2024年4月15日发(作者：买电脑笔记本看哪些配置)

设计　计算　

接触器电磁线圈自动组装机结构及控制系统设计　

顾　翔，朱永伟，杨大师　

（扬州大学机械工程学院，江苏扬州２２５１２７）　

摘　要：针对交流接触器电磁线圈组装存在效率低、精度差，以及同一批次产品的使用寿命不能保证　

等问题，设计开发了一种智能化自动组装机。该自动组装机通过气动驱动各类机械装置顺序动作，替代　

了人工手动完成搪锡、折弯、检测和分选等手动组装工序，全程由ＰＬＣ程序控制。应用该自动组装机，可　

提高电磁线圈自动组装效率，保证质量，节约制造成本，提高标准化水平，能满足电磁线圈组装大批量的　

生产要求。　

关键词：自动组装；ＰＬＣ控制；机械装置；生产效率　

中图分类号：ＴＨ　１３８　文献标志码：Ａ　

Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｃｏｉｌ　ｏｆ　Ｃｏｎｔａｃｔｏｒｓ　

ＧＵ　Ｘｉａｎｇ，ＺＨＵ　Ｙｏｎｇｗｅｉ，ＹＡＮＧ　Ｄａｓｈｉ　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ　Ｍａｃｈｉｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　

（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｙａｎｇｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｇｚｈｏｕ　２２５１２７，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｌｏｗ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｐｏｏｒ　ａｃｃｕｒａｃｙ，ａｎｄ　ｎｏｎ－ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｌｉｆｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｂａｔｃｈ　ｏｆ　

ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｃｏｉｌ　ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｏｆ　ＡＣ　ｃｏｎｔａｃｔｏｒｓ，ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ａｎｄ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｗａｓ　

ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｄｒｉｖｅｄ　ａｌｌ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　ｉｎ　ｓｅｑｕｅｎｃｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　

ｄｒｉｖｅ，ＳＯ　ｒｅｐｌａｃｅｄ　ｍａｎｕａｌ　ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｎｕａｌ　ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ，ｂｅｎｄｉｎｇ，ｔｅｓｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｓｏｒｔｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｗａｓ　

ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ＰＬＣ　ｐｒｏｇｒａｍ．Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｍａｃｈｉｎｅ，ｉｔ　ｃａｎ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ｔｈａｔ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　

ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｃｏｉｌｓ，ｅｎｓｕｒｉｎｇ　ｑｕａｌｉｔｙ，ｓａｖｉｎｇ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｃｏｓｔｓ，ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｌｅｖｅｌ　

ｏｆ　ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｅｅｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｃｏｉｌ　ａｓｓｅｍｂｌｙ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ａｓｓｅｍｂｌｙ，ＰＬＣ　ｃｏｎｔｒｏｌ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｄｅｖｉｃｅ，ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　

