毕业设计（论文）CCH片式高压瓷介电容器在电路设计.doc

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1、摘 要CCH片式高压瓷介电容器在电路设计中得到广泛应用，需求庞大。由于第一代的效果不太好，厂家希望对这个生产线进行一些结构优化，以提高设备精度和生产效率。本论文的主要工作就是对该生产线的芯片上料部分进行结构设计，优化上料机构，把原生产线上料装置的单线上料改成双线同时上料，并对相关结构进行改进。例如：在电容芯片吸放机构部分增加两条导轨，吸放装置的改进，各装置的布局设置等。最后达到减少工序，延长设备使用寿命，提高设备精度和生产效率的目的。本课题的创新点主要就在于把单线上料改成双线上料，便于双线同时运输及同时吸放，使上料所用时间减少了将近一半，效率提高一倍。关键字：芯片上料机，双线上料，芯片吸放机构

2、，导轨装置，气缸AbstractThe CCH high Voltage Ceramic Capacitors are widely used in the electric circuit design. The requirement is huge. Factories hope to carry on some structure changes to this production line, to improve equipment accuracy and production efficiency. This paper re-designs the automatic mat

3、erial supply device, to make the device work better, change the original one-line material supply device into two-line material supply device, and carry on an improvement to related structures. For example, add a fuse tense device, improve the cut off device, change the layout constitution of each d

4、evice and so on. Eventually reduce work steps, improve equipment accuracy and production efficiency. The main contribution lies in changing the one-line material supply device into two-line material supply device. It can be easy to transport and cut by two lines at the same time. It saves half of th

5、e material supply time.Key words: automatic material supply device, two-line material supply, fuse tense device, cut off device, air cylinder目录第1章 引言11.1课题来源11.2课题的目的及意义11.3国内外技术发展现状与趋势21.4项目的成果应用及产业化前景分析3第2章 产品及课题介绍52.1产品结构介绍52.2生产线流程介绍62.2.1生产线布置62.2.2工作流程72.2.3工艺流程82.3驱动与控制系统82.4课题介绍92.4.1设计软件介绍9

6、2.4.2原方案介绍122.4.3原方案存在的问题132.4.4任务介绍14第3章 自动上料机总体方案设计153.1总体方案设计153.2具体方案设计153.2.1双排自动上料机方案设计153.2.2引线输送方式的设计153.2.3引线切断装置设计163.2.4系统工装及换位机构设计16第4章 自动上料机具体结构设计174.1双排自动上料机结构设计174.2引线输送方式具体结构设计184.2.1张紧机构的设计184.2.2引线支撑板设计194.2.3 步进电机介绍194.2.4 步进电机的改装214.3引线切断装置具体结构设计224.3.1 具体结构设计224.3.2 气缸的选择244.4系统

7、工装及换位机构具体结构设计304.4.1 具体结构设计304.4.2 气缸的选择324.5系统总装配关系图33第5章 控制系统简介355.1电气控制系统355.2人机界面375.3控制面板375.4上机位监控385.5现场总线41第6章 结论456.1该课题的创新点456.2个人体会45参考文献46致 谢47外文资料原文48译文57第1章 引言1.1 课题来源当今世界，生产效率已经成为许多行业追求的目标，也是竞争力的关键所在。在同样的产品面前，谁拥有高的效率，谁就拥有更多的市场。表面贴装元器件(片式元器件)是适用于表面贴装工艺的新一代无引线电子元器件，其应用标志一个国家电子工业的组装水平，是电

8、子装备更新换代的基础，已成为当今世界电子元器件发展的主流。表面贴装元器件主要有片式电阻、片式电感、片式电容、片式电位器和片式IC等，广泛应用于通信、计算机和广播电视产品中。其中CCH片式高压瓷介电容作为其中的一种不仅具备片式元器件所具备的性质和适应场合，还有其特有的性质，其芯片直径在 4.55厚度在0.41.1双面被敷银电极框架式引线为Ni42合金材料，单边长182.5，厚度0.1，表面电镀锡，镀层厚度1015微米单边框架引线有25只引脚双边组合成品塑封环氧树脂材料，两纵向侧面外露引线弯脚。该电容体积小，安装方便，寿命长，因而在电路设计中得到广泛应用，需求庞大，不可缺少。然而，这种电容的外形尺

