铝线及CP送丝装置设计与典型零件数控加工.doc

前 言

毕业设计是我们在学校里面做的最后一个实践环节，它是理论与实践相连接的纽带。毕业设计是我们在学习基础及专业理论课后进行的，是对我们三年所学知识的一次综合应用，同时也有助于我们更好的吸收和消化各门理论课程，并真正做到活学活用知识的一次尝试演习。因此本次设计是对我们三年所学知识的反馈和总结。我的毕业设计课题是：对铝电解电容器引线高效焊接机中的铝线及CP送丝装置结构进行参照设计,并对其中的典型零件进行数控加工.
本次毕业设计综合了机械设计、数控加工工艺、数控编程及三维造型等知识，应用CAD、CAM软件对对铝电解电容器引线高效焊接机中的铝线及CP送丝装置结构进行参照设计,并对其中的典型零件进行数控加工工艺分析及数控编程，最后加工出零件。这也是我在苏州市光机电平台顶岗实习的基本工作，在这段工学结合，理论与实际相结合的工作中，使我从实际操作能力，分析和解决问题的能力，到设计计算、计算机辅助设计、制造和应用并熟悉查阅资料方面的能力得到全面的提高，为今后参加工作打下坚实的基础。
计算机科学技术广泛应用于机械、模具设计及制造等领域。由于市场竞争的加剧，用户对产品的质量，价格，供货时间，服务的要求越来越高，因此必须采用先进的设计和制造技术。在这种背景下，CAD/CAM技术越来越频繁地应用于机械行业。我的毕业设计所用的CAD/CAM软件有：PRO/E，MASTER CAM。铝电解电容器引线高效焊接机是采用PRO/E进行整机设计，并进行仿真，进行必要的分析。
在竞争日趋激烈的今天，随着中国逐渐成为世界制造中心，传统的加工方法必然会大量淘汰，先进的制造技术取而代之。计算机辅助制造（CAM）是计算机在制造领域应用的典型体现。Master CAM软件具有强大造型功能，完整的车，铣，线切割加工系统，可以与典型的CAD系统进行数据交换，企业应用相当广泛。 本次毕业设计是运用Master CAM软件进行自动编程并且进行典型零件的数控编程。在加工这一环节，主要是编制数控加工工艺，熟悉常用的刀具如铣刀，钻头，镗刀等等，并且对刀具进行参数设置，懂得走刀路线，比较合理选择切削用量（切削速度、进给量、背吃刀量），在做好以上步骤之后进行仿真模拟加工，生成NC代码，最后实际加工。
在本次毕业设计中，由于本人能力有限，经验不足，设计中存在了许多的不足之处，希望各位老师能够多加指教，并且在此感谢所有的老师对我的帮助和教育。
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第一章、铝电解电容器引线高效焊接机