当前，电气元件（如开关、镇流器、保险管和调节器　

制其依次完成电磁线圈的搪锡、拨锡、针脚折弯、耐　

压检测、导通检测、合格线圈取出和不合格线圈取出　

工序，完成整个电磁线圈的组装及测试　。　

等）的组装已开始由人工操作逐步转向机械自动化方　

向。而对于交流接触器的电磁线圈，由于其特殊的结　

构和特定的组装工序（搪锡、针脚折弯、耐压及导通检　

测及分选工序），仍处于手工组装阶段，存在效率低、精　

度差，以及同一批次产品的使用寿命不能保证等问题。　

针对上述问题，本文设计了一种智能化自动组装机，由　

ＰＬＣ控制系统驱动分割器转盘，结合相应工位上由气　

扭　

电动机　

轮　

不合格赫取出　

缸执行机构或气动机械装置分别完成零件的定位和装　

配，并能对成品进行自动检测及分选。该组装机自动　

化程度高、精度高，其相当于一条流水线，节省了空间，　

可满足大批量生产的要求。　

耐医检测　

１　自动组装机总体设计方案　

电磁线圈自动组装机结构示意图如图１所示。　

该组装机通过５０２型定速电动机驱动，由２３２Ｌ一１８　

型同步带连接ＴＬ２５０型扭力限制器和Ｌ２１—２１型　

同步轮，带动分割器转盘在工作台上顺序转动，使得　

工件依次传递到８个工位。工作台上围绕分割器转　

盘依次设有与治具相对应的各类气动装置，通过欧　

姆龙小型ＰＬＣ－ＣＰＭＩＡ型控制并编写相应程序，控　

《新技术新工艺》设计与计算　１３　

不。　

图ｉ　电磁线圈自动组装机结构示意图　

电磁线圈自动组装机的总体流程图如图２所　

新技术新工艺２０１７年第２期　

２．１　搪锡装置　

搪锡装置动作顺序如下。　

１）从原点开始，按下气动按钮，前移电磁阀通　

电，带动转台旋转夹前移。当转台旋转夹与线圈夹　

具安装板连成整体时，碰到前限位开关，前移电磁阀　

断电，停止前进。　

２）旋转电磁阀通电，转台旋转夹右旋９０。。当　

旋转到位时，碰到右旋限位开关，右旋电磁阀断电，　

停止旋转。　

３）搪锡装置上的上升电磁阀通电，带动搪锡勺　

上升。当上升到位时，碰到上限位开关，上升电磁阀　

断电，停止上升。　

图２　电磁线圈自动组装机的总体流程图　

４）停顿ｏ。８　Ｓ，完成针脚搪锡后，同时下降电磁　

１）搪锡工序。分割器转盘将电磁线圈转至搪锡　

工位时，气缸感应磁开关控制线圈夹具安装板到指　

定位置，转台旋转夹旋转，带动电磁线圈旋转９Ｏ。，　

使得电磁线圈的左针脚垂直向下，气缸感应磁开关　

控制搪锡勺向上运动到指定位置，完成左针脚搪锡，　

搪锡完成后分割器转盘转至下一工位。　

２）针脚折弯步骤。折弯板在滑块机构的推动下　

作同一位置直线往复运动，浮动接头可保证在多次　

阀通电，搪锡勺下降。当下降到位时，碰到下限位开　

关，下降电磁阀断电，停止下降。　

５）旋转电磁阀通电，转台旋转夹左旋９Ｏ。。旋　

转到位时，碰到左旋限位开关，左旋电磁阀断电，停　

止旋转。　

６）后移电磁阀通电，转台旋转夹后退，与线圈夹　

具安装板分离。后退到位，碰到后移限位开关，后移　

电磁阀开关，停止后退。　

至此，经过６步完成了一个周期动作。搪锡装　

置的动作示意图及其ＰＬＣ控制接线端子分配图如　

图Ｓ和图４所示。　

振动后折弯板和气缸中心偏离情况下滑块机构可以　

继续工作，在滑块机构末端装有缓冲器安装板及缓　

冲器，可以延长使用寿命，针脚折弯完成后转盘转至　

下一工位。　

３）耐压检测步骤。当分割器转盘将电磁线圈转　

到耐压测试工位时，测试针与电磁线圈的端子相接　

触，通过与测试针相连接的耐压测试仪释放高压检测　

开关　

电磁线圈的耐压性能，不合格的同时会有蜂鸣器警　

报，并将信息反馈，检测完成后转盘转至下一工位。　

４）导通检测步骤。测试针与电磁线圈的端子相　

接触，通过与测试针相连接的导通仪检测电磁线圈　

后限位　

的导通性能，不合格的同时会有蜂呜器警报，并将信　

息反馈，检测完成后转盘转至下一工位。　

图３　搪锡装置的动作示意图　

５）合格线圈取出。通过上面反馈结果，取料夹　

具将分割器转盘上的治具中的合格品取走，并放至　

输送带上，取料完成后分割器转盘转至下一工位。　

Ｏ０ｏ０Ｏ　

００００１　

００００２　

００００３　

０Ｏ００４　

ＯｌＯｏｏ　

０１００１　

０１００２　

０１００３　

０１００４　

６）不合格线圈取出。通过上面反馈结果，取料　

夹具将分割器转盘上的治具中的不合格品取走，并　

放至输送带上，取料完成后分割器转盘移至初始工　

位。　

Ｏ０ｏＯ５　

００００６　

０１００５　

前行　

后行　

表旋　

左旋　

上行　

聒　

原位指示　

００００７　

００００８　

ＣＭＰ１Ａ　

００００９　

０００１０　

００１０１　

Ｏ０１０２　