9、寸较小,装配过程动作复杂,定位要求高，其生产过程以前主要靠人工完成，落后的生产工艺限制了它的产量的提升。目前采用的CCH高压瓷介电容自动生产线来生产电容，大大提高了产量，给企业带来了很大的效益，但在生产过程中，发现生产线存在一些缺陷，需对该生产线进行优化设计，提高产品的产量和质量，节省材料，降低生产成本。1.2课题的目的及意义随着液晶电视、液晶显示器笔记本电脑等的高速发展，表面帖装元件（SMT）越来越多，片式电容就是其中一种。其中片式陶瓷电容器为多层陶瓷电容器(MLCC)，但在片式高压电容器中，小容量规格用MLCC制作相对困难。单层圆片陶瓷电容器制作成本比片式高压陶瓷电容器更为优越，而且从技术

10、、成本上远比多层陶瓷电容器更具竞争力。目前只有日本松下公司有类似产品，但产量并不大。仅中国大陆市场，液晶显示器、逆变器及开关电源、模块电源等产品每个月对小容量片式高压瓷介电容器的需求量在11000万以上，年需求两在13.2亿只以上，并且据估计仅液晶显示器的年增长率在30%以上。国外具有更加广阔的市场，同时开关电源的模块化趋势必将大量增加对片式高压瓷介电容器的需求。本课题产品在性能以及价格上都占有优势。本课题的目的就是针对南方宏明公司的专利产品（专利号：ZL022272135）CCH片式高压瓷介电容器的自动生产线中的上料机部分进行优化设计。CCH片式高压瓷介电容器是以单层陶瓷为介质，烧渗银为电极

11、，扁平引线引出，环氧树脂模塑外壳封装，整体结构坚固牢靠，防潮性能好，可靠性高，适宜SMT贴装。它是通过适用于载流焊的表面贴装技术，由圆片陶瓷电容芯片和树脂封装做成。由于使用的陶瓷介质材料消耗小，产品本身的发热小，且温度特性和频率特性良好，是具有高可靠性的产品。1.3国内外技术发展现状与趋势随着世界表面贴装技术的发展，以及片式陶瓷电容器具有体积小、可靠性高、低ESR、价廉等特性。国际市场对片式陶瓷电容器的需求以年平均1520%的速度增长。2000年日本片式陶瓷电容器的产量为2370亿只，其中日本村田公司占世界总量的50%；2006年日本片式陶瓷电容器的产量达5580亿只，近三年年平均发展速度为1

12、9%，其中日本村田公司2080亿只（含其本土外的生产量），世界约为3500亿只。国内市场对片式陶瓷电容器的需求，同样发展很快。尤其是近三年，对片式陶瓷电容器的进口量、值都在翻番增长，2006年达到629亿只、7.17亿美元。国内陶瓷电容器的发展可见一斑。国内片式陶瓷电容器的生产连年高速增长。2000年生产量以超过480亿只，同比增长速度大于80%，出口比重超过95%；主要生产企业家家高速发展，2005年更是开足马力生产，产品还是供不应求，整个村田公司四班三运转，息人不息机，仍只能满足客户需求量的60%。由上可见，片式陶瓷电容器的国内、国际市场一片兴旺。2005年国内市场对片式陶瓷电容器的总需求

13、量近500亿只，其中进口350亿只，国内生产只占国内市场的三分之一。加入WTO之后，随着电子信息产品关税达幅度下降直至零时，国外高品质低价的片式元件产品也要大量进入国内，对国内市场造成的冲击将更大，为此国内企业要更进一步加快发展开发具有自主知识产权的新的产品和生产工艺，同时配备先进的全自动生产线，实现产业化、规模化1。1.4项目的成果应用及产业化前景分析该产品已经应用于许多领域，包括笔记本电脑，液晶显示器，液晶电视等。主要用于LCD背光逆变器电路与开关电源的初级电路和缓冲电路。此外，由于该产品可靠性高，性能稳定，结构牢固，也可应用于军用电子设备中。南方宏明生产的CCH型贴片式电容器在国外都属于