§1.1、研究本机国内外科技创新发展概况和最新发展趋势

铝电解电容器上有两根引线作为电容器的正、负引脚，电容器引线由一段铝线与一段CP线（锡包钢丝线）通过点焊、压扁、切边得到。以往的电容器引线生产主要采用分立的生产装置分步生产，生产效率较低。近几年来，包括日本和中国台湾在内的国内外研究机构对电容器引线生产装置进行了大量的科技创新，电容器引线生产已基本实现自动连续化生产，通过引进、消化吸收，内地已有广东世宏、南通全隆等少数合资企业生产这种电容器引线自动焊接机。当前，世界上最先进的电容器引线自动焊接机可实现单根引线从送料、切断、电弧焊接、压扁、切边、在线检测、自动分装等功能，生产效率从过去的每分钟120根提高到每分钟220根。由于生产效率提高、劳动强度降低，这种电容器引线自动焊接机正在逐步替代原有的分立式生产装置。
从市场调研中了解到，即使是最新型的电容器引线自动焊接机，也很难彻底解决电容器引线的毛刺问题，这种毛刺是在对引线的冲压切边过程中形成的。而带有毛刺的电容器引线在后续的电容器生产中，非常容易造成在电容器芯包卷绕过程中经常产生毛刺刺破电解纸现象，造成断带或短路，是电容器生产工艺中一个难于解决的瓶颈问题。解决这一问题的关键是要针对电容器引线自动焊接机研究新的切边装置，使生产出来的电容器引线不带毛刺。此外，由于电容器行业已基本实现全自动、规模化生产，造成市场竞争加剧，电容器价格下降，电容器配件的价格也大幅下降，而制造电容器引线的原材料（如锡、铝等）近两年价格翻了几倍，极大地压缩了电容器引线生产企业的利润空间，惟有通过提高生产效率、提高成品率、节能降耗来降低生产成本，才能提高企业的竞争力。
本设计瞄准这一发展趋势，在现有技术的基础上将对现有的国内外最新型的电容器引线自动焊接机进行消化吸收再创新，使设计出的全自动电容器引线双路高效无毛刺焊接机能达到生产效率提高近一倍，采用自主知识产权的专利技术彻底解决引线的毛刺问题，并通过无气源废边自动吹扫装置的创新设计，降低设备的能耗，填补国内外在这一领域的空白，本设备与市场上现有同类产品性能对照如表1。新设备研制成功后，能迅速产业化，在最短的时间内形成较大规模的生产能力和赢利模式。

设备名称
性能
现有引线焊接机
在研的引线双路高效无毛刺焊接机
生产方式
单引线
双引线
生产速度
≤220根/分钟
400根左右/分钟
产品质量
大部分有毛刺
基本无毛刺
能源消耗
3KW（其中空压机2 KW）
1.5 KW
设备价格
11.5万元
15万元
表1