２　ＰＬＣ控制系统设计　

在电磁线圈组装过程中，为使得机械装置按指　

定』顷序运动，进行了ＰＬＣ的控制系统设计　。　图４搪锡装置ＰＬＣ控制接线端子分配图　

《新技术新工艺》设计与计算　

设计　

计算　

２．２针脚折弯装置　

针脚折弯装置动作顺序如下。　

１）从原点开始，按下气动按钮电磁阀通电，压弯　

起动　

板前移。前移到位时，碰到前限位开关，前移电磁阀　

断电，停止前进，同时完成了针脚的折弯。　

２）停顿０．５　Ｓ后，后移电磁阀通电，折弯板后　

移。后退到位时，碰到后限位开关，后移电磁阀断　

下限位　

上限位　

停止　

复位　

ＯｏｏＯ０　

００００１　

００００２　

００００３　

Ｏ０ｏ０４　

０１０００　

０１００１　

０１００２　

０１００３　

下行　

合格／不合格　

上行　

原位指示　

ＣＭＰｌＡ　

图８　耐压导通测试装置ＰＬＣ控制接线端子分配图　

电，停止后退。　

针脚折弯装置的动作示意图及其ＰＬＣ控制接　

线端子分配图如图５和图６所示。　

位（折弯）　

前凝位　

后　

退　

，

２．４夹取装置　

机械手动作过程如下。　

１）从原点开始，按下气动按钮，右移电磁阀通　

电，机械手右移。右移到位时，碰到右限位开关，右　

移电磁阀开关，停止右移。　

２）光电开关接通，下降电磁阀通电，机械手下　

降。下降到位时，碰到下限位开关，下降电磁阀断　

电，停止下降。　

３）接通夹紧电磁阀，机械手夹紧。　

４）夹紧后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升　

口　

原点　

圈５　针脚折弯装置动作示意图　

到位时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，停止上　

升。　

５）接通左移电磁阀，机械手左移。左移到位时，　

碰到左限位开关，左移电磁阀断电，停止左移。　

６）光电开关接通，下降电磁阀通电，机械手下　

后　

前　

ｏｏｏｏｏ　

ｏｏｏｏｌ　

ＯＬＯＯＯ　

Ｏｌｏｏｌ　

下行　

合格／不合格　

上行　

原位指示　

ＯＯｏｏ２　

００００３　

ＯｌＯ０２　

ｏｌＯ∞　

ＯＯ００４　

Ｃ　ｌＡ　

降。下降到位时，碰到下限位开关，下降电磁阀断　

电，停止下降。　

７）夹紧电磁阀断电，机械手放松。　

８）放松后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升　

图６　针脚折弯装置ＰＬＣ控制接线端子分配图　

２．３耐压、导通检测装置　

耐压、导通检测装置装置动作顺序如下。　

１）从原点开始，按下气动按钮电磁阀通电，测试　

针下降。下降到位时，碰到下限位开关，下降电磁阀　

断电，停止下降。　

２）停顿０．５　Ｓ测试完成后，上升电磁阀通电，测　

到位时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，停止上　

升。　

至此，机械手经过８步完成了一个周期动作。　

夹取装置的动作示意图及其ＰＬＣ控制端子接线图　

如图９和图１０所示。　

试针上升。上升到位时，碰到上限位开关，上升电磁　

阀断电，停止上升。　

耐压、导通检测装置动作示意图及其ＰＬＣ控制　

端子接线图如图７和图８所示。　

左下限　

位开关　

原点　

上限位开关　

图９夹取装置的动作示意图　

下　

降　

３　组装机的主要机械结构设计　

电磁线圈的产品图如图１１所示。由于其结构　

的特殊性，可能产生如下问题：１）避免工件在分割器　

下限位开　

ｒ　

窿（检测）　

图７耐压导通测试装置的动作示意图　

转盘上不固定且因为旋转、急停等导致其位置发生　

偏移；２）将以针脚为绕线起点的铜线和针脚通过锡　

《新技术新工艺》设计与计算　１５　

新技术新工艺２０１７年　第２期　

合的方式，保证电磁线圈与凸台能产生一定的接触　

００ｏ００　

０００Ｏ１　

０ｌ０００　

０１００ｌ　

下行　

力，在分割器转盘旋转和急停过程中保持稳定；在定　

位凸台与线圈夹具安装板间插入线圈定位底板，将　

电磁线圈垫高，为各类与其配合的机械装置留有足　

够的运动空间。　

３．２针脚搪锡设计　

夹紧／放松　

上行　

右行　

走行　

朦位指示　

００００２　

００００３　

００００４　

０ｌ００２　

０ｌ００３　

０ｌ００４　

００００５　

０ｏ００６　

０ｌ００５　

ＣＭＰ１Ａ　００００７　

００００８　

００００９　

００ｏｌ０　

为实现电磁线圈针脚的自动搪锡，控制气缸控　

制搪锡勺子上下运动到指定高度，从锡锅内舀熔融　

状态的锡膏到指定针脚处完成搪锡；由于电磁线圈　