14、新型产品，有自主知识产权，目前已经建立手工生产线和一条自动生产线，产品已经得到韩国三星等外国公司的认可，市场需求非常大。且国外的贴片式电容的生产工艺及自动化生产线均严格保密；市场上只有此类产品，但结构形式和性能都有很大差距，南方宏明的产品在小容量高耐压领域具有明显优势。片式电容生产情况除南方宏明以外，国内至今是一个空白。片式高压瓷介电容器主要应用于各种高压电路，在LCD逆变电源中应用广泛,主要应用领域为：液晶电视；液晶电脑显示器；手提电脑；便携式DVD；汽车，火车飞机载电视；GPS显示；博彩游戏机；便携电视；儿童学习机；掌上电脑；游戏机；OA工业仪器显示；可视电话；灯箱、广告等方面。据相关资料

15、和部门预测，未来几年LCD的应用发展很快：在车用电视方面的增长率将在15%以上；在其它方面的应用也将有较快增长。（据统计全球光电显示器2004年比2003年增长约28%）。全球LCD行业的龙头企业均在加大投入，并加快在中国建厂或扩大在中国生产基地的规模。LCD在珠江三角洲，长江三角洲，北京等地的发展很快，主要代表厂家有：北京东方电子集团；上海广电集团；韩国三星；LG；现代大学；福建冠捷电子及TCL；康佳；创维；海信；长虹等公司。开关电源主要通信；电子电器设备；程控交换机；电力电子设备；计算机；医疗；控制设备电源等领域，目前大部分电源已经实现了开关电源化。通信电源应用的主要客户为：中国电信，移动

16、公司，中国联通，开发生产的厂家主要有：中兴通讯，华为，大唐电信，艾默生电源等。此外，在广电，专网（包括电力网，铁道网，军事网，石油网等）领域也有广泛应用。据不完全统计，仅江苏省每个月的背光模块生产量至少在600万片，珠江三角洲每个月的背光模块生产量也在800万片以上，若再考虑其它地区的产量，仅中国市场每个月的背光模块生产量至少在2000万片以上，由于每个背光源模块需要132只高压瓷介电容器（目前已开发出64灯管及以上的背光源，即每个背光源要使用64只以上高压瓷介电容器），平均每片背光源模块用6只高压瓷介电容器计算，每个月仅LCD行业对高压瓷介电容器的需求量应在12000万只以上，再按片式化50

17、%的保守估计，每个月对片式高压瓷介电容器的需求量也在6000万以上。片式高压瓷介电容器在开关电源，模块电源等电源中仍然被大量选用，开关电源广泛应用在计算机，通信，电力，医疗等电子设备中，并且随着开关电源模块化的快速发展，即模块电源的应用将越来越广泛，而模块电源则要求选用片式高压瓷介电容器，因此市场需求越来越大。据相关资料显示，开关电源，模块电源行业每个月对片式高压瓷介电容器的需求量至少在5000万只以上。所以仅中国大陆市场，液晶显示器逆变器及开关电源，模块电源等产品每个月对小容量片式高压瓷介电容器的需求量在11000万只以上，年需求量在13.2亿只以上，并且据估计仅液晶显示器的年增长率在30%

18、以上。同时开关电源的模块化趋势必将增加工业对片式高压瓷介电容器的需求。由于电子信息产品及装备的小型化、薄型化、轻型化及模块化的迫切需要，表面安装技术(SMT)和电子元件片式化必将快速发展，SMT已经逐步成为整机生产的主要工艺，并且随着3G及数字化的到来，数字电视、通讯、计算机、电力以及相关网络及信息化设备的快速发展，LCD、开关电源、模块电源、各种适配器转换器、充电器等电源的广泛应用，因此对瓷介电容器的片式化要求越来越高，因此片式高压瓷介塑封型电容器的应用前景相当广阔23。第2章 产品及课题介绍上一章我对课题的来源、目的及意义进行了介绍，还介绍了国内外技术发展现状与趋势，项目的成果应用及产业化

19、前景。这一章主要介绍CCH高压瓷介电容产品结构、生产流程、驱动与控制系统及我的课题介绍。2.1产品结构介绍片式高压瓷介电容器是以单层陶瓷为介质，烧渗银为电极，扁平引线引出，环氧树脂模塑外壳封装，整体结构坚固牢靠，防潮性能好，可靠性高，适宜SMT贴装。瓷介电容芯片是直径为4.5-5mm的圆片，厚度为0.4-1.1mm,圆片的双面被敷银电极，做为电容的两个电极。其示意图如图2-1。图2-1芯片示意图由图可以看出芯片的结构，而引线接于芯片的两面，引线也是片式结构，且引线为框架式引线，为Ni42合金材料，单边长182.5mm,厚度0.1mm,引线表面电镀Sn,镀层厚度为10-15m,单边框架引线有25

