（机械工程专业论文）振膜拉伸设备的性能研究和结构改进.pdf

北京化工大学工程硕士论 学位论文数据集 蔓l 删舢舢删川舢i f f f f 舢舢i y 18 7 7 6 7 中囹分类号 t h l 2 学科分类号 4 6 0 2 0 l o 论文编号 1 0 0 1 0 2 0 1 1 9 0 0 1 密级公开 学位授予单位代码 l 0 0 1 0 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名 刘刚学号 2 0 0 6 0 3 9 0 0 1 获学位专业名称机械工程获学位专业代码 课题来源飞利浦公司设备改进 研究方向 机械工程 论文题目振膜拉伸设备的性能研究和结构改进 关键词振膜，旋转转台，载体，上构件，下托体 论文答辩日期 2 0 1 1 5 3 0论文类型2 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师钱才富教授 北京化工大学过程装备 评阅人l张迎恺高工 中国石化工程公司 过程装备 评阅人2范得顺教授北京化工大学过程装备 评阕人3 评阅人4 评阅人5 微员蝴王奎升教授北京化工大学流体力学 答辩委员l张迎恺高工 中国石化工程公司 过程装备 答辩委员2戴凌汉教授北京化工大学过程装备 答辩委员3 答辩委员4 答辩委员5 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t1 3 7 4 5 9 ) 学科分类与代码中 查询 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成 “” 振膜拉伸设备的性能研究和结构改进 摘要 薄膜( 振膜) 是扬声器的关键部件，它的成本在扬声器中占 有很大的比重，振膜的成本占据产品成本的百分之三十左右。同 时薄膜的状态也关系到到扬声器的声学表现效果。扬声器为圆形， 所以加工后的振膜的外形也要求是圆形。振膜的直径是1 5 4 5 厘 米，其原材料的宽度是6 5 厘米，振膜在加工过程中有百分之四十 六的部分被浪费掉了，主要原因是薄膜拉伸设备的不合理设计。为此， 本文对薄膜拉伸设备进行了结构改进。针对针对振膜送料部分，进行 了张力控制、传递、切割的改进。针对振膜预热部分，进行了握持方 式的改进。针对成型部分，进行了调整上、下构件的改进；针对振膜 切割部分，进行了载体外径和载体旋转传动的改进。通过改进，不但 解决了宽幅振膜的浪费问题，同时也解决了薄膜拉伸过程中出现褶皱 或者拉伸不匀等问题。通过了长时间的试运行，其改进效果稳定可靠。 既提高了振膜拉伸设备的生产效率，也降低了生产线废品率。目前， 该项改进方案已在全公司所有的薄膜拉伸设备中推广，为公司创造了 很高的经济效益。 关键词：振膜，夹钳，载体，上构件，下托体 f u n c t i o n a ls t u d ya n ds t r u c t i i r a li m p r o v e m e n to fz i m 俊 a b s t r a c t m a n b r 锄ei s 廿1 ek e yp a r to fs p e a k e r ，w l l i c ho c c u p i 骼t l l i r t yp e r c e n to ft 1 1 et o t a l c o s to fs p e a k 瓯m 姗眦l e ，m 瞰l l 豫m eb e h a v i o rg r e a t l y 碉f c c t sa c o u s t i c sp e r 】向m 姐c c o fs p e a 玉【瓯l i k em es h a p eo fs p e a k m es h a p eo fm e i l l b i 锄ei sr o u i 】【d t h ed i 觚l e t e r o fm 即1 b 舢ei s1 5 4 5i i l i l l i m e t b u t 廿1 ed i 撇e t e ro ff o i l i s6 5i i l i l l i l l l e t 瓯a b o u tf o r t y s i xp e r c e n to ft b 【ef o i li sw 嬲t e dd l l r i n gm em a l m 角c t i l r ep r o c e s so f 也em e