§1.2、研究本机的目的、意义

一、研究本机基于规模庞大的电容器产业
根据国家统计局对全部国有及年产品销售收入在500万元以上的非国有企业的统计，2006年电容器制造行业共有企业170家，从业人员3418万人，资产总额76.87亿元，产品销售收入70.93亿元，利润总额4.75亿元。这些企业主要分布在华东地区。
从2002年到2007年，全球铝电解电容器市场销售额平均每年增长7%。根据国家信息中心的数据，2004年我国铝电解电容器的产量达700亿只，占全球总产量约40%，销售额约为70亿元人民币，2007年我国铝电解电容起的产量将达到800多亿只，占全球总产量约50%。由于PC产品和DVD视频等AV产品在家庭中的普及，其主板、显示器、电源上用铝电解电容器的需求量会越来越大，并且随着科学技术的发展，铝电解电容器的应用领域也在不断的拓宽。可以预见，铝电解电容器的生产在今后相当长的时间内不仅不会萎缩，而将具有更强的生命力和更广阔的发展空间。
电容器引线自动焊接机作为铝电解电容器上关键部件——电极引线的生产设备，必然会随着电容器行业的发展而发展。
二、研究本机将提高张家港市及其周边地区电容器引线生产的竞争能力，推进本地区的产业结构调整
张家港及其周边地区有华虹电子、华圣电子、华娅电子、全荣电子、建云电子、季声电子、新峰电子等几十家有一定规模的电容器引线生产企业，共有各类引线焊接机2000台左右，其中张家港市的电容器引线焊接机有600台左右，江阴有大约300台，南通大约有700台，无锡大约有300台。在这些设备中，大部分为80～90年代生产的落后引线焊接机。这些设备由于生产效率低、产品有毛刺等问题，制约了企业的发展。
由于本机的技术先进性，大大提高了设备的工作效率和产品质量，在设备投入增加不到10%、效率提高1倍的情况下，将大大降低引线的生产成本，据初步测算可降低成本20%左右。在同等生产规模的前提下，采用本设备可减少40%以上的设备投入，同时由于产品质量的提高，大大提高了这些企业的市场竞争力。
本机的研究是对电容器系列生产设备研发的宏大计划中的一个重要部分，随着本项目和其它电容器生产设备的研发和产业化，必将形成国内电容器生产行业更为先进的产业链，提升张家港市及其周边地区电容器行业的技术水平和生产能力，推进产业结构的调整。
三、研究本机现有起点科技水平及已存在的知识产权情况
本机研发团队已经对电容器生产的相关设备作了大量的研究，并针对本项目进行了许多前期的市场调研和基础研究。目前市场上最先进的自动引线焊接机采用自动化控制技术、自动焊接技术、在线检测技术、自动计数技术，整个生产过程由计算机控制，从送线、切断、焊接、压扁、切边、检测、分装实现流水化作业。涉及铝电解电容器引线生产工艺和生产装置的国内专利主要有松下电器产业株式会社的“铝电解电容器引线的连接方法及其制造设备”（专利CN1122044，1996年）、台湾陈汉廷的“一种电容器芯子引线部位结构的改良及其专用的压模装置” （专利CN2888624，1994年）和台湾陈学恒的“改良的电容器焊接引线” （专利CN12183026，1994年）等，其中以松下电器产业株式会社的“铝电解电容器引线的连接方法及其制造设备”研究比较完整，但也已经是1996年的专利,近期未有其它相关方面的知识产权。
铝电解电容器引线高效焊接机是在市场上最先进的自动引线焊接机基础上克服了原有设备生产率低、产品有毛刺、用电量较大等缺点，使生产效率提高近1倍，产品质量有大幅度提高。
单机双路引线技术、无毛刺冲压切边技术、无气源自动废边吹扫装置三项技术为我中心独立开发的专有技术，其中无毛刺冲压切边技术已获得国家发明专利受理。
科技查新报告查新结果显示：未见有相同的采用双路自动焊接、复合切边的铝电解电容器引线生产设备的公开报道，未见有采用无气源自动废边吹扫装置的公开报道。从查新结论可以看出，研究本机在铝电解电容器引线生产设备上将填补国内空白，达到国内同行业的先进水平。
四、研究本机的国内外竞争情况及产业化前景
如前所述，目前电容器引线焊接机的相关技术主要来自于日本和中国台湾，国内有一些合资企业已开始生产此类设备，市场上最先进的引线焊接机都实现了自动控制、自动焊接、自动在线检测、自动计数的流水线生产，生产效率最高为220根/分钟，但生产的引线针脚往往存在毛刺问题，影响了后续的电容器素子的制造，对于采用单机双路引线技术和无毛刺双向复合切边技术的引线焊接机未有报道。
目前国内生产电容器引线的企业多集中在华东和华南地区，拥有电容器引线焊接机上万台，其中有很大一部分设备（通过市场调查，大约有80％以上设备为90年代落后的电容器引线焊接机或分立设备）已经陈旧落后，急需更新换代。高效率无毛刺的双路焊接机由于其技术的先进性将具有很强的市场竞争力。此外电容器行业每年产量增长7%左右。这样，在国内将有5000～6000台电容器引线焊接机的需求量，按照每台15万的价格，市场规模预计达到7.5～9亿元，产业化前景广阔。

§1.3、本机要达到的经济指标及社会、经济效益

一、主要经济指标：
本产品批量投放市场后,2008年计划生产销售5～10台，实现产值75～150万元人民币，实现利税20～45万元人民币；2009年计划生产销售20～30台，实现销售收入300～450万元人民币，实现利税90～130万元人民币；2010年计划生产销售40～50台，实现产值600～750万元人民币，实现利税180～225万元人民币。
二、社会、经济效益：
根据前述分析，现有国内市场此产品的需求量（设备更新换代）大约有5000台左右，并且每年还有400台左右的增长量，由于本产品比现有产品具有较大的技术优势，本产品的成本只比现有产品成本增加大约10%左右，而产量增加大约100%，产品质量有较大提高，因此本产品具有较强的市场竞争力。此外，国外市场的需求量每年也有大约2000～3000台，本产品在国际市场也有较强的竞争力。据此将来按照市场占有率10%计算，本产品投放市场后将最终形成每年200台左右的销售量，年产值达到3000万元人民币左右。市场前景广阔。

