铝箔裁切折边机的设计

2018-08-17段艳丹吴艳红

机电产品开发与创新 2018年4期

段艳丹，吴艳红

（西安航天动力试验技术研究所，陕西西安 710199）

0 引言

为了降低生产成本，取得较高的经济效益，目前电容器厂家设计的电容器场强普遍偏高，场强过高是电容器损坏的一个重要原因。为降低电容器元件边缘场强，国内外采用了铝箔折边的新工艺，然而国内还没有厂家生产铝箔自动裁切折边的设备，只能依靠人工折边。人工折边有两大致命的缺点：①工作效率低：人工折边成型约需2min左右；②作为引出电极的铝箔厚度仅为0.015～0.06mm，人工折边时铝箔会严重起皱，不仅废品率高，也严重影响了采用铝箔引出电极并电容式电压互感器的效果。鉴于铝箔人工折边的种种缺点，我公司为某公司设计生产了集铝箔裁切和铝箔折边为一体的新型设备—铝箔裁切折边机。

1 设备组成及原理

1.1 设备组成

该设备由料轴、导轮机构、压紧送料机构、裁切机构、拾取机构、接料结构6部分组成，见图1。

图1 铝箔裁切折边机的总体布置图

1.2 工作原理

导轮机构将铝箔导入压紧送料机构，压紧送料机构中的压紧气缸将铝箔压紧后，送料气缸便开始送料，送到设定的长度，停止送料，裁切机构的压紧气缸压紧后，裁切气缸裁切，裁切动作完成后，拾取机构将裁切好的铝箔拾取到折边机构上并压紧，同时拾取上一个折边成形的铝箔到接料结构，折边机构将铝箔折边成型，便等着加工下一个工件时被拾取到接料机构，其工作原理见图2。

图2 铝箔裁切折边机工作原理

2 关键技术解决情况

2.1 铝箔自动折边技术

铝箔自动折边技术是整个设备设计的关键，如何实现铝箔的自动翻边，同时又保证铝箔的平整、光滑、无褶皱是设计的难点，铝箔自动折边结构见图2。经过反复的研究，此难点主要通过以下几点解决。

图3 铝箔自动折边结构

（1）选择摆动角度可以任意调节的摆动气缸带动翻板完成折边动作。翻板的起始位置与平台的夹角调节为30°，并调节左右两翻板的距离为所要折的宽度，当拾取机构向下压紧时，可在铝箔上压出所需宽度的压痕。翻板的终止位置与平台的夹角调节为150°，当折边动作终止时，翻板终止位置的角度保证铝箔不会被翻板压死，从而防止铝箔被压出压痕、褶皱。

（2）巧妙的设计翻板，从而成功实现折边、限位的目的，又避免了两翻板相互抵触。首先，设计翻板的边缘高度凸出4mm，在折变过程中通过凸出部分限制铝箔两边，从而确保铝箔沿着压痕准确折边；其次，由于把宽80mm的铝箔折成40mm，两边需向中间折20mm，所以每个翻板也只能20mm，然而高出的4mm的宽3mm，使翻板加宽了3mm，造成两翻板相互抵触无法转到所设计的角度，经过反复研究，最终将翻板的边缘设计成矩齿形，使两翻板的边缘齿合（见图4）。

图4 限位锯齿翻板

（3）将折边平台设计成吸盘式平台，即在折边平台上合理的设计若干真空孔，并且用特制的堵头堵住真空孔，此堵头上钻有无数均匀、光滑的针孔，在折边过程中可以有效地吸住铝箔，确保折边动作准确无误，却不会在铝箔表面留下真空孔的吸痕。

2.2 多功能拾取技术

多功能拾取技术使用一个拾取机构同时完成裁切完成铝箔和折边完成铝箔的拾取，在拾取动作完成的同时还要完成压痕和压平的动作。此技术大大提高了工件加工的速度，同时也保证了成品工件的平整光滑、无褶皱，见图5。主要通过以下几点来实现：

图5 多功能拾取结构

（1）一个拾取机构完成两个拾取动作。在拾取气缸上装有两个拾取机构，这两个拾取机构中心距为L1=110mm，已裁切铝箔与折边机构的中心距为L2=110mm，折边机构与接料机构的中心距为L3=110mm，L1=L2=L3=110mm，气缸的行程也为110mm，则气缸在拾取裁切成型的铝箔时，同时把上一个折边成型的铝箔也就拾取了。这样不但省了一个机构，两个气缸，而且极大的缩短了加工速度。