l ! n t ，m e ， w l l i d hi sm a i l l l yd l u et 0t h e 切1 r e a s o n a b l ed e s i g no ft l l em 吼b 瑚i l l et 锄s i o nm a c 粗n eo r z i m ai ng e 彻a nw o r d i i lt h i sm 铭i s ，s 饥瓜u r a li i i l 胛0 v e m e n t sh a v eb e e np 晌c d f 研m 锄yp a r t so fz i m a f 0 ft l l ef e e d c rp a r t ，i n l 】p r 0 v e m e n t sw e r e 硎e do u to nt h e 溉s i l ec c i n t r o l ，缸a n s f h 觚dc u t t i n g f 0 rt 坨p r e - h e a t i n gp a r t ，m e1 1 0 l dm e t h o dw 嬲 i i i l p r 0 v e d f 0 rm ef b m i i i l gp 耐，t 1 1 eu p p i e r 雒dt h el o w 盱h o l d e rw e r ea 由瑚t e d a n df o r 廿l e 饥岫p 峨b o t hm ed i 锄e t e ra i l d 删n g 仃缸i s p o r t a 廿o nw e i i 】叩r o v e d w i mt h e s ei n ：l p r 0 v m 鲫临，n o t0 1 1 1 ym ep b l e m sr e l a t o dt 0t h ew 舔t eo ff o i lb u t a l s ot l l et l l o s e 曲o u ts i l k 觚dl l i l e v 姐锄：1 s i o nd u r i n g 1 et e l l s i l e p r o c c s so ft h e 如翩幽r 孤eh a v eb e e ns o l v i 缸a f t e rai o n gt i m et c 鸭m er e 剐l l ti ss t a ：b l e 孤ds a t i s f a c 螂 t h ew o r ke 蚯c i e n ti si n c r e a s e d 雒d 廿l ew a s t ep r o d u c tr a t ei nd e c r e a s e d n o wa l l z i m a si no u rc o i n p 锄yh a v eb e 吼c h a i l g c da c c o r d i n 百y 姐dah u g ep r o 矗th a v eb e 吼 a c l l i e v e d 嬲a r e 鳓1 t k e yw o r d s ：m 朗曲础e ，g 豫s p p r o d u c tc a r r i e r ( p c ) ，u 】印e rf o mh o l d l o w 贯 f o r mh o l d e l 厂二二二= 一。一二二二二j 目录 第一章绪论 1 1 振膜拉伸设备的作用和功能简介1 1 2 关于振膜拉伸设备的设计、制造及研究现状2 1 3 本论文的研究内容和意义4 第二章飞利浦公司振膜拉伸设备现状和存在的问题 2 1 飞利浦公司振膜拉伸设备现状5 2 2 振膜拉伸设备存在的问题1 3 2 3 振膜拉伸设备改进的必要性1 7 第三章振膜拉伸设备改进方案与措施 3 1 改进总体方案1 9 3 2 一单元进给部分的改进2 0 3 3 二单元旋转转台1 振膜预热的改进3 0 3 4 三单元振膜热成型的改进3 9 3 5 四单元振膜切割部分的改进4 6 第四章振膜拉伸设备改进效果 4 1 设备性能和产品质量的改进4 8 4 2 经济收益4 9 第五章结论与建议 5 1 结论“5 l 5 2 关于持续改进的建议5 2 参考文献5 3 致谢5 5 。