§1.4、本机主要创新点

一、无毛刺冲压切边技术。
采用专利技术的无毛刺冲压切边方法和装置实现两个引线的同时切边，并且切刀采用“反向预切三分之一，正向切除全部”复合切边工艺，使引线两侧边在切刀运动方向无毛刺，提高了产品质量。
二、无气源废边吹扫技术。
利用工作电机在工作间歇期间的动力作用于安装在设备上的一个压气装置产生压缩气体，通过计算机控制喷嘴的开闭对剪切完的废边进行吹扫。由于利用机器自身的动能产生压缩空气进行废边吹扫，无需外接气源，省去了一套独立的压缩空气系统，大大降低了能耗，单台机器每月可节省成本近2万，节能降耗。

§1.5、本机产品生产工艺流程及装配仿真图

一、 工艺流程:
铝丝和CP线开卷 矫直 间歇夹送切断焊接 机械手搬运 对齐 冲压 切边和吹扫 在线检测 落料和装袋。
一、 装配仿真图（图1-1所示）
图1-1

第二章、铝线及CP送丝装置设计

§2.1、铝线及CP送丝装置重点解决的关键技术问题

单机双线送料机构（同时送一根CP线和一根铝线）同步技术
双线送料机构要求同步送进CP线（在镀铜钢丝上再镀锡）和铝线，其同步性对电容器引线的长度误差有决定性影响。不同步会导致引线长度出现较大误差，在允许的长度误差≤0.1mm的技术要求下，必须保证送线的同步。其技术难点在于：由于送线的同时要对二根料线进行矫直，这样造成送线机构的拉力较大，如果夹紧力不够或不均匀会造成料线打滑，造成送进的料线长度不一致。解决的办法是专门设计的同步夹紧机构（平行四边形机构）实现运动同步和夹紧力大小均匀。

§2.2、 Pro/E软件简介

计算机辅助设计（Computer Aided Design，简称CAD）是一种计算机硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行设计的方法与技术，包括设计、绘图、工程分析与文档制作等设计活动，它是一门多学科综合应用的技术，是一种现代设计方法。
CAD即是通过计算机和CAD软件对“产品”进行分析、计算、仿真、产品结构和性能的调整与优化、工程绘图，把设计人员具有的最佳特性（创造性思维、形象思维与经验知识、综合判断与分析能力）同计算机强大的记忆与检索信息能、大量信息的高速精确计算与处理能力、易于修改、工作状态稳定且不疲劳的特性结合起来，从而大大提高了设计速度与效率，提高了设计质量，降低了设计成本。
Pro/e自问世以来，日趋盛行，已成为当今世界最为普及的3D CAD/CAM设计系统。它集零件设计，产品装配，模具开发、NC加工、钣金件设计、反求工程、自动测量、机构设计、仿真、应力分析、产品数据管理、协同设计开发等功能于一体。
Pro/e在企业制造三维设计中占有极其重要的地位，已经发展到了汽车、航空、造船等重要企业，比如国内汽车行业一汽、二汽，都分别使用它进行整车的设计，而且是全三维应用。在航空领域负责研发运载火箭和卫星的航空一院、二院、三院、五院，以及国内船舶行业的军船设计企业均采用Pro/e进行研发与设计。铝电解电容器引线高效焊接机也是采用Pro/e进行整机设计，并进行必要的分析。