20、只引线脚，双边组合。芯片的装配就是把上引线，芯片和下引线通过锡膏印在一起，最后再塑封的过程，下图2-2为引线、芯片装配过程示意图：图2-2芯片与引线装配示意图芯片装配好以后，最后通过塑封，切除框架，成为可供使用的电容。2.2生产线流程介绍CCH片式高压瓷介电容器南方宏明公司的专利产品（专利号：ZL022272135），生产该产品的生产线的产量比手工工艺的产量有非常大的提高。下面介绍CCH片式陶瓷电容器的生产线。2.2.1生产线布置考虑到引线备料的方便和定位的准确性，引线采用卷料备料方式。一个夹具一次装配一排元件，每排25个瓷片。因为装配所需的引线为卷料，需要引线上料机构；引线上的助焊剂的印抹、

21、引线的切断必须定位，需要一个印焊膏设备印锡机；瓷片的抓取、搬运、放置动作比较复杂，这一过程安排一个瓷片上料机构来完成。装配机构和卸料机构是整个装配线的核心部分，在这两个机构上分别完成装配件的装配和装配完成品的卸载工作。为了减少占用空间，更好的满足灵活、可靠的要求，生产线采用环形生产线，这样还可以让夹具循环使用，提高生产效率和安全性。生产线布置示意图如图2-3所示。图2-3生产线布置示意图2.2.2工作流程系统采用卷料式芯片引线，并使用一个步进电机同时牵动两排引线，引线按要求25芯一组，通过冲压机剪断，经过锡膏印刷机填印锡膏，通过振动料斗填装芯片，然后通过翻转机构翻转贴合上下引线和芯片，装配好送

22、入回流焊焊接，最后通过自动卸料等工序生产合乎规格的芯片电容，整个流程如下图2-4：图2-4工作流程图2.2.3工艺流程在片式高压瓷介电容器的开发中，设计合理的工艺流程至关紧要，是实现产业化生产的前提。大量借鉴了有关片式元件生产流程的成功经验，做到了以最小的投入获得了最有效的工艺流程方案。工艺流程如下图2-5。图2-5工艺流程图2.3驱动与控制系统整个系统采用气动驱动，传送装置采用步进电机，便于定位，采用电磁阀和PLC进行控制。电气控制系统：图2-6所示。1. 控制系统的中央处理器采用高可靠性的工控PLC2. 操作人员在微机的图形输入单元输入数据，通过RS232送入CPU3. 通过开关两输入模块

23、采集位状态4. 采集到的各种传感器信号和各种位状态信号经过PLC进行信息处理，处理结果直接控制机械动作系统，结果数据也通过RS232送回人机接口输入输出单元进行显示。图2-6电气控制系统2.4课题介绍引线自动上料部分是整个生产流程的第一个环节，引线在这个环节被切断并输送到下一个环节，我的课题是CCH高压瓷介电容引线自动上料机设计，是用Auto CAD对原生产线的上料机部分进行结构优化设计。此课题以外，我还要对计算机辅助虚拟设计，Pro/E机构运动仿真平台，以及该生产线的控制系统进行一些学习和了解。2.4.1设计软件介绍一、虚拟设计概述虚拟设计是20世纪90年代发展起来的一个新的研究领域，是计算

24、机图形学、人工智能、计算机网络、信息处理、机械设计与制造等技术综合发展的产物。随着计算机辅助设计（CAD）技术的迅速发展，虚拟设计逐渐取代实体设计成为产品研发阶段的关键步骤。这样不紧大大缩短了产品的研发周期，更为企业大大提高了生产效率，带来了巨大的经济效益4。虚拟设计是指设计者在虚拟环境中进行设计。设计者可以在虚拟环境中用交互手段对在计算机内建立的模型进行修改。就“设计”而言，所有的设计工作都是围绕虚拟原型而展开的，只要虚拟原型能达到设计要求，则实际产品必定能达到设计要求；而传统设计时，所有的设计工作都是针对物理原型（或概念模型）而展开的。就“虚拟”而言，设计者可随时交互、实时、可视化地对原型