v c0 n t e n t s c h 印t e rl 硼胁d u c t i o n 1 1 1h l h o d u c t i o nt 0z i m am a c l l i n e 1 1 2d e v d o p m 饥to f d e s i 鹦m 锄u f a 咖r e 锄ds t u d yo f z i m am a c l l i n c 2 1 3c o n t e n to ft l l i sr e s e 砌4 c h 印t 盱2c 删s t a t l l sa n dp b l 锄so f z i i l l a 5 2 1c u r 删s t j l t l l so f z i i n a 5 2 2p r 0 i b l 锄so f z i m a 1 3 2 3w h yz i m as h 伽l l db em v e d 1 7 c h a p t e r3h p r o v e m e n ts c h 锄懿嬲dm e a s u r e s 1 9 3 1o v e r a l li 1 1 叩嘞ts e h 锄e 1 9 3 2f e e d e rp a r t 岫v 馓饥t 2 0 3 3r t t l 呻w m e n t 3 0 3 4f o m i n gp a r ti l l l p v 锄钮t 3 6 3 5 肌却w m 咖4 6 c h a m 盯4h 】叩r o v i 潍e n tr e s u l t 4 8 4 1h 】叩i r o v 锄e n tr e s l l l t 4 8 4 2e c 0 1 1 0 血cb e n e f i to f i n l p r 0 v 锨铋t z | 9 c h a p t e r5c o n c l u s i o n s 锄ds u g g e s t i o n s 5 1 5 1c o n c h l s i o n s 5 l 5 2s u g g e s t i o n s 5 2 r e f e r 饥c e 5 3 a c k n o w l e d g 【n e n t 5 5 v i 符号说明 z i l i l 矿一振膜拉伸设备的德文名字，中文为“拉伸 。 p 一一工作压力， ( m p a ) 卜一拉力( n ) 叠一直径，( 咖) r 一半径，( 晌) 耳圆周率 n 载体上的开孔数量 f _ 一摩擦系数 r l 效率，( ) s 一一面积，( 删2 ) d 一分度圆直径，( 咖) m 一一齿轮模数，( 咖) z 齿轮齿数 以基圆直径，( 舢) 口一一齿轮压力角( 。) j l 。齿轮齿顶高，( 姗) j i l ：齿顶高系数 j j i ，齿根高，( 硼) c 。顶隙系数 d 。齿顶圆直径，( 姗) d ，齿根圆直径，( 硼) 。i 筮二重绪i 金 第一章绪论 1 1 振膜拉伸设备的作用和功能简介 飞利浦电子( 北京) 有限公司是一家有着悠久历史的大型跨国集团公司， 它有着近8 0 年研发、销售及生产扬声器的经验是电信市场声学方案的先驱。 扬声器是由上盖，振膜，音圈，盆架，弹片，顶盖，磁铁，瓷碗，配重，底盖 等元器件组成。这些元器件中的关键部位：振膜是由公司自己生产加工的。振 膜关系到产品的关键质量，也是扬声器中最贵的部件，振膜的成本占据产 品成本的百分之三十左右。由于振膜的稳定性关系到产品的整体稳定性和 声学表现，所以振膜是整个扬声器的灵魂n 1 。 然而振膜的制造是由振膜拉伸设备制造的。拉伸设备主要是通过对振膜卷 材的预拉伸，预加热，然后再通过高温高压成型等工艺把振膜从卷装的原材料 制造成为有声学要求的振膜乜1 。 物料输送的传动方式是电机驱动振膜卷材的芯轴转动，从而完成物料的初 级输送。振膜由电机进行初级输送后，会有振膜夹持装置来完成振膜的第二级 输送。 振膜预热的传动方式是电机带动转盘进行每步6 0 度的旋转，来完成振膜 的预切割、握持、预热和交接等动作。这里的握持机构是由六个夹钳组成的， 这六个夹钳在不同的工位有不同的功能，在下文中的“振膜五大部分传动原理 详解会有详细的功能介绍。 振膜成型的原理就是利用高温高压的原理，利用空气对振膜进行热冲压， 振膜固定在模具( f 0 瑚) 里，利用高压空气推动汽缸做上下的垂直运动完成对 振膜上面腔体的密封口1 ，当然振膜下腔体要有排气孔来排气防止产生背压，因 为背压会对成型产生不利的影响。 振膜切割的原理就是利用二氧化碳激光发生器来完成对振膜的最终切割， 到此步骤已经完成了对振膜的全部加工过程。 振膜码放的原理就是利用直线汽缸带动负压吸头把切割完的振膜整齐的 码放在容器内，以方便生产线的取用。 1 2 振膜拉伸设备的设计，制造和研究现状 振膜拉伸设备的设计和制造经过了两个阶段。