连接器端子插件机的设计.docx

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连接器端子插件机的设计

IMBstandardizationoffice【IMB5AB-IMBK08-IMB2C】

连接器端子插件机的设计

摘要

电子接插件在电子信息产业的用量非常大，是电子产品的各个子系统和板间连接的关键性部件。

由于制造技术门槛不高，国内外有许多厂商投入生产。

因此利润急剧下降，加上珠三角地区人力成本的上升，如何降低产品的生产制造成本，是各个生产制造厂家必须面对的课题和目标。

本文介绍了一款连接器端子插件机的设计。

包括了插针机结构设计，各个动作的实现，各部分的功能，以及各个部分的设计计算。

同时介绍了自动插针机的气动动流程的生产制造流程，包括打，电镀及插针制造流程。

详细介绍插针机的机械结构，气动元件的选型，电气元件的选择以及PLC动作程序。

关键词：

接插件,设计,流程,动作,气缸。

Abstract

Electronicconnectorsintheelectronicinformationindustry,theamountisverylarge,thevarioussubsystemsofelectronicproducts,andboardthekeyconnectionbetweenthecomponents.Asmanufacturingtechnologythresholdisnothigh,therearemanydomesticandforeignmanufacturersinproduction.Therefore,asharpdeclineinprofits,coupledwithrisinglaborcostsandthePearlRiverDeltaregion,howtoreducethemanufacturingcostofproductionistheproductionofeachmanufacturermustfacetheissuesandobjectives.

Thisarticledescribesaplugconnectorterminalmachinedesign.Includingthepinstructuredesign,theimplementationofeachaction,thefunctionofeachpartandeachpartofthedesigncalculations.Alsointroducedtheautomaticpinmachinemanufacturingprocessairmovingprocess,includingthehit,electroplating,andpinmanufacturingprocess.Pindetailsofmechanicalstructure,theselectionofpneumaticcomponents,electricalcomponentsandPLCmoveselectionprocess.

Keywords:

connectors,design,process,action,cylinder

1.绪论

随着中国改革开放的发展，越来越多的的国外及港，澳，台商来大陆投资设厂。

带动了中国电子制造业的发展。

据统计，在中国制造的电子产品已占世界份额的60%以下。

作为电子产品核心部件的接插件产业同样有了长足的发展。

据统计，现中国有大大小小的接插件厂家近两千家，包括世界前十大接插件生产厂家如TYCO，MOLEX，AMPHONEL。

伴随着竞争的加剧，各生产厂家迫切需要降低成本。

采用自动机生产成为多数厂家的重要选择

图接插件

2.接插件产品介绍

产品分析

如图是一款在电子行业广泛使用的接插件。

如图2。

1在电子系统中起连接各个子系统的任务。

便于各个子系统的维修。

图接插件

此接插件有两部分组成，塑件件和金属端子。

其中塑胶件起作固定和结缘的作用。

端子起作导体的作用。

端子表面需电镀金等贵金属以保证耐磨及耐候性。

其中塑胶件由模具射出成型。

端子有两种制程，分为散端子及弹带。

接插件的产品要求

此产品的要求是：

1、端子需固定在在塑胶内，固定需可靠，在运输过程中不能掉端子。

2.端子的弯脚的平面度控制在0.1mm内，以保证在SMT焊接过程中无虚焊，保证PCB板与接插件的连接可靠。

接插件端子的制程。

端子有两种制程，分为散端子及弹带端子

两种制程各有其优缺点，散端子制程生产较简单，无需较多的生产设备。

但由于需在焊脚的非功能区镀金而造成金材料的浪费，弹带制程之端子，虽只在功能区镀金可节省材料，但相对则造成弹带的浪费。

图散端子与弹带端子

由于需采用自动机的制程，需采用弹带的端子制程。

以下简要介绍弹带端子的制程。

弹带端子的制程如下图所示:

图弹带制程

铜制线材经拉直矫正后，送入端子成型机切断成所需的长度，同时完成头部的倒角。

端子弹带有铜板经冲模下料，折弯成型备用。

端子和弹带在组装机内组装成弹带，然后经选择性电镀程序，收入卷盘待用。

3.插针机的设计要求

插针机的产能要求

此产品的产能需求为每月产能为50K，以两班10小时生产计算，每月生产26天计算。

每小时的产能要求50/26/10=96个。

所以产品的工作周期必须小于96/60=96秒。

设计目标为小于96秒。

插针机的品质要求

插针机的品质要求：

端子插入塑件体无破裂，端子脚的平面度需控制在范围内,以保证过回流焊接时，无虚焊假焊发生。

插针机的效益分析

如前所叙述，自动机开发的，除了达成自动化快速生产，品质稳定外，在于能节省人工成本，使产品保持竞争力。

．1人工插针的效益分析

如以人工生产，需要的人员如下，如以流水线作业，需要人员3人，一人负责插针，一人折弯，一人重压，工作时间（cycletime）为15秒。

以广东地区的人力成本为20元每小时计算：

每小时产出3600/15=240个，每人力成本20X3=60.每个产品成本60/240=元。

如按按效率80%计算：

每小时产出240X80%=192个，每个成本为60/192=元。

．2自动插针的效益分析

如以自动插针机生产，需要的人员一人，工作循环为20秒，每小时产出3600/20=180个，每个产品成本20/180=元。

如按按效率80%计算：

每小时产出180X80%=144个，每个成本为20/144=元。

如上所述，以自动机生产的成本比人工生产降低（）/0。

138=130%。

考虑到自动机需增加技术人员维护，实际成本降低80%是完全可达到的。

4.插针机的设计

前言

此插针机采用压缩空气做为动力。

压缩空气是工厂的常用动力源。

在现在工厂得到了广泛的应用。

压缩空气具有可集中供气，供多个设备使用，废气处理简单，可排放到空气中。

机构实现简单，便于调节等优点，在现在工厂自动化得到了广泛的应用。

本机于压缩空气做为动力源，以气缸将压缩空气转化为机械能。

实现机器的连续动作。

气压传动的主要缺点是空气具有可压缩性，不适于大负载的场合。

另外，气压传递的信号不如光，电的传递速度快，容易造成一定的延时。

但本机所需的压力不需太大，速度也不是很快。

使用气压传动完全能满足要求。

整机结构如下：

图插针机

插针机的动作流程

从此产品各部件的结构可看出，此产品的组装流程如下图4。

1所示。

图动作流程图

各步骤过程图如下：

重压

排

图流程示意图

送端机构设计

送料结构的主要功能是将卷盘包装的端子送入机器中，并将端子定位。

将端子送入机器内所需要的长度，同时为下一个动作做准备。

以下是送端子机构的图形。

图送端机构

．1送端机构各部分功能

送端机构各部分功能如下

送料气缸：

负责推动插针机构及带动端子前行所需的距离，提供主要的送端力。

需克服端子与轨道机插针机构的重量。

插针气缸：

往复运动，前行时引导插针插入端子的料带孔中，后退则从料带孔中退出。

缓冲器：

缓冲器有两个主要的功能，一是做为送料气缸的行程调节机构，因缓冲器安装表面为螺纹，可通过调节缓冲器伸出安装基座的长度调节送料长度。

二是作为送料气缸的缓冲机构，减小机器的冲击振动。

油压缓冲器内装有一定粘度的油液，当活塞杆受压是，油液油小孔缓慢渗入后又腔，从而是气功减速。

达到缓冲的目的，从而保证送料位置的准确。

线性滑轨：

线性滑轨提供一种低摩擦的接触，引导送端机构的运动方向。

该线性滑轨采用内循环式滚珠。

从而保证了低摩擦，高精度。

．2送端机构的动作流程

送端机构的动作示意如下：

图送端机构动作示意图

送端机构的工作过程为，当系统通电后，各气缸回各自原点，其中送料气缸回后端，插针气缸上抬。

当机器启动后，插针气缸下压，定位针插入端子的料带孔中。

然后，送料气缸前行，向前送20个端子，行程40mm。

当端子被踢下后，插针气缸上抬，送料气缸回退，为下一次动作做准备。

动作流程图如下：

图送端机构气缸动作图

．3送端机构的设计计算

送料气缸的负载计算：

一：

插针机构的重量负载，二，端子料带与导向机构的摩擦负载，其中：

端子料带与导向机构的摩擦负载是主要的部分，这是因为：

端子在卷盘包装时会产生一些变形，当端子料带拉动时，会产生摩擦。

以下分别计算：

插针机的重量负载：

插针机构重量约为3KG，可通知3D软件得到。

线性滑轨摩擦系数为～.取大值为滑轨的密封阻力，约为5N.

料带与轨道摩擦力为F2=.

总负载：

具气缸选型表，可选择

的气缸，活塞杆直径8mm.送料行程要求为40mm,可选择50mm标准行程的气缸。

工厂的空压系统的一般供气压力范围为4～8kgf/cm2

气缸在负载率为50%，供气压力为4kgf>cm2时的出力为,

气缸出力的校核计算：

工厂的空压系统的一般供气压力范围为4～8kgf/cm2.

