1 行業(yè)介紹

　　全自動(dòng)排線機(jī)， 業(yè)內(nèi)又稱為排線全自動(dòng)端子壓著機(jī)，是一種可以將電線定長(zhǎng)裁斷，定長(zhǎng)剝皮，然后再打上端子的自動(dòng)化設(shè)備。其加工好的線纜無(wú)需焊接便能夠穩(wěn)定地將兩根導(dǎo)線連接在一起，大大方便了線路的連接工作， 適用于多種需要電路連接的場(chǎng)合，比如電視、電腦、手機(jī)、相機(jī)、汽車、空調(diào)、收音機(jī)、飛機(jī)、火車等。目前全自動(dòng)排線端子機(jī)主要分為單頭、雙頭兩種，擁有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用空間。

　　此項(xiàng)目為全自動(dòng)雙頭排線端子機(jī)，基本上為全伺服電機(jī)控制，效率高，性能穩(wěn)定。只要把待生產(chǎn)的排線與端子裝到設(shè)備指定位置，在人機(jī)界面進(jìn)行產(chǎn)品特征(線材規(guī)格，產(chǎn)品PIN數(shù)，分線參數(shù)，產(chǎn)品長(zhǎng)度等)的簡(jiǎn)單設(shè)定， 按下啟動(dòng)按鍵，設(shè)備就可以按設(shè)定要求自動(dòng)完成送線，分線，裁線，剝皮，搓線，送端子及端子壓接等動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)。

　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　2.1 方案背景

　　設(shè)備主要包括切線、剝皮、搓線、打端、分線、出線等多個(gè)部分：通過(guò)拉線伺服進(jìn)行排線進(jìn)料，切刀將排線切斷，前剝皮伺服與后剝皮步進(jìn)配合切刀將線材表皮剝掉，搓線氣缸完成剝后線芯扭搓。拉線伺服通過(guò)配合分線氣缸實(shí)現(xiàn)排線收尾的分線，另外該設(shè)備還支持排線中段多段間隔分線功能;前端移動(dòng)伺服與端子機(jī)配合實(shí)現(xiàn)連續(xù)快速打端，后端移動(dòng)過(guò)伺服與后端子機(jī)配合實(shí)現(xiàn)后端連續(xù)快速打端子以及出線動(dòng)作。前后端PIN位與PIN寬可獨(dú)立設(shè)定，穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)前后端壓著不同類型端子。

　　圖 1 全自動(dòng)裁線剝皮雙頭端子壓著機(jī)設(shè)備示例

　　目前市場(chǎng)上主要的控制系統(tǒng)是PLC+伺服的方式， 部分采用單片機(jī)+伺服方式或帶PLC功能的伺服等。PLC 主要有三菱、臺(tái)達(dá)等，HMI主要有維綸通、臺(tái)達(dá)、維控等。綜合比較后，永宏FBS系列PLC+觸摸屏+A5伺服的成套方案在性價(jià)比和功能穩(wěn)定等綜合性能上較其他產(chǎn)品方案有優(yōu)勢(shì)。

表 1 全自動(dòng)裁線剝皮雙頭端子壓著機(jī)系統(tǒng)參考方案

　　2.2 客戶需求

　　根據(jù)客戶要求，單機(jī)共計(jì)七個(gè)軸NC控制，其中五個(gè)伺服軸加兩個(gè)步進(jìn)軸控制;前后端子機(jī)在自動(dòng)打端情況下端子機(jī)能連續(xù)快速運(yùn)轉(zhuǎn)，保證打端效率與成品效果， 且可以實(shí)現(xiàn)任意PIN線材的跳打功能;點(diǎn)動(dòng)下則可以打端一步一動(dòng)，打完可切回自動(dòng)工作流程。排線分線功能除了市面上常見(jiàn)的首尾分線可設(shè)功能外，增加多段中間分線間隔與長(zhǎng)度可設(shè)，實(shí)現(xiàn)中間分線功能，利于電腦排線等產(chǎn)品的線路高效并接。