振膜拉伸设备的第一代 是机械成型俗称“冷冲”h 。简单的说就是振膜经过简单的拉伸和预热后， 在工作位置用单冲头机械冲压的办法进行加工。这种加工方法加工速度 慢，产量低，工艺不稳地，尤其冲头需要定期更换，否则振膜成型不良。 由于该设备结构简单，制造工艺容易掌握，可以小批量生产哺1 。目前，在 我国仍然有一部分第一代产品在使用。这种加工设备的工艺不稳地，尤其 是振膜的成型受设备状态的制约比较明显。比如振膜的圆度、边缘的光洁 度等都和冲压设备的上、下模的精度、配合有关。产品的质量、产量受工 艺条件的制约比较明显。由于第一代的产品工艺不稳地，所以这种设备面 世不久后就开始逐渐的升级换代。 第二代是高温高压成型。产品的切割由原来的机械冲压改为激光切割。 虽然激光切割也有其缺点，但是其稳定，高速仍然受到了客户的青睐。从而其 得到了广泛的应用嘲。第二代产品的另一个改进之处就是把产品的握持有原来 的两端握持改为夹钳握持，这样，每个产品的握持就稳定多了。因为原来的产 品是拉伸后两端夹紧后再冲压成型。当冲压下一个产品的时候还要重新拉伸冲 压，不但效率低而且设备也容易磨损造成握持力不匀从而影响产品质量口1 。第 二代产品不但改变了握持模式，即改成夹钳握持，而且，这样的握持夹钳有原 来的一个升级到了六个。这样就大大的提高了产品的加工速度和工艺稳定性。 由于相比较第一代设备而言，目前的设备由于工艺相对稳定的多，加工速度快。 国外比较有代表性的是德国的p t s 公司和日本n i t o k o 公司的设备嘞。这两 家公司都是提供高质量工程热塑性塑料及其加工设备的供应商。拥有多的 工程塑料设备的加工制造经验。尤其p t s 公司和我们有着长期的合作基 础。目前，无论国内还是国外，拉伸设备的主流都是第二代设备。工作流 程如表1 和图卜1 所示。 2 表1 振膜拉伸设备工作流程 t a b l e lz i 姒p r o c e s sa n df u n c t i o n 静+ 。- t 。m 。谚= 。 ”? 一一一。，”?。? 一 。7 l振膜拉伸设备工作流程 。 ；步骤工序名称工序作用 i 董 ：物料输送把振膜从卷材经过预拉伸后喂入设备 j ； ；2振膜预热振膜预切割靥，被载体握持，为最终成型进行预加热 i ；3 振膜成型振膜在高温、高压下成型 ； ；， ； 4振膜切割 切除产品的非_ i 作部分，完成产品的最终加工过程 l器振膜码放把完成的产品码放在空管内，产品可以被生产线使用 鍪 i 功能 振膜拉伸设备工艺流程图控制点 厂一单元、 安奠曩材辩 安装撮成 转避，t 埔：埒 揖胰嘎入 传曩i 士 将一切捌井t 入i r r r t 体不成膨的肆t = 单元i 。 。幢蓐 上 八鹰卑袋中 1 夹钳 i 。8 ” 0千 配电柜孵撮 f h 鼍一加螺 无功t i 位 2 ，3 夹钳5 亮 控捌豫热沮d e 囊t 曩不成形击钔蓐t 蠢形后蠢转换 麻j 囊 配电报控材 真辛一 商高空气 戚蟹盈魔 t 附戚盘后的肆l 移空剜魔晶收囊 三元 ( 髓馘 i ；空 r t t 2 i 辑咎工位 将i 奠嗳舯在t 律上 四元 共摄揎捌位 工位 幢捌弗鞭囊， 山 俄蠢真空投正位置 2 。位 囊 矗 茸l t l 光切翻一垃鼍蠢彝的弗分 3 工盘 上 振腱直径： 鼻脯直径捌域丹孰 无功能i 位) 切倒不好的肆腱t 入废 工位7 i 位卜一 辩t 鼍 山 。 ( 无功能工位 5 工位 置，空 上 措取尊放 t 中 工位 曩真空 上 传屉 电机 五元u 旺 再垃攮i 上 i 收师棚e 蠢后曩：生产槐使用 檀台肾上蟪多 目柚 撂擅 图1 1 振膜拉伸设备工艺流程简介 f i g 1 1z i m a n o w c h a r t 3 1 3 本论文的研究内容和意义 本文主要研究内容是如何避免在振膜制造过程中原材料的浪费和稳 定加工工艺。因为振膜是由拉伸设备通过一定的工艺条件制成的。根据改 进目的，需要对振膜拉伸设备的喂入部分；预热部分；成型部分和切割部 分进行结构改造来达到节省原材料和稳定工艺过程的目的。 飞利浦电子( 北京) 有限公司生产的是应用在手机上的圆形扬声器， 圆形振膜是由卷材制成的。如图卜2 所示，振膜的直径是声1 5 4 5 姗而原 材料是卷材，卷材的宽度是6 5 锄，也就是说6 5 咖宽度的卷材我们真正使 用的部分是1 5 4 5 m m ，两侧的剩余部分是6 5 一1 5 4 5 = 4 4 5 5 舢都是非工作 部分，这部分都被当做料边处理掉了。