按供气压力下限计算：

气缸理论出力为：

按负载率为50%是的出力使用，满足使用要求。

插针气缸的选择;因插针气缸的负载极小，只需克服滑块的重量;故根据查表选择：

缸径，行程10mm的气缸，其在负载率为50%，供气压力为4kgf>cm2时的出力为,满足使用需求。

插针机构的设计

插针机构是将料带上的端子踢下，并插入塑胶中。

插针机构是本机中一个关键的机构，此机构设计的好坏，直接影响到整台机器的效率和品质。

以下为插针机构的机构图：

推子

压端气缸

图插端机构

．1插端机构各部分功能

送端机构各部分功能如下

梳子:

将端子从料带上打下，是单个的端子落到各自的导槽中，为下一步插端做准备.同时梳子还需有将料带从定位的，防止端子跑偏。

示意图如下：

图插端机构动作示意图

推子：

将从料带上踢下的端子沿着端子槽推入塑件体内定位.如图所示：

图推端机构动作示意图

．2压端机构的动作流程

压端机构的动作流程的动作流程为：

当端子送定到位后，踢端气缸动作，将端子从料带上踢下，落入端子导槽内，当端子落入导槽后，压端气缸动作，将导槽内的端子压入塑胶体内。

从而将端子与塑胶结合成一体。

其动作流程图如下：

图压端气缸动作流程图

．3压端机构的设计计算

踢端气缸的设计计算：

端子在料带上的保持力经实测，每个端子为200gf.因为是20只端子是同时被踢下，故所需的踢端力为：

200X20=4KGF。

根据气缸输出力表：

的气缸在供气压力在4KGF/cm2时的理论出力为.但气缸的负载率不要超过50%～70%的理论出力，其负载为KGf。

>4kgf,满足设计要求。

选择的气缸型号为：

CQ2B16-10DCM.

压端气缸的选型：

经过拉拔力机测量，每一子端子的插入力是300克力。

端子插入力F为：

根据气缸输出力表：

的气缸在供气压力在4KGF/cm2时的理论出力为.

50%负载率的出力为,满足设计要求。

另外，由于压端对尺寸的要求较高，同时，由于来料存在尺寸误差，故压合深度需要调节，故选择行程可调气缸，由于压端的最大行程要求为20mm.故选择0～25mm行程可调的气缸。

选型的型号为：

CQ2B20-25D-XC8.

折弯机构的设计计算

折弯机构是将直脚端子的端子焊脚，折弯90度。

以满足电子元件表面贴装的要求,表面贴装的要求是所与焊脚的平面度需控制在范围内。

故对产品的一致性要求较高。

以下是折弯机构的示意图：

图折弯机构示意图

4.5.2折弯机构各部分功能

折弯机构各部分功能如下：

折弯气缸:

折弯气缸提供端子折弯所需的折弯力，通过齿轮齿条的传递变为旋转力距。

齿条：

与气缸连接，将直线运动转化为旋转运动。

齿轮：

将直线运动转变为旋转运动，同时带动折弯块旋转。

从而将端子脚折弯90度。

轴承：

支撑折弯齿轮，承受径向折弯力矩。

4.5.3，折弯机构的动作流程

塑胶送料机构将预插好端子的产品送到位后，折弯气缸动作，带动齿条向前运动，同时带动与齿条啮合的齿轮旋转。

旋转的齿轮带动安装于其上的折弯块旋转90度。

因为材料的硬度有差异，所以每次生产的折弯角度会有差异。

折弯角度的微调有齿条后面的缓冲器调节。

齿条运动距离长，折弯角度就大，反之，运动距离短，折弯角度就小。

如下图：

图折弯机构动作示意图

图折弯机构动作示意图

折弯动作流程图如下：

图折弯气缸动作流程图

4.5.4，折弯机构的设计计算

端子折弯力计算，端子旋转折弯无可参照的模型，按照端子V形自由折弯的公式计算。

端子材料为黄铜，其抗拉强度为303N/mm2，端子材料厚度,宽度,折弯内半径.。

按自由折弯公式计算如下：

其中：

K,安全系数，一般取

B：

材料宽度

t:

材料厚度

：

材料抗拉强度

r:

折弯内半径

折弯点与折弯块的距离为mm,所以折弯的扭矩为1000=Nm.

二十只端子的所需的扭矩为：

=.