25、在沉浸或非沉浸环境中进行反复改进，并能马上看到修改结果。虚拟设计具有以下优点：虚拟设计继承了虚拟现实技术的所有特点（3I）。继承了传统CAD设计的优点，便于利用原有成果。具备仿真技术的可视化特点，便于改进和修正原有设计。支持协同工作和异地设计，利用资源共享和优势互补，缩短产品开发周期。便于利用和补充各种先进技术，保持技术上的领先优势。虚拟设计的关键技术包括：l 虚拟模型的建立 虚拟模型的建立包括如下方面的研究：(1)基于微机的虚拟环境体系结构 计算机硬件发展的日新月异为基于微机的普及型虚拟环境体系结构的建立提供了物质基础。 (2)基于几何建模和图像相结合的建模方法和相关算法 采用虚物实化、实物

26、虚化、虚实结合、增强现实的方法既可以使模型的真实感强，又可以有效地减少模型的数据量，以满足实时交互性的要求。 (3)基于图像的虚拟现实关键技术 图像建模具有模型简单、数据量小的优点，适合于微机环境的实时建模和浏览。如何建立快速图像压缩和解压缩算法，实现基于图像的机械产品模型的三维重建等是关键。l 具有物理属性的虚拟模型的建立 建立具有物理属性的虚拟模型有着巨大的应用价值。如果用它来进行虚拟试验，既可以节省宝贵的产品开发时间，又可以节约试验费用。在某些情况下，试验的费用可能很大，甚至无法做试验。采用这种技术，设计人员将能设计出价格低廉、满足顾客各种各样需求的产品。二、三维造型技术概述三维造型技术

27、已迅速成为CAD技术的主流，这是因为它具有传统的平面二维设计所无法比拟的优越性。平面二维CAD技术虽然能够提高作图效率，但还是像手工绘图那样用投影图来描述物体。而三维造型设计技术则是利用计算机提供一个模拟的三维空间，工程师们可以直接地在这个三维空间里建造物体的模型，表达自己的设计意图。三维空间对几何形体的描述比传统的二维技术更真实、更准确、更全面。三维造型技术是虚拟设计以及虚拟装配的技术基础5。三、三维造型设计的特点及优势CAD软件具有一个完整的三维造型系统，具有以下几方面的特点:1)对于每个特定的点和空间的任何一个位置的图形对象， CAD都具有一个完全的三维坐标系统;为了局部区域的操作，具有

28、一个可移动的用户坐标系统。2)可在空间的任何位置设置视点，以任意方向观察对象，可将屏幕分成多个视口，同时从不同视点和方向观察三维空间。3)对实体表面进行了很好的分类，便于构造多种开头的表面模型。4)能将三维模型转换成标准的多个视图，标注带有尺寸的产品图。5)内置渲染器，配有各种光源和表面材质，具有根据三维模型制作真实感着色图的能力。从设计的观点来看，人们头脑中所构思的设计对象就是三维物体，因此，直接用三维实体形式来描述设计对象是最直观、方便省力的设计方式。随着三维CAD图形技术的发展，使用三维设计的有如下优势:(1) 三维模型比二维图形更接近真实的对象。(2) 三维模型可以转变为多个视图，并可

29、在标注带有尺寸的二维产品图，从而获得二者的最佳形式。这种从三维模型转为二维图形的优点是:对于模型和任何修改将自动反映到相应的视图上。(3) 三维模型可生成具有真实感的渲染图。产品图是非常有价值的，但渲染图常常更清楚地展现一个设计;并有利于找出设计缺陷和验证设计。(4) 可直接作为不需要用图纸的对象成型。通常采用第三方面的程序将模型转换为数控加工的格式。四、本课题设计软件介绍本课题的设计工作所用的软件是AutoCAD，它具有非常强大的创建二维模型功能，而AutoCAD2006和AutoCAD2007更是在保持原来版本非常强大的创建二维模型功能的基础上，增加了创建三维模型功能，模型立体感强，对二维