骨架在分割器转盘上方，且有左、右２个针脚，考虑　

图ｌＯ　夹取装置ＰＩ　Ｃ控制接线端子分配图　

焊接起来，由于位置特殊且要求焊接质量，即使手动　

操作难度也较大。　

通过旋转气缸和转台旋转夹的配合，使得电磁线圈　

骨架分别顺时针和逆时针旋转９０。，使得左、右针脚　

分别在分割器转盘上垂直向下，给针脚搪锡留有足　

够空间。搪锡局部示意图如图１３所示。　

ａ）产品侧视图　ｂ）产品仰试图　

图１１产品结构示意图　

３．１　定位凸台设计　

针对电磁线圈的特殊骨架架构，设计与其配合　

的定位凸台如图１２所示。　

图ｌ３搪锡局部示葸图　

３．３　治具设计　

为实现线圈夹具安装板及其上的工件能在分割　

器转盘上任意角度旋转，设计了特定的治具（见图　

１４）。其主要包括转轴支承块、固定环以及线圈夹具　

安装板。线圈夹具安装板由两部分组成，除了与分　

割器转盘配合部分外，还留出一段细轴台阶，长度等　

于固定环和转轴支承块宽度之和。通过转轴支承块　

和分割器转盘固定成为整体。在转轴支承块下方合　

ａ）产品与凸台配合图　

适位置留有通孔，让线圈夹具安装板上预留的台阶　

孔穿过，通过在细轴末端套上固定环，并锁紧。这　

样，限制线圈夹具前、后移动，只能在转轴支承块内　

／＝　、　

旋转。　

Ｉ口３１）　

、＝一ｒ　

Ｉ　

ｌ　６．８－０．０３６　

电磁线圈骨架　

线圈定位凸台　

线　

图１４锁紧装置结构示惹图　

３．４弹簧顶珠装置设计　

搪锡工序完成后，虽然可以还原电磁线圈原位　

ｂ）过盈配合尺寸简图　

置，但随着分割器转盘的旋转，急停可能导致线圈夹　

图１２产品与凸台定位配合简图　

具安装板角度的偏移；为此，设计弹簧顶珠装置（见　

图１５），使得搪锡复位后线圈夹具安装板锁紧在分　由于定位凸台与骨架四面接触，且采取过盈配　

１　６　Ｉ　《新技术新工艺》设计与计算　

设计　计算　

割器转盘上，不受旋转急停等因素的影响　。　

转轴支　

４　结语　

电磁线圈自动组装机通过机械、控制和电路等　

多种元件相结合实现一体化设计，实现了电磁线圈　

的全自动组装。既降低了人工成本和生产周期，又　

提高了产品合格率，各产品的使用寿命趋于相同。　

图１　５　弹簧顶珠锁紧装置结构示意图　

原来的生产占据大量空间和人力，且无法采用流水　

线作业。自动组装机每３　Ｓ旋转１次工位，在此周　

在每个线圈夹具安装板与分割器转盘接触的　

左、右两边各安装一个弹簧顶珠锁紧装置。顶珠略　

凸出于安装块，在线圈夹具安装板与顶珠相接触的　

位置处加工相应的凹坑，与顶珠配合，控制顶珠凸出　

距离略大于凹坑深度，在弹簧张紧力的作用下线圈　

期内，每个工位都重复一次指定的组装工序，极大地　

提高了生产效率，并产生了可观的经济效益。　

参考文献　

［１］周俊雄．调节器的电磁线圈总成的自动组装机：中国，　

１０３７０７０６１ＡＥＰ］．２０１４－０　１—０９．　

夹具安装板可以保持水平且不受旋转、急停等因素　

影响；当需要旋转特定角度时，转台旋转夹则可以带　

动线圈夹具安装板突破顶珠的限制。　

３．５折弯结构设计　

［２３王兴章．调节器组装机中的装配装置：中国，２０１２９０９４６　

［Ｐ］．２００９—０８—１　９．　

［３３钟绍焱．一种轻触开关自动组装机：中国，１０５６５５１７０Ａ　

［Ｐ］．２０１６－０６—０８．　

［４］顾建伟．电感镇流器自动组装机：中国，２０１２９８４４６［Ｐ］．　

２００９—０８—２６．　

针脚完成搪锡工序后，需要将针脚折弯９Ｏ。，将　

针脚归位到指定的接触位置。针对此骨架特定的结　

构，设计压弯夹具板（见图１６），调节底座使其整体　

高度至合理位置，通过ＭＩＣ２０Ｘ　５０气缸运动控制其　

在ＭＨＣ２４型导轨和滑块运动完成折弯工序，在连　

［５］王扬庆．电器元件自动化生产线控制系统研究［Ｄ］．济　

南：济南大学，２０１５．　

接板与气缸间接入浮动接头，避免折弯过程中卡　

死　。　

［６］马文超．一种新型自动装配弹簧机构［Ｊ］．机电工程技　

术，２０ｉＩ（１）：１０１—１０２．１１４．　

［７］张冬冬，胡增兵．一种用于汽车上电磁线圈组装机用自　

动压接防压死装置：中国．２０４９２７０３３Ｕ［Ｐ］．２０１５一ｌ２—３ｏ．　

作者简介：顾翔（１９９２一），男，硕士研究生，主要从事特种加工　

新技术等方面的研究。　

通信作者：朱永伟　

收稿Ｅｌ期：２Ｏｌ　６一ｌ１—１１　

责任编辑马彤　

图１６针脚折弯图　

通过ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ软件设计各工位的机械装置，　

并将其组合到一张总装图中，整体结构如图１７所　

示。　

图１　７整体结构设计图　

《新技术新工艺》设计与计算　１７