（2）一个抓取机构，完成两个动作。在拾取机构上设计有有两个抓取机构，每一个抓取机构每次动作时都可以完成两个动作。两个抓取机构上面不但装有吸爪，而且分别装有硬质海棉和软橡胶，所以在它抓取或放下的同时，也会对铝箔有一个均匀的压力。抓取机构A在抓取铝箔的瞬间可以在铝箔上压出一个设定宽度的压痕，从而保证折边的尺寸；抓取机构B在抓取折边成型的铝箔时，其上装有的特制软橡胶，会给铝箔一个很均匀的压力，使铝箔更平整、光滑、无褶皱，折痕无r。

（3）水平运动气缸选用了刚性较好的导轨气缸，保证了拾取动作的准确无误、快速稳定。

2.3 剪刀式自动裁切技术

剪刀式自动裁切技术确保铝箔裁切无损伤、断口光滑、零滞后。其结构见图6。主要通过以下几点实现：

图6 剪刀式自动裁切结构

（1）设计刀片为斜刀片，刀斜3°，刀片右侧与下模板右侧高出的台阶紧密贴合，构成一个剪刀口，刀片紧贴着下模板向下运动，当到达最大行程时与下模板的重合量s=15mm，从而完成裁切动作。剪刀式裁切避免了冲裁对铝箔纸的损害，有效地保证了铝箔在裁切过程中的完好无损。

（2）刀片与下模板的间隙在导向的作用力下保持最合适的状态，以保证剪刃寿命及剪切质量，确保裁切断口光滑，无裁痕。

（3）刀片通过气缸上下运动，也就是说气缸带动刀片瞬间到达最大行程的同时也就完成了剪刀式裁切动作，避免了传统的剪刀式裁剪绕转轴转动裁剪的时间滞后性。

（4）设计压紧机构，将铝箔压在下模板上以减小铝箔被裁切时的旋转角，从而减小侧向力，杜绝铝箔在裁切过程中发生偏移，保证裁切后的铝箔是正长方形，提高了裁切质量。

2.4 自动送料技术

自动送料技术采用组合式气缸，送出设定长度的铝箔。组合式气缸是采用一个龙门架将两个气缸组合起来，垂直压紧气缸装在特制的轻型龙门架上，龙门架又装在水平送料气缸上，铝箔穿过龙门架，垂直压紧气缸将铝箔压紧在水平送料气缸的滑块上，水平送料气缸的滑块向前运动，开始送料，同时可以通过调节水平送料气缸的行程来调节送料的长度，这样就可以完成设定长度的铝箔自动送料的动作。

2.5 自动感应接料技术

自动感应接料技术是指接料盘随着所接工件数量的增加或减少而上升下降。此技术可以避免了因料盘与工件距离不合适而损坏工件的情况。其设计原理为：在接料机构上装有感应装置，感应装置感应铝箔工件的高度，并将这一信息发送到PLC控制系统，PLC根据所接受到的信息控制电机的运转，从而控制料盘的上升下降。

2.6 PLC控制系统设计

该设备控制系统由PLC和人机界面实现，PLC采用SIMEMENS S7-200系列，人机界面选用威伦EB8000，实现气缸夹紧送料、压紧裁刀裁切、折边、吸爪和吸盘多组动作的开关量控制，参数设置界面可实现对产品加工件数进行设置，其中设置范围：1～9999。已加工件数用来对加工数量进行显示，设备运行中间停止，若要重新计数，使用件数清零按钮，清除已加工件数，手动操作界面按钮用来将系统切换到手动操作界面。根据系统要求，编写了系统软件，采用梯形图完成，见图7。

图7 PLC控制系统软件

3 应用情况

2011年5月，我公司设计、生产的国内第一台铝箔裁切折边机顺利通过验收，并交付客户使用。该设备将厚度为0.015～0.06mm、宽140mm的铝箔，裁切为140mm×80mm的长方形铝箔，长边对折后接缝位于铝箔的中心，一次折弯成型。加工速度为4秒/件，加工的成品平整、光滑、无褶皱，折痕无R，各项指标均满足客户要求，目前使用良好。