交流继电器铁芯生产自动化技术
企业： 日期：2007-11-13
领域：现场总线 点击数：1209
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一、设备功能概述
本生产线可实现CJX系列交直流接触器叠片式铁芯的自动化生产，生产过程中冲压、叠片、穿钉、铆压、短路环安装、极面加工等工序可自动完成，并通过更换各工位的模具及夹具，实现系列产品的不同加工。
可生产的产品规格有：CJX1、CJX2、CJX5、CJX20等
生产节拍：1350件／班（每班按工作7.5小时计算）
芯片材料：冷轧硅钢带
铆钉材料：ML2、ML3、ML10、ML15、ML20，抗拉强度大于380N/min
短路环材料：铜、铝
夹板材料：Q235

二、铁芯工艺过程说明
铁芯生产线采用冷轧硅钢带为原料，生产工艺过程如下：
铁芯生产过程主要工序包括：材料准备，叠片、插钉、铆压，装环、压痕，极面加工，清洗、磷化，极面强化，检验等过程，具体如下：
2.1材料准备
铁芯由芯片、铆钉、夹板、短路环（分磁环）四部分组成，材料准备即制备上述四种零件用于装配。铁芯和夹板冲片所用的条料或带料，均按工艺要求采用剪板机和滚剪线剪切而成。要求带料的镰刀弯≤0.5mm/m，以满足自动冲压的需要。铁芯夹板采用条料经复合模具冲压而成，短路环采用条料经复合模具冲压制成或直接采用型材经切割机切割制备。
铆钉选用冷拉铆螺钢丝，经校直后定长切断，并对切断端面进行去毛刺倒角处理，铆钉要求表面光洁，无氧化皮、裂纹、折叠、斑疤等缺陷。
2.2冲片和理片
在冲片加工前，对带料表面喷涂专用防锈油（粘度8.5-11CST/50℃），以实现铁芯叠片后极面的防锈并对冲模润滑。
冲片工序采用45T高速自动冲床完成，配置精密自动送料装置，对带料进行级进冲压，可实现冲片过程的高速化、自动化和安全化。冲床冲次大于200次/min，模具精度0.005mm，送料误差0.01mm，冲片毛刺小于0.05mm，可实现无边冲材，提高材料利用率。冲模采用下出料方式，冲片落料后顺滑道整齐排列，冲床工作台下设有自动理料装置，可按铁芯叠片所需冲片数量将冲片分组叠放，并通过输送装置以组为单位将冲片传递到后续工序。
由于带料冲压前表面已涂油，冲片表面的油膜可使分组叠放的相邻冲片在传送过程中保持相互叠放位置不变。在传输通道中设置在线电子称重装置，对每组冲片的重量进行计量，如发现缺片或多片造成重量的变化，则由推料气缸将该组冲片推离转送通道，由人工检查并补、减片。在传送通道中设有加速及缓冲区，当后续工序暂时停机时，缓冲区可暂存部分冲片组，避免冲床停机，生产线恢复工作后，缓冲区内存料快速通过。经人工补片后的冲片组返回生产线时，也应放入缓冲区，由输送机构送入后续工序。
2.3铁芯叠片、插钉、铆接及短路环安装
       铁芯组装是铁芯制造的重要环节，直接影响铁芯的电磁性能和机械寿命。从提高生产效率，保证铁芯装配质量的角度考虑，有必要采用一台铁芯自动装配机完成叠片、插钉、铆压以及安装短路环、压痕等工序，从而保证产品的生产效率与质量。
2.4电泳涂漆
       对于有特殊防锈要求的铁芯，需进行电泳涂漆处理。
2.5极面加工（粗磨与精磨）
       极面加工采用纵向进给贯穿式磨床加工，铁芯置于砂带输送带上，随着输送带沿着磁性吸盘连续进给，通过砂轮的下方而被磨削。由于在铁芯连续进给中进行磨削，因此生产效率较高，适于大批量生产。
为实现加工过程中对砂轮磨损自动进行补偿修整，磨床上设有气压控制装置，通过气压计喷嘴向砂轮表面喷射高压气体，当砂轮发生磨损时，喷嘴与砂轮间的距离发生变化，引起气路压力降低，传感器检测到气压的变化，并以气压变化量为反馈值控制磨削主轴进给调节装置，使砂轮下降一定高度，从而保证砂轮始终处在预定的工作高度。

       加工设备由两套磨削装置组成，可在一次连续的进给中完成铁芯极面的粗磨和精磨，两套磨削装置均可调整高度和角度，以适应不同规格铁芯的加工要求。为保证生产安全，减少对环境的污染，在砂轮外周配置密闭及吸尘装置。具体的工作原理示意图如下：
2.6清洗、磷化
