某型号产品压接接触件自动装配和取卸技术研究

摘要：本文针对某产品压接接触件的装配和取卸工序，设计了一种自动装取方案。论文介绍了相关产品的构成，详细分析了自动化设备所需要解决的重大难点，然后，本文提出了设备的核心原理及工作流程，并着重阐述了设备核心机构的具体结构设计思路及关键部件的确定。最后，论文列举了调试过程中出现的典型技术问题及优化改进措施。该自动装取设备的研制成功，不仅实现了该产品装取工序的自动化，而且还减少了操作人员的数量，具有很高的实际应用价值。

关键词：压接接触件、自动、取卸、结构设计

1 引言

作为连接器中的核心部件之一，接触件是否良好直接影响到连接器的性能[1]。现有连接器常用接触件有焊接和压接之分，他们区别在于接触件和线缆连接方式不同，压接方式应用场景更加广泛，订单也较多，因此，本文对压接接触件进行研究。

在使用压接接触件的连接器的生产过程中，有一道半成品测试工序。半成品测试包括性能测试、绝缘耐压测试、接触电阻测试、互换性测试和连接扭矩测试。需要将接触件装配到绝缘体里，才能完成上述各项性能检测，完成后，还要将接触件给取出来。之所以要取出来，是因为每个客户那里连接器用线长度不定，所以压接接触件和线缆的压接是由客户装配的，如果不把接触件给取出来，那么客户无法进行压接。因此，接触件的装配和取卸是生产过程中必不可少的一环。

因为每个连接器含有不同数量的接触件，有的多达上百个，因此，如何安全高效的装取接触件就是一大难题。

图1和图2所示为无接触件的产品和有接触件的产品。

分析问题时，可以忽略次要因素，抓住主要因素。因为壳体不影响取卸的核心机理，所以在进行原理分析时可以将壳体忽略，单独把绝缘体摘出来分析，这样取卸过程更加简单明了，如图3所示。

如图3所示，装配过程中，需要把接触件装到绝缘体孔里，确保不蹭伤或者压坏绝缘体，并且保证装到位，使定位弹簧卡住接触件；在取卸过程中，压接接触件在绝缘体里面是被定位弹簧限位的，因此要取出接触件，首先是要解决定位弹簧对其的限位。在图3中，可以清晰的看到定位弹簧上有两处或三处折弯，这些折弯就限制了接触件在竖直方向上的运动。因此，取卸设备核心问题是从压接端插入取卸器，撑开定位弹簧上的两处折弯，从插合端顶出接触件。

一个产品上面，多达一百多根接触件，需要人工一根根的装配和取卸，极其影响效率。所以，实现装配和取卸过程的自动化能够切实的解决生产上的痛点难点，而且还可以提高产品生产效率，较好的保证产品的一致性。因此，本文研究的某型号产品压接接触件自动装配和取卸设备能够实现产品的自动装配、自动取卸并摆盘功能。实现装取一体化运行，具有较高的现场应用价值。

2 设备的关键过程分析及设计要素

2.1接触件装配方案核心原理

如图4所示，三爪搬运气缸负责搬运壳体，夹爪气缸从接触件料盘抓料，通过视觉传过来的坐标走到绝缘体部件对应孔位上方，到位后，顶杆气缸把接触件压进绝缘体孔里。

由于来料壳体种类纷繁复杂，多达上百种尺寸，上述机构采用三爪上下壳体，不能通用所用规格产品；在进行接触件装配时，上述机构采用硬限位，导致气缸最后的动能作用在产品底部，有损失绝缘体底部的风险。

鉴于上述问题，进行了如下图5所示的优化。

上述机构采用四爪气缸夹持产品，产品受力点多且均匀，夹持更稳定。增加夹爪浮动机构，利用柔性弹簧吸收气缸的瞬间冲量，可以极大地减少作用在绝缘体底部的动能，消除质量隐患。

2.2 接触件取卸过程核心原理

在实际生产中，接触件在绝缘体里是不居中的，呈不规则分布的状态。因此，取卸难点是接触件在绝缘体里随机不居中分布情况下解除定位弹簧对接触件的限制，顶出接触件，然后机器人取走接触件摆盘。

如下图所示本方案的原理，图6是取卸过程未开始时，图7是取卸动作正在进行时。参与直接顶出接触件的主要是四个零件：取卸器、引导轴、护管和顶杆。其具体动作是：类似空心管状的取卸器中间装有台阶状引导轴，引导轴突出取卸器，取卸器下降时，引导轴先插入到接触件的压接端，把接触件导正，然后取卸器包住接触件并撑开定位弹簧，护管和顶杆在气缸作用下一起上升，护管先包住接触件插合端，气缸到位后，顶杆在另一个气缸作用下上升将接触件顶出。

2.3关键动作和零部件分析

以其中一种零部件举例分析，其关键尺寸大致如下图8。

从图中可以看出接触件压接端最大外圆尺寸mm，其最大直径尺寸为1.22mm，而绝缘压板尺寸为，最小直径为1.68mm。由数据可知，取卸器内径∅内和外径∅外尺寸要求：。

取卸器是一个类似薄壁空心管的台阶轴[2]结构，它的内径套到接触件的插合端，外径撑开定位弹簧的折弯。

2.4 泄压过程

当取卸器在气缸作用下撑开定位弹簧后，由于要把接触件给顶出来，需要把气缸作用在取卸器上的力F近似于0但又要让气缸保持伸出状态，因此，这里采用三位双控中排型电磁阀或者精密减压阀，可以在气缸伸出时泄压，避免顶出接触件时上下气缸同时输出力导致产品变形，如图9所示。

