动设置在两组所述导杆51上，两块滑块52之间设置有支撑杆53，一组升降架包括两块升降板54，两块升降板54对称设置在支撑杆53上，并且两块升降板54位于定位块2和驱动装置3之间。任意一块升降板54上设置有推升导轨55，推升导轨[7]55沿驱动装置3至定位块2方向逐渐向下倾斜，从而带动夹紧块与夹紧条机构作收紧活动，起到夹紧部件的效果，若推升导轨55沿驱动装置3反向移动则带动夹紧块与夹紧条机构作展开活动。推升杆42滑动设置在推升导轨55内。

2.3 夹持机构

首先将待焊接件放置在定位槽[8]21内，然后启动驱动装置3，驱动装置3推动推动板9往前同时带动移动板41前移，移动板41前移时带动推升杆42前移，由于推升导轨55向前逐渐向下倾斜，而推升杆42保持平行不变，因此升降板54被推升杆42逐渐向上抬起，夹持块61随着升降板54的抬高而转动，进而带动夹持条62转动，两条夹持条62沿着待焊接件的外侧转动将待焊接件拨动摆正，并将待焊接件夹持稳固，最后通过焊锡设备对待焊接件进行焊锡处理[9]。

2.4 升降板

升降板作为主要受力及传动部件，其工作特性是频繁活动，为保证其使用寿命，其工件表面必须有一定的硬度要求，同时考虑到便利于工件加工，可取用硬度较低的材料如S45C材料进行外形尺寸加工，待其加工完成后进行工件热处理，使工件整体硬度提升上去以达到其硬度要求，升降板中的推升导轨尺寸对T件夹紧效果有着重要影响，故加工要求较高，考虑到推升导轨的外形特征，可优先考虑取用慢走丝的放电加工[10]方式进行加工。

2.5 夹紧块和夹紧条

夹紧块和夹紧条是直接与部品接触的工件，其工作特性是频繁重复松开夹紧的活动动作，为保证其使用寿命，工件表面必须有一定的硬度要求，同时考虑到便利于工件加工，可取用硬度较低的材料进行外形尺寸加工，待其加工完成后进行工件热处理，使工件整体硬度提升上去以达到其硬度要求。夹紧块和夹紧条因与部品有直接接触，故其接触面要作抛光处理以防止刮伤部品。

2.6 定位块

定位块作为部品限位工件，其外形尺寸精度要求较高，定位块上频繁取放部品，为防止定位块上的定位槽磨损，其工件表面必须有一定的硬度要求，同时考虑到便利于工件加工，可取用硬度较低的材料进行外形尺寸加工，待其加工完成后进行工件热处理，使工件整体硬度提升上去以达到其硬度要求，定位块上的定位槽尺寸對工件夹紧效果有着重要影响，故定位槽需要定时清洁及定期检查。

3 定子组与FPC焊锡夹具机构控制系统

FPC焊锡夹具控制系统[11]由基恩士PLC和威纶触摸屏[12]以及相关位置感应器件组成。系统操作分手动模式和自动模式，在手动模式下运用威纶触摸屏对夹具机构的驱动执行元件进行单动的独立控制，根据设备自动运行模式下的实际动作执行时的流畅感，在手动模式下设备参数设置界面设置调整相关执行元件的时间参数。调整OK后转到自动模式便可实施生产，后续不需要再作调整。自动模式为设备的自动生产时所处的状态。为确保生产运行安全，设备及夹具机构的执行元器件单动功能在自动模式下不可操作。

4 设计验证和结果分析

4.1 夹具机构设计方案及验证数据

为了确保马达定子组与FPC焊锡组装工程品质，减少不良品产出，研究设计了3种配套方案：（1）采用伺服电缸作为驱动件配合简易夹具;（2）采用伺服电缸作为驱动件配合本文的专用夹具;（3）采用气缸作为驱动件配合本文的专用夹具。通过使用同设备分别配套上述3种夹具机构生产相同数量、相同机种产品以作验证，如表1所示。

4.2 主要技术指标

自动化装配机主要技术指标如表2所示。

5 结束语

设计了一种定位快速精准的自动焊接治具。设置有自动定位夹持待焊接件的夹持机构，同时配置有用于驱动夹持机构运行的驱动装置、推升装置和升降装置，通过驱动装置驱动装置推升装置移动，进而推动升降装置上升，夹持机构随着推升装置的上升而转动，夹持机构中的夹持条在转动过程中拨动待焊接件，将待焊接件快速准确定位好，并将待焊接件夹持住。在实施过程中主要解决了以下关键点。

（1）定位焊接治具移动板的底部设置有导块;导块滑动套设在所述滑轨的外侧，移动板滑动设置在所述滑轨上，有效快速定位FPC与定子组。

（2）驱动装置以及推升装置，驱动双输出，提高本夹具机构的使用率。

（3）独特的夹持机构通过升降板的一端和定位块，利用对称夹持条两侧的定位槽的快速自动校对。

通过解决以上关键点，大大提高了该设备的使用效率，同时降低因产品定位偏移造成的自动焊锡问题，使设备效率到达以前旧组装工艺的数倍，效果明显。

参考文献：

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[2]邱天福，基于机器视觉的FPC焊锡缺陷检测系统开发[D].广州：广东工业大学。2020.

[3]王焰新.耳机端子自动焊锡机及其焊接工艺的研究[D].广州：华南理工大学。2015.

[4]重庆市呜浩电子科技有限公司.连接器插线定位焊接治具[Z].2015.

[5]李保彪.JWF1383型条并卷机筒管夹持机构的改造[J].棉纺织技术，2016，44（9）：35.

[6]李振江.皮带输送机驱动架改造设计与实践[J].江西煤炭科技，2021（2）：227-229.

[7]姚鹤，詹劲，一种直线导轨气动制动装置[J].锻压装备与制造技术，2018，53（1）：44-45.