　　2.3 解決方案

　　全自動(dòng)裁線剝皮雙頭端子壓著機(jī)的核心控制系統(tǒng)是永宏FBS-24MCT2-AC主機(jī)與FBS-24MAT2-AC主機(jī)各一臺(tái)，搭載FBS-16YT與FBS-8YT擴(kuò)展模塊各一臺(tái)，兩臺(tái)主機(jī)間通過(guò)各自擴(kuò)展一塊FBS-CB5通訊模版進(jìn)行FATEK高速聯(lián)機(jī)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的八軸高速脈沖輸出定位。伺服系統(tǒng)采用永宏A5系列雙軸驅(qū)動(dòng)器兩臺(tái)+A5系列單軸驅(qū)動(dòng)器一臺(tái)搭配五臺(tái)A5伺服電機(jī);傳動(dòng)系統(tǒng)由減速機(jī)、絲桿、皮帶輪等構(gòu)成;設(shè)備應(yīng)用還包括了外圍的光纖傳感器、槽型傳感器，以及開(kāi)關(guān)、按鈕等元器件。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　3.1硬件配圖

表 2 全自動(dòng)裁線剝皮雙頭端子壓著機(jī)具體功能要求

　表 3 全自動(dòng)裁線剝皮雙頭端子壓著機(jī)規(guī)格參數(shù)

　　設(shè)備核心主要由前端打端子、中間切線剝皮分線、后端打端子出料三大部分組成。排線的分線、切線、剝線等系列動(dòng)作均通過(guò)拉線伺服配合切刀軸、前剝皮軸、后剝皮軸、分線氣缸等完成;前端打端子通過(guò)前端伺服軸帶動(dòng)絲桿移位配合前端端子機(jī)實(shí)現(xiàn);后端打端子通過(guò)后端伺服軸帶動(dòng)絲桿移位配合后端端子機(jī)實(shí)現(xiàn)。各端子機(jī)通過(guò)變頻板可外部調(diào)節(jié)速度;為提高打端效率，打端移動(dòng)伺服啟動(dòng)由對(duì)應(yīng)的打端最低點(diǎn)感應(yīng)器信號(hào)觸發(fā)。整個(gè)系統(tǒng)配合供線、供端電機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料;各異常檢測(cè)傳感器做報(bào)警反饋保護(hù)。

表 4 全自動(dòng)裁線剝皮雙頭端子壓著機(jī)硬件配置表

圖 2 全自動(dòng)單端壓著浸錫機(jī)硬件配置圖

　　設(shè)備開(kāi)發(fā)調(diào)機(jī)過(guò)程中主站控制器PORT0與HMI連接，為便于程序調(diào)試與監(jiān)控，主站采用FBS-CB25通訊板，通過(guò)通訊板的RS232口連接PC調(diào)試;設(shè)備調(diào)試完成后換回原始配置的FBS-CB5板子。

　　3.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)

　　全自動(dòng)單端壓著浸錫機(jī)主要由前端伺服、前剝皮伺服、切刀伺服、后剝皮步進(jìn)、拉線伺服、后端伺服、轉(zhuǎn)向步進(jìn)與分線刀組成主體結(jié)構(gòu)。

圖 3 全自動(dòng)裁線剝皮雙頭端子壓著機(jī) - 機(jī)械結(jié)構(gòu)分布 -1

圖 4 全自動(dòng)裁線剝皮雙頭端子壓著機(jī) 機(jī)械結(jié)構(gòu)分布 -2

　　3.3 電氣控制

　　全自動(dòng)裁線剝皮雙頭端子壓著機(jī)的核心控制系統(tǒng)由兩臺(tái)永宏FBS些列PLC主機(jī)，各擴(kuò)展一塊FBS-CB5通訊模塊，高速聯(lián)機(jī)可組成多至8軸NC定位控制系統(tǒng)。PLC接線如圖5所示，電氣控制柜接線圖如6所示。