2.4 适应多种产品的定位方式

该产品是多品种少批量型，因此需要设备能够通用多种型号的产品。要求多种产品可以快速装夹定位而不用反复切换工装。这里讨论下在接触件装配和取卸过程中壳体的定位。

产品外径∅是11.2＜∅＜37，变化较大，且装配和取卸过程中产品只受竖直方向的力，因此，本方案利用电爪可灵活调整张开距离的优势，然后使用气缸带动电爪压紧产品进行定位。如图10所示。

该机构利用电动夹爪调节距离，直线导轨和气缸控制Z轴运动，优点是结构简单，根据来料自动调整距离和高度，但是缺点是高度过高，宽度较大，经过后期优化，得到如下图11所示的机构。该机构采用曲柄滑块机构，有效减少机构宽度和高度；利用直线轴承和导向轴机构，进一步降低Z轴高度。

3 调试过程中的问题及优化措施

现在就调试过程中碰到的典型技术性问题进行归纳总结。

3.1取卸过程中定位机构

由于该设备需要兼容数百种产品，这些产品按外观尺寸可以分类18大类，当时处于节省成本等因素考虑，按每6大类共用一个料盘，其中大号料盘如下图12和图13所示。

料盘上放置产品的圆孔要比正常产品尺寸大，工人放产品的时候，不可能将产品放到正中间，如图12所示，这样就出现了三爪气缸夹不正产品的问题。因此，机器人夹产品到取卸位要放到图15（压板）的零件上，图14中定位面（壁厚约1.5mm）放在图15上，图14中圆的直径要小于定位面的内径，但是还要大于绝缘体外径，二者相差较小，所以，机器人夹取稍微偏斜一点，就导致产品和压板不同心，定位面没有没有全部压在压板上，部分定位面悬空，导致破坏产品。

解决方案是变更压板形状，如下图16所示。利用大倒角起引导作用，然后优化电爪原有动作顺序。

原来动作是机器人上三爪气缸先将产品放到压板上，然后电爪再向下压住产品。现在是机器人将产品放到压板上不松开，然后气缸带动电爪往下压紧壳体，最后三爪气缸在松开。增加了交接的动作，可以有效避免前期夹取壳体不正的情况。

3.2取针夹爪的优化

原有夹爪夹取接触件具体结构如图17和18所示。

因为产品中接触件很密集，直径32mm的圆上分布了128的接触件，所以夹爪头部需要做的纤细，这样就导致夹爪长时间夹取接触件会变形，两个夹爪呈现“八”字形。

因此，经过研究决定，采用两体构型，如图19所示。图中和接触件接触的夹爪头部结构简单，加工方便，成本低而且拆装也方便，作为易损件，最为合适。

3.3装针设备上的壳体定位机构优化

经过对现有设备的优化，采用了正反丝杆配合浮动机构达到根据来料大小实现壳体压紧的目的。详细结构如下图21所示。

原机构（图20）采用电动夹爪单边放置，带动滑块闭合。由于动力源偏心放置，导致闭合夹爪倾斜在运动时会发生倾斜，两侧位移量不一致。而且电动夹爪体积较大，占用空间较大。

针对以上问题，优化后的机构如图21所示，采用正反丝杆居中放置，可有效避免动力源偏心带来的问题。增加浮动机构，确保走位准确和正常回位。

4实际应用效果

通过以上设计及优化改善措施，使得设备更趋于稳定可靠，在车间生产过程中具有很大的应用价值。

该设备不仅为实现车间装配和取卸压接接触件工序自动化提供了理论基础和现实依据，也有利于该型号连接器自动化生产，同时提高了产品的一致性。

此外，该设备的顺利成功的投产，还使车间改善优化了装配和取卸接触件的工序。在原来的工序中，车间该工序是使用发给客户的针孔件进行装取，后来，经过与使用部门和质量部门的一系列磋商，该工序使用了模拟接触件进行装取。以20号压接插针为例，详情如下图22所示。

模拟针孔件在不影响后续测试工序的基础上，优化了部分结构。对压线端进行了优化，去除压线孔，增加取卸环槽，使其更加适应于设备装取，减少了设备取卸机构的复杂流程，从而提高效率。由于产品的半成品测试需要利用插合端，因此，插合端未进行变更。

此外，装取过程不再使用真实接触件，减少了接触件的误差来源，也有效地提高了接触件的使用寿命

5结语

在车间面临较大交付订单压力情况下，某型号产品压接接触件自动装配和取卸问题的成功攻克，能够把在装配和取卸工序上的人力资源解放出来，投入到其他工序中，从而极大的提高了产品的生产效率，保证准时准点将产品交付给客户，因此该设备具有很高的应用价值。

但是，该设备在设计过程中仍存在一定的局限性，例如该设备只能取卸22D、20号或16号压接接触件，无法同时通用三种。因此，其针对产品的通用性仍有待进一步提高。

参考文献

[1] 杨奋为.军用电连接器的应用及发展[J].机电元件，2007，09；41-44.

[2] 成大仙. 机械设计手册[Ｍ]．北京：化学工业出版社，2007.

魏宝 1981年2月，男，籍贯洛阳市新安县，西北工业大学机电工程专业工程硕士，从事连接器自动化装配设备设计17年，从事数字化、智能化车间规划与建设5年