鋁箔裁切折邊機(jī)的設(shè)計(jì)

段艷丹，吳艷紅

（西安航天動(dòng)力試驗(yàn)技術(shù)研究所，陜西 西安 710199）

0 引言

為了降低生產(chǎn)成本，取得較高的經(jīng)濟(jì)效益，目前電容器廠家設(shè)計(jì)的電容器場強(qiáng)普遍偏高，場強(qiáng)過高是電容器損壞的一個(gè)重要原因。為降低電容器元件邊緣場強(qiáng)，國內(nèi)外采用了鋁箔折邊的新工藝，然而國內(nèi)還沒有廠家生產(chǎn)鋁箔自動(dòng)裁切折邊的設(shè)備，只能依靠人工折邊。人工折邊有兩大致命的缺點(diǎn)：①工作效率低：人工折邊成型約需2min左右；②作為引出電極的鋁箔厚度僅為0.015～0.06mm，人工折邊時(shí)鋁箔會(huì)嚴(yán)重起皺，不僅廢品率高，也嚴(yán)重影響了采用鋁箔引出電極并電容式電壓互感器的效果。鑒于鋁箔人工折邊的種種缺點(diǎn)，我公司為某公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)了集鋁箔裁切和鋁箔折邊為一體的新型設(shè)備—鋁箔裁切折邊機(jī)。

1 設(shè)備組成及原理

1.1 設(shè)備組成

該設(shè)備由料軸、導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)、壓緊送料機(jī)構(gòu)、裁切機(jī)構(gòu)、拾取機(jī)構(gòu)、接料結(jié)構(gòu)6部分組成，見圖1。

圖1 鋁箔裁切折邊機(jī)的總體布置圖

1.2 工作原理

導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)將鋁箔導(dǎo)入壓緊送料機(jī)構(gòu)，壓緊送料機(jī)構(gòu)中的壓緊氣缸將鋁箔壓緊后，送料氣缸便開始送料，送到設(shè)定的長度，停止送料，裁切機(jī)構(gòu)的壓緊氣缸壓緊后，裁切氣缸裁切，裁切動(dòng)作完成后，拾取機(jī)構(gòu)將裁切好的鋁箔拾取到折邊機(jī)構(gòu)上并壓緊，同時(shí)拾取上一個(gè)折邊成形的鋁箔到接料結(jié)構(gòu)，折邊機(jī)構(gòu)將鋁箔折邊成型，便等著加工下一個(gè)工件時(shí)被拾取到接料機(jī)構(gòu)，其工作原理見圖2。

圖2 鋁箔裁切折邊機(jī)工作原理

2 關(guān)鍵技術(shù)解決情況

2.1 鋁箔自動(dòng)折邊技術(shù)

鋁箔自動(dòng)折邊技術(shù)是整個(gè)設(shè)備設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，如何實(shí)現(xiàn)鋁箔的自動(dòng)翻邊，同時(shí)又保證鋁箔的平整、光滑、無褶皺是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，鋁箔自動(dòng)折邊結(jié)構(gòu)見圖2。經(jīng)過反復(fù)的研究，此難點(diǎn)主要通過以下幾點(diǎn)解決。

圖3 鋁箔自動(dòng)折邊結(jié)構(gòu)

（1）選擇擺動(dòng)角度可以任意調(diào)節(jié)的擺動(dòng)氣缸帶動(dòng)翻板完成折邊動(dòng)作。翻板的起始位置與平臺(tái)的夾角調(diào)節(jié)為30°，并調(diào)節(jié)左右兩翻板的距離為所要折的寬度，當(dāng)拾取機(jī)構(gòu)向下壓緊時(shí)，可在鋁箔上壓出所需寬度的壓痕。翻板的終止位置與平臺(tái)的夾角調(diào)節(jié)為150°，當(dāng)折邊動(dòng)作終止時(shí)，翻板終止位置的角度保證鋁箔不會(huì)被翻板壓死，從而防止鋁箔被壓出壓痕、褶皺。

（2）巧妙的設(shè)計(jì)翻板，從而成功實(shí)現(xiàn)折邊、限位的目的，又避免了兩翻板相互抵觸。首先，設(shè)計(jì)翻板的邊緣高度凸出4mm，在折變過程中通過凸出部分限制鋁箔兩邊，從而確保鋁箔沿著壓痕準(zhǔn)確折邊；其次，由于把寬80mm的鋁箔折成40mm，兩邊需向中間折20mm，所以每個(gè)翻板也只能20mm，然而高出的4mm的寬3mm，使翻板加寬了3mm，造成兩翻板相互抵觸無法轉(zhuǎn)到所設(shè)計(jì)的角度，經(jīng)過反復(fù)研究，最終將翻板的邊緣設(shè)計(jì)成矩齒形，使兩翻板的邊緣齒合（見圖4）。

