（原创）基于成型机光线扭角变形问题的解决方法
2010-05-09 15:49:27 阅读15 评论0 字号：大中小
一、前言
A厂半成品车间使用的东野吉田光线成型机主要应用于我司PCB板跳线的自动成型。由于该机设计精巧，成型速度快，处理能力可达7800～10400个/小时。调节范围大，从5mm～50mm，成型弯角规范整齐，长度方向不会出现拱形，深受大家的欢迎。
但是，该机在长期使用后出现扭角变形的现象，如图一。虽经调整，仍然无法解决。后来，我们在滑动轨道的一侧加了一根拉伸弹簧，效果有了明显改善，但使用一段时间后，又出现了上述扭角变形的现象。于是，我们又从成型机的结构及光线成型时的受力分析入手，查找造成光线扭角变形的原因，最终解决了这一问题。
图一 脚变形的光线
二、成型机的主要结构及成型过程
该机主要由线架、线材输送机构、成型装置、启停开关等部分组成，并且设有卡线时自动停机保护的功能。见图二。
图二 成型机外观图
成型装置部分的结构如图三所示。
图三 成型部分结构图（鸟瞰图）
如图三所示，电动机装在机箱内部，由电动机带动曲柄和输线轮转动。曲柄做旋转运动的同时，带动主连杆、导向轴、左右连杆、左右滑动刀座、切断刀和成型刀做往复直线移动，切断刀与输线槽紧密配合可将光线切断。在一个行程中，当曲柄带动连杆向后运动，使切断刀离开输线槽中间孔的同时，输线轮将光线经输线槽送出。当曲柄带动连杆向前运动，使切断刀紧靠输线槽向前运动时，将光线切断。调整主动输线轮和从动输线轮上缺口的相互位置，可调节输线轮在切断刀退回离开输线槽上的光线孔时往前输送光线的时机，而当切断刀往前运动时，输线轮不得往前送线，以防止卡线。
光线的宽度可通过调节手轮进行调节。转动调节手轮可以将装在滑块上的固定轨道及装在其上的滑动轨道、成型刀、成型块和从动连杆一起左右移动，从而达到调节光线宽度的目的。
光线从输线槽中送出后，成形刀和切断刀则开始向前疾速运动，当切断刀的刀刃与成型刀抵住光线时，切断刀在瞬间将光线切断，同时将切断的光线快速推向成型块而将光线弯折90°。
光线弯折成型后，光线的两个脚与主线间的夹角应为90°角，放平后它们应在同一平面上，如图四所示。
图四 正常的光线
但是，近两年出现光线成型后扭角变形的现象，而且难以调整。那么，造成光线扭角变形的原因究竟是什么呢？
三、原因分析
从前述光线成型机的成型过程中我们知道，光线成型时是由切断刀和成型刀把光线顶到成形块上，而后它们继续向前推进将光线的两端向前弯曲成型。在这个过程中，被切断的光线只受到切断刀和成型刀前进方向的约束，而上下方向未受到约束。如果成型刀、切断刀和成型块挤压光线的那条棱始终与光线垂直，则成型后的光线就不会出现扭角变形的现象，图五是其示意图。
图五 光线成型示意图（上为主视图，下为俯视图）
当成型刀、切断刀或成型块上挤压光线的某一条棱与光线不垂直而处于倾斜状态时，成型后的光线就极易出现扭角变形现象或光线在切断处出现弯勾现象等。图六就是成型刀和切断刀在倾斜状态下成型光线的示意图。
图六 成型刀与切断刀倾斜时成型光线的示意图
A、B——成型过程中成型刀和切断刀与光线的接触点
为什么成型刀、切断刀或成型块在倾斜状态下，成型后的光线会出现扭脚变形现象呢？
将图六中A、B两点任取一点做空间受力分析，这里取成型刀上的A点进行分析，如图七，设光线处于水平位置，取A点为坐标原点，光线所在的方向为Y轴方向，光线所受Y轴方向的力用F1 表示，向右为正向；成型刀运动的方向为X轴方向，在其方向上的推力用F2 表示，向前为正向；与光线垂直的铅垂方向为Z轴方向，该方向上的分力用F3表示，向下为正向。过光线作一水平面P，因为成型刀或切断刀同光线的接触点A与光线重合，所以A点也在水平面P内，光线的重力忽略不计。
当棱线L与光线垂直时，铅垂方向的合力F3 =0，则F1 和F2 的合力F仅在平面P内。因F3 =0，所以光线没有受到向下的推力，因而成型后的光线不会出现扭角变形现象。
图七 棱线在铅垂位置与光线垂直