§2.3铝线及CP送丝送料装置总装设计

一、铝线及CP送丝送料装置装配示意图如图2-1所示（其装配图见附件1）
图2-1 送料装置

送料装置中的各零件三维造型示意图：

二、铝线及CP送丝送料装置中的零件三维图：
1.焊接台板（图号12-14），如图2-2
图2-2 焊接台板

2.随动件（图号z_test_part_01），如图2-3
如图2-3 随动件

3. 位移压板（图号19-44），如图2-4

图2-4 位移压板

4.位移摆臂（图号19-42），如图2-5
图2-5 位移摆臂

图2-6 上压板
5.上压板（图号add_05），如图2-6

6.CP线压板座（图号19-40），如图2-7
图2-7 CP线压板座

7. CP线压杆（图号19-35），如图2-8
图2-8 CP线压杆

8. T型压杆（图号19-36），如图2-9
图2-9 T型压杆

9． 调整螺丝座（图号19-26），如图2-10

图2-10 调整螺丝座

10. 支承（图号19-31），如图2-11
图2-11 支承

11. 拉杆（图号19-02），如图2-12
图2-12 拉杆

12.位移轴（图号add_02），如图2-13
图2-13 位移轴

13.CP线压块（图号19-33），如图2-14
图2-14 CP线压块

14. CP线送料套座(19-30) ，如图2-15
图2-15 CP线送料套座

15.支撑块(图号19-21) ，如图2-16
图2-16 支撑块

16. AL送线固定座（19-14-4），如图2-17
图2-17 AL送线固定座

17.AL线压块（图号19-17），如图2-18
图2-18 AL线压块

18.上固定块（图号19-20），如图2-19
图2-19 上固定块

19. Al线滑块（图号19-22），如图2-20
图2-20 Al线滑块

20.压开斜块（图号19-19），如图2-21
图2-21 压开斜块

21. CP线送料摆杆（图号01-06），如图2-22
图2-22 CP线送料摆杆

22.随动件（图号bearing01-06），如图2-23
图2-23 随动件

23. CP线长度调整螺杆（图号01-09），如图2-24
图2-24 CP线长度调整螺杆

24.送料摆杆支柱（图号01-02-l），如图2-25
图2-25 送料摆杆支柱

25. AL铝送料摆杆（图号01-01），如图2-26
图2-26 AL铝送料摆杆

26.调整垫片（图号01-03），如图2-27
图2-27 调整垫片

27.凸轮（图号17-03），如图2-28

图2-28 凸轮

28.位移板底座(图号19-46)，如图2-29
图2-29 位移板底座

29. 位移板(图号19-29) ，如图2-30
图2-30 位移板

30. 前后调整块(图号19-25) ,如图2-31

图2-31 前后调整块

31. 送料凸轮(图号17-06) ,如图2-32
图2-32 送料凸轮

32. 送料轴(图号22-14) ,如图2-33
图2-33 送料轴

33.螺钉(图号bolt-m5-1) ,如图2-34
图2-34 螺钉

34.弹簧挡板(图号19-11) ，如图2-35
图2-35 弹簧挡板

35. AL铝线压块（图号19-10），如图2-36
图2-36 AL铝线压块

36. T型杆取副块（图号19-32），如图2-37
图2-37 T型杆取副块

37. 前后压杆座（图号19-40），如图2-38
图2-38 前后压杆座

38. 位移摆杆（图号19-43），如图2-39
图2-39 位移摆杆

39.凸轮固定块（图号17-19），如图2-40
图2-40 凸轮固定块

40.凸轮（图号17-08），如图2-41
图2-41 凸轮

41. 位移轴（图号22-15），如图2-42
图2-42 位移轴

42. 位移凸轮（图号17-17），如图2-43
图2-43 位移凸轮

43. AL线母丝座（图号19-23），如图2-44

图2-44 AL线母丝座

44. 本体（图号19-24），如图2-45
图2-45 本体

45.立杆（图号19-16），如图2-46
图2-46 立杆

46. 螺钉（图号bolt-m6），如图2-47
图2-47 螺钉

47. CP线压杆（图号19-34），如图2-48
图2-48 CP线压杆

第三章、典型零件（凸轮）的数控加工

§3.1、 凸轮（17-03）三维造型过程

根据送料装置的工作要求,选定凸轮(17-03)机构的类型和从动件的运动规律后,可根据其它必要的给定条件,进行凸轮轮廓线的设计. 利用几何法确定凸轮轮廓曲线误差会比较大，而解析法则比较麻烦。故利用PRO/E其强大的造型功能,省时、准确的设计出凸轮的轮廓.
下面是描述凸轮（17-03）的三维造型过程:
step1.：建立参考曲线curve1.：在 front面上绘制φ30的圆