圖4 限位鋸齒翻板

（3）將折邊平臺(tái)設(shè)計(jì)成吸盤式平臺(tái)，即在折邊平臺(tái)上合理的設(shè)計(jì)若干真空孔，并且用特制的堵頭堵住真空孔，此堵頭上鉆有無數(shù)均勻、光滑的針孔，在折邊過程中可以有效地吸住鋁箔，確保折邊動(dòng)作準(zhǔn)確無誤，卻不會(huì)在鋁箔表面留下真空孔的吸痕。

2.2 多功能拾取技術(shù)

多功能拾取技術(shù)使用一個(gè)拾取機(jī)構(gòu)同時(shí)完成裁切完成鋁箔和折邊完成鋁箔的拾取，在拾取動(dòng)作完成的同時(shí)還要完成壓痕和壓平的動(dòng)作。此技術(shù)大大提高了工件加工的速度，同時(shí)也保證了成品工件的平整光滑、無褶皺，見圖5。主要通過以下幾點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)：

圖5 多功能拾取結(jié)構(gòu)

（1）一個(gè)拾取機(jī)構(gòu)完成兩個(gè)拾取動(dòng)作。在拾取氣缸上裝有兩個(gè)拾取機(jī)構(gòu)，這兩個(gè)拾取機(jī)構(gòu)中心距為L1=110mm，已裁切鋁箔與折邊機(jī)構(gòu)的中心距為L2=110mm，折邊機(jī)構(gòu)與接料機(jī)構(gòu)的中心距為L3=110mm，L1=L2=L3=110mm，氣缸的行程也為110mm，則氣缸在拾取裁切成型的鋁箔時(shí)，同時(shí)把上一個(gè)折邊成型的鋁箔也就拾取了。這樣不但省了一個(gè)機(jī)構(gòu)，兩個(gè)氣缸，而且極大的縮短了加工速度。

（2）一個(gè)抓取機(jī)構(gòu)，完成兩個(gè)動(dòng)作。在拾取機(jī)構(gòu)上設(shè)計(jì)有有兩個(gè)抓取機(jī)構(gòu)，每一個(gè)抓取機(jī)構(gòu)每次動(dòng)作時(shí)都可以完成兩個(gè)動(dòng)作。兩個(gè)抓取機(jī)構(gòu)上面不但裝有吸爪，而且分別裝有硬質(zhì)海棉和軟橡膠，所以在它抓取或放下的同時(shí)，也會(huì)對(duì)鋁箔有一個(gè)均勻的壓力。抓取機(jī)構(gòu)A在抓取鋁箔的瞬間可以在鋁箔上壓出一個(gè)設(shè)定寬度的壓痕，從而保證折邊的尺寸；抓取機(jī)構(gòu)B在抓取折邊成型的鋁箔時(shí)，其上裝有的特制軟橡膠，會(huì)給鋁箔一個(gè)很均勻的壓力，使鋁箔更平整、光滑、無褶皺，折痕無r。

（3）水平運(yùn)動(dòng)氣缸選用了剛性較好的導(dǎo)軌氣缸，保證了拾取動(dòng)作的準(zhǔn)確無誤、快速穩(wěn)定。

2.3 剪刀式自動(dòng)裁切技術(shù)

剪刀式自動(dòng)裁切技術(shù)確保鋁箔裁切無損傷、斷口光滑、零滯后。其結(jié)構(gòu)見圖6。主要通過以下幾點(diǎn)實(shí)現(xiàn)：

圖6 剪刀式自動(dòng)裁切結(jié)構(gòu)

（1）設(shè)計(jì)刀片為斜刀片，刀斜3°，刀片右側(cè)與下模板右側(cè)高出的臺(tái)階緊密貼合，構(gòu)成一個(gè)剪刀口，刀片緊貼著下模板向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)最大行程時(shí)與下模板的重合量s=15mm，從而完成裁切動(dòng)作。剪刀式裁切避免了沖裁對(duì)鋁箔紙的損害，有效地保證了鋁箔在裁切過程中的完好無損。

（2）刀片與下模板的間隙在導(dǎo)向的作用力下保持最合適的狀態(tài)，以保證剪刃壽命及剪切質(zhì)量，確保裁切斷口光滑，無裁痕。

（3）刀片通過氣缸上下運(yùn)動(dòng)，也就是說氣缸帶動(dòng)刀片瞬間到達(dá)最大行程的同時(shí)也就完成了剪刀式裁切動(dòng)作，避免了傳統(tǒng)的剪刀式裁剪繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)裁剪的時(shí)間滯后性。