为了清除磨削加工中沾附在铁芯表面的油污及残存的磨削微粒，可采取超声波或喷淋等方法对铁芯进行清洗。对有特殊防锈要求的产品，还可进行磷化表面处理。
2.7极面强化
       铁芯工作状态，极面频繁承受冲击，去磁气隙因极面磨损而变小甚至消失，短路环因表面应力集中也会疲劳断裂。为提高极面硬度和短路环的疲劳强度，可采用喷丸硬化处理。

本方案由一条直线式输送带以及分布在其两侧的各装配、检测工位组成。各工位根据所要装配铁芯的品种变化进行变换组合。输送带的前端与冲床输送装置末端相连，铁芯在组装过程中放置在随行夹具内，由输送带传送在各工位间移动，在输送带的尾端，铁芯成品取出后，随行夹具通过单独的输送装置快速返回输送带的前端参与下一次装配循环。在变换组装铁芯品种时需更换随行夹具。
本方案的优势在于通过更换随行夹具可快速变换组装铁芯的品种。
       工位I为芯片组放置工位。此工位与冲片、理片工序输送装置末端相连，分组叠片后的铁芯冲片组在本工位经归正机构放入随行夹具并随同夹具向下一工位传送。
工位II为夹板放置工位。在此工位由多套夹板供给装置组成，不同铁芯产品需安装不同的夹板，在某一特定产品的装配过程中，与其对应的夹板供给装置工作，而其它装置处于屏蔽状态，夹板装配时阻挡装置将输送带上的随行夹具停止在装配位置，布置在输送带两侧的两套气动机械手分别自夹板料仓抓取一片夹板并移动装配位置夹具上方，然后沿垂直方向将夹板插入夹具内铁芯叠片的两端。在完成上述动作后机械手沿垂直方向退出，当机械手离开夹具运动区域后，阻挡装置释放随行夹具，使其流向下一工位。
       工位III为穿铆钉工位，阻挡装置将输送带上的随行夹具停止在穿钉位置，布置在输送带侧面的导引装置伸出，使导引销穿过铁芯叠片组的铆钉孔，对叠片进行导正。铆钉经料斗理料后，由空气料道输送至定位板的含钉孔中，铆钉前端因与导引销相接触而被阻挡。穿钉动作开始后导引销退回，同时定位板后的推板向前运动，与之相连的推杆将含钉孔中的铆钉压入铁芯叠片组的铆钉孔中。铆钉到位后，定位板与推板沿垂直方向退出，当其离开夹具运动区域后，阻挡装置释放随行夹具，使其继续流向下一工位。
       工位IV用于检测铆钉是否安装到位，如果出现缺少铆钉或铆钉安装位置不正确，则在工位V不执行铆压动作，在工位VI用气动手爪将夹具中的铁芯叠片组取出放入不合格品收集区由人工处理。
       工位V为铆压工位，该工位由浮动定位装置、垂直挤紧装置、叠片预压装置以及气液增力铆压装置组成。铁芯叠片组先由垂直压紧气缸推动挤紧块沿垂直方向压紧铁芯，在铁芯压紧力达到预定值后，叠片预压装置的气缸动作，对叠片施加足够的压紧力（单位压紧力100-180N/mm2），然后由C型气液增力缸驱动的铆压头实现对铆钉的双面压铆，最大铆压力75KN。为适应不同铁芯产品的铆压，铆压头采用抽拉式结构，变换组装产品时，对应的铆压头移动到工作位置参与工作。
       工位VI为铆压状态检测工位，通过接触式测力方法检测铆压后芯片组的铆紧程度，对于未铆紧的铁芯用气动手爪将其取出放入不合格品收集区由人工处理。
工位VII是位短路环放置工位，本工位横跨在直线输送带上，由短路环料斗、输送机构、铁芯定位装置、铆压头组成。当铁芯到达该工位后由举升、定位装置将铁芯从传送线上托起并对铁芯定位，经料斗理料后的短路环由料道输送至取料位置，由双向直线移动气缸驱动的气动手爪抓取短路环后沿垂直方向放入铁芯凹槽内，上述动作完成后，举升装置下降将铁芯放回输送带并释放对铁芯的定位，铁芯随输送带流向下一工位。
       工位VIII完成短路环的压痕，使短路环与铁芯紧固为一体。本工位由举升、定位装置及气液增力式压痕装置组成，铁芯首先由举升、定位装置夹持并脱离输送带，然后气液增力式压痕装置平移将铁芯含入压痕钳口内部，压头下压在短路环端面压出凹痕，通过短路环的局部变形使短路环紧固在铁芯极面。
工位IX通过接触式测量装置检测短路环的安装位置，如短路环安装位置不正确（如高出铁芯极面）则在工位IX用气动手爪将其取出放入不合格品收集区由人工返修。
对于合格的铁芯在工位XI进行收集，采用自动或人工方式将铁芯自输送带取出放入中转托盘。