如果棱线L向右倾斜，则在铅垂方向产生向下的分力F3 ，F3 ≠ 0。F1 、F2 和F3 构成一空间力系，其合力F′的方向为向前右下方向。因为F3 ≠ 0，所以光线受到F3 向下的推力，该推力就使光线向下产生了扭脚变形现象。
图八 向右倾斜与光线不垂直
实际观察中我们发现，切断刀、成型刀均存在不同程度的倾斜现象，而成型块则因固定不动不会产生倾斜现象。进一步观察发现，切断刀、成型刀产生的倾斜是由滑动轨道的倾斜引起的，因为切断刀、成型刀都是固定在固定轨道上不动的。
造成滑动轨道倾斜的原因有两个方面：1、滑动轨道和固定轨道的磨损；2、滑动轨道与固定轨道的结构不合理。
滑动轨道和固定轨道磨损的主要部位是两者相互配合的燕尾槽和燕尾部分的磨损，它们的磨损导致配合间隙变大，因而不能有效地约束滑动轨道的倾斜。但是，两者的磨损除了正常磨损外，它们的结构不合理更加剧了这种磨损的进程。
图九是滑动轨道与固定轨道的结构示意图。从图中可以看到，滑动轨道与固定轨道采用了单边燕尾槽和燕尾配合的方式，而另一侧则是没有有效地上下约束、只有左右约束的配合，配合间隙的大小由侧面的紧定螺钉来控制。而当紧定螺钉定紧时，滑动轨道上的侧板和调整块就有向上滑动的趋势，这个向上滑动的趋势是导致固定轨道倾斜最终导致切断刀和成型刀倾斜的最主要的原因。
图九 滑动轨道与固定轨道的结构示意图
四、解决方案
通过上述分析，我们已经清楚，造成成型刀或切断刀倾斜的主要原因是滑动轨道和固定轨道的结构设计不合理。但是，解决了滑动轨道和固定轨道的结构问题，不一定就能xx解决光线扭脚变形的问题，因为光线在切断过程中，上下方向并没有xx受到约束。
基于上述原因，要解决光线扭脚变形的问题，就要同时从两方面入手，不但要解决滑动轨道和固定轨道的结构问题，而且要解决光线在上下方向不受约束的问题。
滑动轨道和固定轨道采用两侧对称的燕尾槽结构的配合，为了xx因磨损而变大的间隙，滑动轨道外侧的燕尾槽做成可调整的结构，便于随时调整xx间隙。而滑动轨道的其它部分做成整体式，以增加其刚度。如图十、十一为更改结构后的滑动轨道与右固定轨道的三维实体图。因滑动轨道前后对称，故可以左右通用；左右固定轨道的结构相对，而燕尾部分的结构基本相同。
图十 滑动轨道实体图 图十一 右固定轨道实体图
图十二为滑动轨道与固定轨道装配后的结构示意图。滑动轨道的一侧装有一个调整块，调整块上有一个与燕尾部分斜度相同的斜面，该斜面与固定轨道上的燕尾紧密贴合，贴合的松紧由调整螺丝控制。当燕尾或燕尾槽磨损严重导致配合间隙变大时，可通过调整螺丝xx变大的间隙。从图中可以看出，滑动轨道、固定轨道的结构更改以后，可以有效地防止滑动轨道的倾斜，从而防止成型刀或切断刀的倾斜。
图十二 结构更改后滑动轨道与固定轨道装配示意图
如前所述，要xx解决光线扭脚变形问题，还必须更改成型刀和切断刀的结构，以使光线在成型过程中受到上下方向的约束。图十三、十四分别是成型刀和切断刀的实体图。从图中我们看到，成型刀和切断刀上均有凹槽和缺口，这样的结构设计，可以在缺口的引导下迫使光线进入凹槽，使光线在限定的凹槽内成型，从而有效地解决了光线产生扭脚变形的问题。而原成型刀和切断刀上没有图中所示的缺口和凹槽，所以对光线在上下方向不能起到约束作用。
图十三 重新设计的成型刀实体图 图十四 重新设计的切断刀实体图
五、使用效果及使用注意事项
经过上述改造，xx解决了光线成型机产生扭角变形的问题。
此机在安装调整时，要注意一下几项内容：
1、 滑动轨道与固定轨道配合间隙不宜调得太紧或太松，以滑动自如为原则。调整完毕要将锁紧螺母锁紧，以防锁紧螺丝松动而使配合间隙变大。
2、 注意调整成型刀或切断刀的高度，使成型刀和切断刀上的凹槽在同一高度上；同时要注意使光线与切断刀的凹槽在同一高度上。
3、 左右连杆的连接螺丝要拧紧，以防螺丝松动而无法成型。
为减轻轨道的磨损，每周要在轨道上加注一次润滑油。
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