30、模型设计起到很好的辅助效果。AutoCAD 2007 提供了一个新的三维建模环境，用户可以通过 VISUALSTYLES 命令并选择任一非二维样式来访问该环境。由于在二维和非二维样式之间循环使用 VISUALSTYLES 可以重置显示，所以 REGEN 和 REGENALL 无需清理杂乱显示内容。与proe相比较AutoCAD 2007的优点主要体现在捕抓能功能强大，定位方便，缺点在于修改特别麻烦，尤其是修改已经合并在一起实体。2.4.2原方案介绍如图2-7所示，这是CCH高压瓷介电容引线自动上料机的原装配图，引线通过最左端的卷料盘，被送上引线支撑板，经过一个导引轮，连接到另一个被步进电机带动

31、的导引轮上，步进电机每次送25只引线脚到接料板上，经过切断装置的切断，25只引线脚就被放在了预定的位置上，固定在接料板下部的气缸推动凸台将引线脚推到引线卡位装置上，引线就被固定了。然后固定在底板上的气缸推动整个接料板向下移动，遇到定位装置（通过气缸带动）就停止移动，然后步进电机又送25只引线脚到接料板上，再经过切断装置的切断，固定在接料板底部的气缸推动凸台再一次将引线脚推到引线卡位装置上，第二段引线就又就被固定了。然后定位装置缩回，固定在底板上的气缸再次推动整个接料板，向前移动到引线吸附机构的工位上，引线吸附机构将两条并排的引线吸走后，固定在底板上的气缸将整个接料板拉回到初始位置，步进电机又送

32、来25只引线脚到接料板上，不断地重复这个过程。图2-7上料机的原装配图2.4.3原方案存在的问题该上料机构在生产实践中存在如下问题：1引线为单线上料，上料过程中要经过送料-切断-引线固定-接料板移动-二次送料-切断-引线固定-接料板移动这8个工序才能将引线送到引线吸附机构，后面的工位都是同时对上、下两条引线进行操作。显然原上料机采用单线上料，缩短了生产时间，降低了生产线的生产效率。2在步进电机带动引线上料的过程中，步进电机将25根引线脚送到切断工位的同时，后面的引线可能会由于惯性继续向前移动，所以需要对引线有一个向后的张紧力，也就是需要一个张紧机构对引线进行张紧。3上料过程中要经过送料-切断-

33、引线固定-接料板移动-二次送料-切断-引线固定-接料板移动这8个工序才能将引线送到引线吸附机构，每个工序都会有震动和精度误差，整个装置的精度受到影响。2.4.4任务介绍针对原方案存在的问题，厂家希望对这个装置进行一些结构优化，提高设备精度和生产效率。所以，在俸培福老师和王海东老师的指导下，提出了改进方案。我的课题任务就是把原上料装置的单线上料改成双线同时上料，并对相关结构进行改进，达到减少工序，提高设备精度和生产效率的目的。具体的任务包括：1 双排自动上料机方案设计2 引线输送方式的设计3 引线切断装置设计4 系统工装及换位机构设计第3章 自动上料机总体方案设计3.1总体方案设计一、双排自动上

34、料机方案设计，将单线上料改装成双线上料，单个引线支撑板改成双引线支撑板，提高设备的生产效率。二、引线输送方式的设计，包括增加一个张紧机构，步进电机如何带动双排引线等等。三、引线切断装置设计，单排上料改成双排上料后，切断装置应该做一些改动。能够进行双线切割。四、系统工装及换位机构设计，双引线经过同时切断后，被送到接料板上，此部分就是对接料板的动作进行设计。3.2具体方案设计3.2.1双排自动上料机方案设计把单排上料机构改装为双排上料，两个机构同时对引线进行张紧，输送，切断，卡位。这样既可以提高加工精度，又可以加快引线的输送，提高了生产效率，达到改装的要求。3.2.2引线输送方式的设计1张紧机构的

35、方案选择引线是通过最左端的卷料盘，被送上引线支撑板的，整个过程中，引线容易因惯性而继续向前移动，从而造成引线局部弯曲。我们必须克服这个惯性力，使引线能够张紧一些，因此,需要在卷料盘前增加一个张紧机构，有2个方案可以选择。方案一：张紧电机方案二：设计张紧机构分析对比两个方案，如果用张紧电机，整个电气控制系统又会多一个控制环节，并且会增加生产成本。而自己设计一个机械张紧机构，就不涉及到电气控制，成本也不高。考虑各种因素，并且经过导师的知道，决定设计一个机械张紧机构来张紧引线。2步进电机的改进方案由图2-7，引线是通过步进电机牵引的，这是单排时的情况，如果改装成双排，我考虑了3种方案。方案一：用两个