（4）設(shè)計(jì)壓緊機(jī)構(gòu)，將鋁箔壓在下模板上以減小鋁箔被裁切時(shí)的旋轉(zhuǎn)角，從而減小側(cè)向力，杜絕鋁箔在裁切過程中發(fā)生偏移，保證裁切后的鋁箔是正長方形，提高了裁切質(zhì)量。

2.4 自動(dòng)送料技術(shù)

自動(dòng)送料技術(shù)采用組合式氣缸，送出設(shè)定長度的鋁箔。組合式氣缸是采用一個(gè)龍門架將兩個(gè)氣缸組合起來，垂直壓緊氣缸裝在特制的輕型龍門架上，龍門架又裝在水平送料氣缸上，鋁箔穿過龍門架，垂直壓緊氣缸將鋁箔壓緊在水平送料氣缸的滑塊上，水平送料氣缸的滑塊向前運(yùn)動(dòng)，開始送料，同時(shí)可以通過調(diào)節(jié)水平送料氣缸的行程來調(diào)節(jié)送料的長度，這樣就可以完成設(shè)定長度的鋁箔自動(dòng)送料的動(dòng)作。

2.5 自動(dòng)感應(yīng)接料技術(shù)

自動(dòng)感應(yīng)接料技術(shù)是指接料盤隨著所接工件數(shù)量的增加或減少而上升下降。此技術(shù)可以避免了因料盤與工件距離不合適而損壞工件的情況。其設(shè)計(jì)原理為：在接料機(jī)構(gòu)上裝有感應(yīng)裝置，感應(yīng)裝置感應(yīng)鋁箔工件的高度，并將這一信息發(fā)送到PLC控制系統(tǒng)，PLC根據(jù)所接受到的信息控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而控制料盤的上升下降。

2.6 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該設(shè)備控制系統(tǒng)由PLC和人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)，PLC采用SIMEMENS S7-200系列，人機(jī)界面選用威倫EB8000，實(shí)現(xiàn)氣缸夾緊送料、壓緊裁刀裁切、折邊、吸爪和吸盤多組動(dòng)作的開關(guān)量控制，參數(shù)設(shè)置界面可實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品加工件數(shù)進(jìn)行設(shè)置，其中設(shè)置范圍：1～9999。已加工件數(shù)用來對(duì)加工數(shù)量進(jìn)行顯示，設(shè)備運(yùn)行中間停止，若要重新計(jì)數(shù)，使用件數(shù)清零按鈕，清除已加工件數(shù)，手動(dòng)操作界面按鈕用來將系統(tǒng)切換到手動(dòng)操作界面。根據(jù)系統(tǒng)要求，編寫了系統(tǒng)軟件，采用梯形圖完成，見圖7。

圖7 PLC控制系統(tǒng)軟件

3 應(yīng)用情況

2011年5月，我公司設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的國內(nèi)第一臺(tái)鋁箔裁切折邊機(jī)順利通過驗(yàn)收，并交付客戶使用。該設(shè)備將厚度為0.015～0.06mm、寬140mm的鋁箔，裁切為140mm×80mm的長方形鋁箔，長邊對(duì)折后接縫位于鋁箔的中心，一次折彎成型。加工速度為4秒/件，加工的成品平整、光滑、無褶皺，折痕無R，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足客戶要求，目前使用良好。

4 技術(shù)進(jìn)步點(diǎn)

鋁箔裁切折邊機(jī)的進(jìn)步點(diǎn)在于：

（1）鋁箔裁切折邊機(jī)的設(shè)計(jì)是國內(nèi)首次將鋁箔折邊自動(dòng)化并將鋁箔裁切和鋁箔折邊合為一體的新型電容器設(shè)備。

（2）該設(shè)備大大提高了加工工件的工作效率，使用人工折邊加工一件產(chǎn)品需120秒左右，而使用該設(shè)備加工一件產(chǎn)品只需要4秒，加工速度僅是人工折邊加工速度的1/30。

（3）鋁箔裁切折邊機(jī)大大改善了人工折邊時(shí)鋁箔嚴(yán)重起皺，精確度不高的缺點(diǎn)，使產(chǎn)品的合格率由原來的75%提高到了99.9%。

5 結(jié)論

據(jù)了解，采用鋁箔引出電極并電容式電壓互感器（CVT）在國內(nèi)外普遍應(yīng)用在72.5～800kV電力系統(tǒng)中，而72.5～800kV電力系統(tǒng)占國內(nèi)電力系統(tǒng)的100%，占國外電力系統(tǒng)的90%。因此，鋁箔裁切折邊機(jī)在國內(nèi)外都具有極其廣闊的市場前景。