本方案铁芯自动装配机由一套八工位回转工作台及一段五工位直线式装配线组成。回转工作台由八位精密分度机构驱动，每个动作节拍工作台转动45°。
       工位I为下夹板放置工位。在此工位，气动机械手自夹板料仓抓取一片夹板并移动到回转工作台上定位夹具上方，使夹板铆钉孔与夹具导引销对齐，然后沿垂直方向将夹板放入夹具底端。然后机械手沿垂直方向退出，当机械手离开夹具运动区域后，回转工作台转动     45°，将夹具移入下一工位。
       工位II为铁芯放置工位。此工位与冲片、理片工序输送装置末端相连，在输送装置末端设有归正机构，通过双方向对压气缸将铁芯分组叠片预定位，并消除铁芯叠片在传送过程中因振动等原因产生的相互错位。安装有电磁手爪的机械手由归正机构中将铁芯叠片组沿垂直方向整体取出，并移动到回转工作台上定位夹具上方，使铁芯叠片组铆钉孔与夹具导引销对齐，然后沿垂直方向将铁芯叠片组放入夹具并使夹具导引销穿进芯片铆钉孔。然后机械手沿垂直方向退出，当机械手离开夹具运动区域后，回转工作台转动45°，将夹具移入下一工位。
       工位III为上夹板放置工位。在此工位工作过程与工位  I基本相同，气动机械手自夹板料仓抓取一片夹板并移动到回转工作台上定位夹具上方，使夹板铆钉孔与夹具导引销对齐，然后沿垂直方向将夹板放入夹具铁芯叠片组上方。然后机械手沿垂直方向退出，当机械手离开夹具运动区域后，回转工作台转动45°，完成夹具向下一工位的移动。
       工位IV为自动穿铆钉工位，铆钉经料斗理料并经空气料道输送至定位板，定位板上与铁芯铆钉孔对应位置开有含钉孔，铆钉到达定位板后，暂存在含钉孔中，因其下端被夹具上的导引销支撑，因此不会下落。当所有含钉孔中都已放置铆钉后，夹具导引销下降，同时定位板上端的推板向下运动，与之相连的推杆将含钉孔中的铆钉压入铁芯叠片组的铆钉孔中。铆钉到位后，定位板与推板沿垂直方向退出，当其离开夹具运动区域后，回转工作台转动45°，夹具进入下一工位。
       工位V用于检测铆钉是否安装到位，如果出现铁芯叠片缺少铆钉或铆钉安装位置不正确，则在工位VI用平推气缸将夹具中的铁芯叠片组沿径向推至不合格品收集区人工处理。
       工位VII完成铆压动作。该工位由浮动定位装置、径向挤紧装置、叠片预压装置以及气液增力铆压装置组成。经过检测工位的铁芯叠片组进入铆压工位，先由径向压紧气缸推动挤紧块沿水平方向压紧铁芯，在铁芯水平压紧力达到预定值后，叠片预压装置的气缸动作，对叠片施加足够的压紧力（单位压紧力100-180N/mm2），然后由C型气液增力缸驱动的铆压头实现对铆钉的双面压铆，最大铆压力75KN。
       工位VIII完成铆压后铁芯的取出动作，通过推料气缸将铁芯推离夹具并通过滑动料道将铁芯传送到直线输送带上，进入后续装配工序。
       工位IX为短路环放置工位，本工位横跨在直线输送带上，当铁芯到达该工位后由举升、定位装置将铁芯从传送线上托起并对铁芯定位，经料斗理料后的短路环由料道输送至取料位置，由双向直线移动气缸驱动的气动手爪抓取短路环后沿垂直方向放入铁芯凹槽内，上述动作完成后，举升装置下降将铁芯放回输送带并释放对铁芯的定位，铁芯随输送带流向下一工位。
       工位X完成短路环的压痕，使短路环与铁芯紧固为一体。本工位由举升、定位装置及气液增力式压痕装置组成，铁芯首先由举升、定位装置夹持并脱离输送带，然后气液增力式压痕装置平移将铁芯含入压痕钳口内部，压头下压完成短路环的定位压痕。
工位XI通过接触式测量装置检测短路环的安装位置，如短路环安装位置不正确（如高出铁芯极面）则在工位XII用气动手爪将其取出放入不合格品收集区由人工返修。
对于合格的铁芯在工位XIII进行收集，采用自动或人工方式将铁芯自输送带取出放入中转托盘。
   针对交流继电器铁芯的生产工艺流程所设计的自动化解决方案，从各个工位结构来看，结构简单灵巧，生产加工的适应面广，生产效率高，适合少品种大批量的生产。


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