所以齿轮传递的扭矩为

根据安装尺寸，此齿轮需要大直径，以保证中间的送料能通过。

从MISUMI标准件中选择模数为，齿数为70的齿轮，其参数如下，

压力角：

20度

分度圆直径：

齿轮传递的力为：

根据气缸出力表，选择缸径为50的气缸，其理论出力为,在负载率为50%时，实际出力达到,满足设计要求。

5.插针机器气动系统的设计

气压传动是以空气压缩为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量的传递。

气压传动由于工作介质是空气，流动损失小，可集中供气。

废气排放简单。

气动元件安装简单，气动动作迅速、反应快，一般只需0．02～0．3s就可达到工作压力和速度。

工作环境适应性好，特别是在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣环境中，比液压、电子、电气传动和控制优越。

气动装置结构简单，成本低，维护方便，过载能自动保护等优点。

气动装置在工厂自动化系统中得到了广泛的应用。

，气动系统的总体规划

本机气动系统有工厂的空气压缩机提供动力，经过调压，过滤，由电磁换向阀控制，控制气缸的开启及运动方向。

本机所有气动元件选用SMC公司的标准气缸。

SMC气缸据有精度高，响应快速，寿命长等优点，在工厂自动化领域有广泛的应用。

本机的气动系统可分为独立的几个部分。

各个部分互相无干涉，可划分为送料插端部分，一次折弯部分，二次折弯部分，重压部分等子系统。

，气动系统的工作程序

5.2.1送料插端部分工作程序：

送料插端部分工作程序图如下

启动定位针缸进送料缸进踢端缸进插端缸进插端缸退踢端缸退定位针缸退送料针缸退

5.2.2折弯部分插端部分工作程序：

折弯插端部分工作程序图如下

启动送塑胶缸进折弯气缸进折弯气缸退送塑胶气缸退

5.2.3重压部分插端部分工作程序：

启动送塑胶缸进折弯气缸进折弯气缸退送塑胶缸退

6.插针机器电气系统的设计

本机主要的动力源是压缩空气，电力系统不是主要的动力源，电气系统在本机中只起信号传递和控制的作用。

电气系统回路的设计

本机的送端，压端，折弯，重压等动作均有气压驱动。

电气只起控制作用，本机采用欧姆龙CP1E-N40DR-APLC控制，CP1E-N40DR-A欧姆龙公司新推出的小型化，低成本的PLC。

CP1E有着简化的编程操作和一眼即知的I/O接线状态，方便编程人员安装调试。

为防止干扰，所有的电磁阀均采用24V直流电控制。

为方便调试，所有的动作均设计有自动及手动程序。

I/O分配及外部接线图

欧姆龙CP1E-N40DR-APLC控制器有标配USB口，N型内置RS232口且可扩展至2个串口，可直接输出到触摸屏。

以下是I/O图：

图I/O分配及外部接线图

控制程序设计。

以下为手动控制程序的梯形图：

图手动控制程序图

手动控制程序为为一个动作均设置了一个开关，方便机器的安装调试。

以下为自动控制程序的梯形图：

自动控制程序对有干涉的气缸动作，均设置了动作保护，防止事故的发生。

所有的气缸均安装料到位传感器，同时做为下一动作的触发。

图自动控制程序图

结论

本文旨在通过设计一种自动插针机，来降低电子产品的人工成本。

通过对工厂自动化的研究，并采用常见的标准化零件，以最简单成本最低的方式实现效益的最大化。

本文就详细的元件的选型进行了较详细的计算。

为以后的类似的机械提供了可供参考的方法。

同时本机提高了生产效益，降低了生产成本。

致谢

在攻读本科的这几年时间里，不可避免地存在着工作、家庭、学习的矛盾，但得到了单位领导、同事、家人、同学的大力支持和帮助，为此向他们致谢。

本论文是在老师（指导老师）悉心指导以及其他专业老师的热心帮助下，通过翻阅了许多的专业书籍，查找大量的技术参数和各种数据完成的。

从论文的选题、结构到资料的整理等工作都得到了导师的悉心指导，为此，对老师的辛勤指导和其他专业老师的热心帮助表示衷心感谢。

希望在未来的工作和学习中一直能得到朱老师的指导和帮助!

最后向本论文的评阅人和参加答辩工作的各位老师致以诚挚的谢意。

参考文献

［１］杨曙东何存兴液压传动与气压传动

［２］钟毅芳机械设计原理与方法

［３］SMC气动元件选型指南

［４］FA工厂自动化用零件