Step2.：,拉伸为深度为6的圆柱体

Step3.：建立余弦升程曲线curve2：从方程，使用笛卡儿坐标系输入方程
X-48.9724Y31.4803
X-49.2567Y30.8257
X-49.5284Y30.165
X-49.7875Y29.4983
X-50.0339Y28.8258
X-50.2678Y28.1478
X-50.4892Y27.4645
X-50.698Y26.776
X-50.8944Y26.0826
X-51.0782Y25.3845
X-51.2456Y24.6983
X-51.3752Y24.1278
X-51.521Y23.4353
。
。
。
X56.9915Y-14.0003
X57.2311Y-13.3268
X57.4569Y-12.6485
X57.6687Y-11.9658
X57.8664Y-11.2788
X58.05Y-10.588
X58.2192Y-9.8936
X58.374Y-9.196
X58.5142Y-8.4954
X58.6397Y-7.7922
X58.7504Y-7.0867
X58.8462Y-6.3791
X58.9242Y-5.6937
X58.9634Y-5.2828
G0Z200.
M5
M09
G91G30Z0
G30X0Y0
T06M06
X-25Y0
G43H06Z200.
S800M3
Z5.
G1Z-8.F15.
X46.2234Y-4.044F20
G3X46.4Y0.R46.4F20.
X0.Y46.4R46.4
X-32.8098Y32.8098R46.4
G01X-32.8325Y32.7866F20
X-33.117Y32.4959F20.
X-33.4183Y32.1747
X-33.7138Y31.846
X-34.0033Y31.5101
X-34.2867Y31.167
。
。
。
X44.815Y-10.011
X44.9757Y-9.5871
X45.1276Y-9.1601
X45.2706Y-8.7305
X45.4046Y-8.2985
X45.5295Y-7.8645
X45.6453Y-7.4288
X45.7518Y-6.9918
X45.849Y-6.5537
X45.9368Y-6.1148
X46.0152Y-5.6754
X46.0842Y-5.2359
X46.1437Y-4.7965
X46.1931Y-4.3621
X46.2212Y-4.0674
X54
G0Z200.
M05
M09
M30
%

其他加工步骤略；
最后加工出的零件实物图下：

小结

这次毕业设计，使我的设计、加工综合能力得到了进一步提高 ，对我们日后工作是有很大的帮助，它教会了分析和解决问题的方法。且为我们以后的社会工作奠定了坚实的基础。社会是一个充满竞争的大舞台，我们要在这个大舞台上寻找一块自己的立足之地就必须不断的去丰富和充实自己，而紧张又短暂的叁个月的毕业设计已接近尾声，这也就意味着我将以一种崭新的姿态走向社会。因此也可以说这次毕业设计是对大学三年所学知识的一次综合应用。也只有这样才能认识自己的优缺点，发现自己的不足，同样发挥自己的长处，做到学以致用。
回顾这段时间的设计真可以说是思绪万千。从毕业设计中发现，虽然我们已经学过PRO/E三维实体造型，Master CAM软件、数控加工工艺等专业课程，但实际的应用能力还有一定缺欠，特别是灵活应用能力。我的指导老师张福荣老师在设计过程中给了很大的帮助，他帮我理顺思路，仔细讲解，把好多设计方面的经验传授给我。我也始终抱着认真、实事求是的态度，一丝不苟的去做，在设计过程中，我参阅了许多CAD/CAM、加工工艺、等方面的书籍。克服了许多困难，按时完成了毕业设计。
本次毕业设计，我在整个设计过程中，对三年学习的理论知识有了更深刻的理解。特别是数控加工工艺的特点，加工的整个流程，为我以后的工作打下了坚实的基础，积累了知识和实际加工经验。

参考文献

1、《PRO/Engineer零件设计》基础篇 北京大学出版社 林清安 编著
2、《PRO/Engineer野火3.0中文版基础零件设计(下)》 电子工业出版社 林清安 编著
3、《Master CAM实用教程》 简琦昭 机械工业出版社
4、数控加工工艺 李正峰 上海交通大学出版社
5、《机械工程设计手册》 机械工业出版社（第一册）（第二册）（第五册）
6、《机械设计手册》 机械工业出版社（中册）
7、《非标准设备设计手册》 兵器工业出版社（第三册）

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