36、步进电机同时牵引引线方案二：用气缸对引线进行牵引定位方案三：用一个步进电机牵引双排引线对比两方案，如果再加装一个步进电机，不仅在成本方面要增加，而且控制两台步进电机同时运行，电气控制也变得更复杂，很难满足不了精度要求。而用气缸直接牵引的方式对引线进行牵引切割，每次牵引25个引线脚到切断工位，定位精度可以达到要求，但是这个方案不易实施。如果用一个步进电机，对它的结构进行一些加长改装，让它能够同时带动双排引线，这样能够保证引线的同时同步输送，进而保证了精度和效率，并且比较容易实施。经过比较，决定采用第三个方案，即用一个步进电机牵引双排引线。3.2.3引线切断装置设计我首先考虑到的是采用两个切割装置

37、，但这样做不仅复杂了电气控制系统，也不能保证引线的同时同步切割，不利于提高生产精度和效率，而且增加了生产成本，这个方案是不可行的。于是，我考虑到如果采用一个气缸，带动双排切刀对2排引线同时进行切割，这样不仅能保证引线的同时同步切割，而且对精度就有更好的保证。这样我就需要对原切断装置进行彻底改装，自主设计一个切断装置，以保证精度的需要。3.2.4系统工装及换位机构设计需要设计一个导轨，用一个气缸带动接料板在导轨上水平移动，跟切断装置产生一定的距离，这样当吸附机构来吸取切断的引线时，才能够保证不与切断装置发生碰撞。第4章 自动上料机具体结构设计上一章我提出了自己的总体方案设计，即：一、双排自动上料

38、机方案设计，二、引线输送方式的设计，三、引线切断装置设计，四、系统工装及换位机构设计，并且我对每个方案都进行了具体方案设计的说明，这一章我就针对第三章提出的方案进行具体的结构设计。4.1双排自动上料机结构设计原来的设备为单线传送，结构如图2-7，只有一个引线支撑板，引线通过最左端的卷料盘，被送上引线支撑板，经过一个导向轮，连接到另一个被步进电机带动的导向轮上，再进行下一个工序。经过我的改装，设备成了双线传送，共有两个引线支撑板，根据设计的要求，双线传送的结构图如下图4-1：图4-1双排自动上料机结构图图4-1对比图2-7,单线改成双线之后，结构也相应的发生了变化，增加了引线张紧机构，步进电机也

39、做了改进，切断装置也发生了根本的变化，原来的接料板是纵向移动，现在变成了横向移动。4.2引线输送方式具体结构设计4.2.1张紧机构的设计 第三章的方案设计里讲到，引线是通过最左端的卷料盘，被送上引线支撑板的，整个过程中，引线容易因惯性而继续向前移动，从而造成引线局部弯曲。因此，我们必须克服这个惯性力，使引线能够张紧一些，经过一些方案对比，决定自己设计张紧机构来张紧引线。通过AutoCAD设计平台，对张紧机构进行了结构设计，结构图如下图4-2：图4-2张紧机构结构图张紧机构的原理是：将引线卷在张紧机构的凹槽内，当步进电机带动引线运动时，引线拉直，会使张紧机构内的蜗卷弹簧开始变形，变形的蜗卷弹簧因

40、为要克服变形，会产生一个回拉的力，这个力会使引线时时处于张紧状态。当蜗卷弹簧的变形达到极限时，不能再变形，但是步进电机还要带动引线运动，这时因为蜗卷弹簧不能再变形，促使整个张紧机构克服与主轴的摩擦，全部围绕主轴转动，因为蜗卷弹簧的力并没有消失，所以引线始终处于张紧状态6。整个过程中，蜗卷弹簧的力不能大到使引线产生变形，围绕主轴转动时，克服主轴摩擦的力与蜗卷弹簧的弹力之和也不能大到使引线产生变形。这些力只需起到张紧引线的作用就可以了。4.2.2引线支撑板设计引线是通过引线支撑板输送的，原引线支撑板的结构图如下图4-3：图4-3原引线支撑板结构图如上图所示，该支撑板有两个导向轮，并且还有两个支撑座