圖 5 全自動(dòng)裁線剝皮雙頭端子壓著機(jī) 部分 IO 接線原理圖

圖 6 全自動(dòng)裁線剝皮雙頭端子壓著機(jī) 電氣控制柜圖

　　4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　4.1 工藝流程

　　設(shè)備工藝流程簡(jiǎn)介如下：

　　條件滿足情況下點(diǎn)擊復(fù)位，各軸伺服/步進(jìn)按順序回原點(diǎn);若已提前打開(kāi)棄線開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)復(fù)歸完成后會(huì)自動(dòng)進(jìn)行棄線動(dòng)作：拉線軸與分線到配合進(jìn)行分線動(dòng)作，分線完成后切刀與剝皮軸進(jìn)行切線與剝線，后端兩軸配合將棄線產(chǎn)品夾取出線。復(fù)位棄線完成后看，若自動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng)，前端可直接進(jìn)行移動(dòng)打端;前打端完成后拉線軸配合切刀軸、分線刀等部件進(jìn)行拉線、分線、切線、扭線動(dòng)作;完成以上動(dòng)作后，前剝軸、后剝軸配合切刀實(shí)現(xiàn)剝皮功能; 隨后前端進(jìn)行下一次移動(dòng)打端動(dòng)作，后端則進(jìn)行首次移動(dòng)打端動(dòng)作并配合旋轉(zhuǎn)步進(jìn)完成出線動(dòng)作。

　　4.2 控制流程(見(jiàn)圖7)

圖 7 全自動(dòng)裁線剝皮雙頭端子壓著機(jī) 工藝流程簡(jiǎn)圖

　　4.3 PLC I/O點(diǎn)配置

　　根據(jù)設(shè)備工藝流程和控制流程要求，進(jìn)行了永宏P(guān)LC 程序I/O點(diǎn)配置;永宏P(guān)LC輸入輸出點(diǎn)配置如表5所示。

表 5-1、2、3 全自動(dòng)裁線剝皮雙頭端子壓著機(jī) IO 點(diǎn)配置表

　　4.4工藝編程應(yīng)用

　　4.4.1 PIN位跳打控制

　　自動(dòng)運(yùn)行時(shí)端子機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)效率才高，而前端伺服需要在端子機(jī)一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)完成移位，否則會(huì)造成打端不良甚至卡機(jī);另外本系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)1-24PIN間任意PIN位跳打功能。因此根據(jù)用戶在人機(jī)界面的控制設(shè)定， 結(jié)合PLC的變址功能，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了提前自動(dòng)運(yùn)算出所需打端的各個(gè)坐標(biāo)位置，前端伺服配合端子機(jī)進(jìn)行位置移動(dòng)。

圖 8 PIN 位跳打坐標(biāo)自動(dòng)預(yù)算

　　4.4.2排線中間分線控制

　　根據(jù)市場(chǎng)發(fā)展需求，部分場(chǎng)合除了排線首尾分線外，還需要中間分線若干段，為此設(shè)計(jì)了四段中間分線功能;四段間距與長(zhǎng)度自由可設(shè)定。通過(guò)永宏P(guān)LC高效的表格型NC定位指令，統(tǒng)一控制表格，自動(dòng)賦值運(yùn)行與判斷。

圖 9 中間分線功能種類分析示例圖

　圖 10 中間分線功能實(shí)現(xiàn)程序示例圖

　　4.5 觸摸屏畫(huà)面設(shè)計(jì)(圖11、12、13)

　　5 結(jié)論

圖 11 主控畫(huà)面示例

圖 12 打端畫(huà)面示例

圖 13 配方畫(huà)面示例

　　通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，全自動(dòng)裁線剝皮雙頭端子壓著機(jī)工藝動(dòng)作均已完善，功能滿足客戶需求;現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了樣品加工測(cè)試，產(chǎn)品加工效果與效率均符合客戶要求。

圖 14 生產(chǎn)產(chǎn)品示例(無(wú)中間分線)

圖 15 生產(chǎn)產(chǎn)品示例(帶中間分線)