41、支撑，考虑到结构的合理与需要，用一个导向轮就可以达到要求了。步进电机带动导向轮，导向轮牵引着引线向前运动，为了保证引线不偏离轨道，我设计了一个凹槽，使引线能够在导向轮的牵引下，沿着凹槽到达指定的切断装置。改装后的支撑板结构图如下图4-4：图4-4改装后的引线支撑板结构图4.2.3 步进电机介绍步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。 上个世纪就出现了步进电动机，它是一种可以自由回转的电磁铁，动作原理和今天的反应式步进电动机没有什么区别，也是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转

42、矩。在本世纪初，由于资本主义列强争夺殖民地，造船工业发展很快，同时也使得步进电动机的技术得到了长足的进步。到了80年代后，由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现，步进电动机的控制方式更加灵活多样。原来的步进电机控制系统采用分立元件或者集成电路组成的控制回路，不仅调试安装复杂，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改变控制方案就一定要重新设计电路。计算机则通过软件来控制步进电机，更好地挖掘出电动机的潜力。因此，用计算机控制步进电机已经成为了一种必然的趋势，也符合数字化的时代趋势。步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。步进电机靠一种叫环形分配器的电子开关器件，通过功率放大器使励

43、磁绕组按照顺序轮流接通直流电源。由于励磁绕组在空间中按一定的规律排列，轮流和直流电源接通后，就会在空间形成一种阶跃变化的旋转磁场，使转子步进式的转动，随着脉冲频率的增高，转速就会增大。步进电机的旋转同时与相数、分配数、转子齿轮数有关。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等。其中反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。现阶段，反应式步进电机获得最多的应用。步进电机和普通电机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式，正是这个特点，步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。不过步进电机在控制的精度、速度变化范围、

44、低速性能方面都不如传统的闭环控制的直流伺服电动机。在精度不是需要特别高的场合就可以使用步进电机，步进电机可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。使用恰当的时候，甚至可以和直流伺服电动机性能相媲美。步进电机广泛应用在生产实践的各个领域。它最大的应用是在数控机床的制造中，因为步进电机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以被认为是理想的数控机床的执行元件。早期的步进电机输出转矩比较小，无法满足需要，在使用中和液压扭矩放大器一同组成液压脉冲马达。随着步进电动机技术的发展，步进电动机已经能够单独在系统上进行使用，成为了不可替代的执行元件。比如步进电动机用作数控铣床进给伺服机构的

45、驱动电动机，在这个应用中，步进电动机可以同时完成两个工作，其一是传递转矩，其二是传递信息。步进电机也可以作为数控蜗杆砂轮磨边机同步系统的驱动电动机。除了在数控机床上的应用，步进电机也可以并用在其他的机械上，比如作为自动送料机中的马达，作为通用的软盘驱动器的马达，也可以应用在打印机和绘图仪中。步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用该课题选择的步进电机型号为：SH-2034M4.2.4 步进电机的改装引线是通过步进电机牵引的，对它的结构进行一些改装，让它同时带动2排引线，这样不仅能够保证引

46、线的同时同步输送，增加了生产精度和效率，并且对生产成本基本不造成影响。原步进电机的结构图如下图4-5：图4-5原步进电机的结构图改成双线上料结构之后，步进电机的结构图如图4-6： 图4-6改进后的步进电机结构图改进后的结构加长了主轴，就可以用一根轴同时带动2个导向轮运动，实现引线的双线同时切割，可以大大提高精度和生产效率。4.3引线切断装置具体结构设计4.3.1 具体结构设计当单排上料改成双排上料之后，对切断装置也要做出改进，采用一个气缸，带动双排切刀对2排引线同时进行切割，这样以保证精度的需要。原来的切断装置是单线切割，即用一个支座将气缸固定在它的上面，气缸的推杆连接切刀，靠气缸的往复运动来实现对引线的切割的。而改进后的切断装置，其切割原理是相同的，但具体结构发生了一些变化。原来的切断装置结构图如图4-7：图4-7 原切割装置结构图（主视图和左视图）改装后的切割装置结构图4-8：从图上可以看到，在两根支架架起的横板上，固定了一个气缸。两个刀具固定在另一个横板上，这个横板也是支撑在支架上的，并且和支架之间安装有轴承，可以产生相对滑动，两个横板通过气缸的推杆相连，这样，当气缸的推杆上下运动时，就可带动刀具进行切割，实现双线同时切割。图