根据加工设备的需求，振膜的两侧 是被拉伸设备用来做夹持用的，实际的夹持宽度是9 5 咖，卷装振膜宽度总共 需要的1 5 5 + 9 5 + 9 5 = 3 4 5 ，再加上加工误差o 5 ，故振膜总宽度是 3 4 5 + 0 5 = 3 5 就足够了。那么6 5 姗宽度的振膜总共有6 5 咖一3 5 m m ：3 0 姗宽度是 浪费的，整卷的振膜有接近一半的部分被浪费掉了。本文所要讨论的是如何通 过改进设备来节省浪费掉的3 0 硼宽度的振膜。 图1 - 2 振膜原材料图 f i g 1 - 2f o n 4 第二章飞利浦电子( 北京) 有限公司 振膜拉伸设备现状与存在的问题 2 1 飞利浦公司振膜拉伸设备现状 我公司的目前主要使用德国p t s 公司制造的第二代振膜拉伸设备。本设备 根据功能可以分为五大部分：振膜喂入( 物料输送) ；振膜预热；振膜成型；振 膜切割；振膜码放m 。通过这五大部分的加工把振膜从原材料加工成型为可以 在生产线上使用的有声学功能的产品。 ( 1 ) 一单元振膜喂入 o 张力控制：预送膜是由电机旋转完成的，因为电机通过减速器实现减速和 转换9 0 。旋转方向的转换。送膜长度是由电机旋转固定的角度来完成。电机自 动送膜量大大小可以通过设定电机旋转角度的多少来控制，故目前振膜张力的 大小是由电机送膜量的大小决定的。 送膜：振膜夹持装置是由上下夹具组成的，通过汽缸的上下的垂直运动完， 成对振膜的夹持。上下夹具是由两根平带组成的，平带通过两个带轮撑紧后构 成夹持振膜的机械手。机械手有两个动作来完成夹持：上下垂直运动一完成 夹持振膜；皮带转动完成对振膜的喂入。 激光预切割：振膜的加工过程需要两道激光切割：预切割和产品外沿切割。 预切割主要是把振膜从卷材状态通过预拉伸后切割成为长方形的片状来进行 逐步加工。由于我们的振膜是由五层材质组成的即由三层膜两层胶的复合膜， 因为这种复合膜的声学表现效果相比单层膜而言，它有极其优异的声学表现效 果n 们。故其得以广泛的应用。如图2 1 所示。 由于激光预切割快速、准确而且切割痕迹较小，对于第二代设备而言，它 有效地解决了振膜的快速切割问题n 。 5 图2 l 振膜喂入部分 f i g 2 1m e m b 啪ef e e d e r ( 2 ) 二单元振膜预热( 旋转转台1 ) 振膜通过第一单元的进给系统传送到第二单元，再由机械手( 真空吸附) 把它转移到第二单元的夹钳上，第二单元共有六个夹钳，通过这六个夹钳夹持 薄膜在六个不同工位旋转和加工，来达到不同的功效。夹钳的夹持就是利用杠 杆的原理来完成的。当夹钳没有动作的时候，它是靠弹簧片( 图2 2 亮色部分) 的支持作用闭合，当需要动作的时候是由汽缸推动弹簧片上的两个横柱向下运 动从而完成张开动作。故振膜的夹持和释放是通过气缸推动夹钳完成闭、合的 动作来控制。 图2 - 2 夹钳图 f i g 2 - 2p m d u c tc a 喇盯 6 图2 - 3 夹钳局部放大图 f i g 2 - 3p a r to fp m d u c tc a r r i e r 图2 4 夹钳分解图 f i g 2 4p m d u c tc a r r i e rd i s a s s e m b l e 如图2 4 所示，弹簧片受汽缸推力的压迫向下运动后，两根支撑柱向上运 动。夹钳的前端夹持部分也是利用杠杆原理来完成相应动作。为了便于理解夹 钳的各个工位的情况，可以把夹钳所在的6 个工位定义出来，从图2 5 可知， 激光器的正下方定义为1 工位，按照设备的旋转方向即逆时针方向分别为载体 的2 ，3 ，4 ，5 ，6 工位。它们在各个不同的工位有不同的作用： 7 图2 - 5 第一转台 f i g 2 - 5r o t a 咖nt a b l e i 砌l 皿t t l ) l 工位：先由第一个小汽缸推动支撑臂完成打开动作，然后两位三通电磁 阀动作，切换气路的方向，汽缸推杆返回，完成夹持动作。本工位会把激光切 割好的原材料夹持住，完成振膜的固定。夹钳的夹持动作由气缸和弹簧片配合 完成。之后夹钳旋转到2 工位。 2 工位：通过加热装置对将要成型的振膜烘烤，进行第一次1 2 0 度预热之 后旋转到3 工位。 3 工位：振膜进行第二次1 2 0 度预热，预热温度和原理同第一次预热相同。 通过加热块的热辐射来加热振膜。 4 工位：当载体旋转到此工位的时候，控制夹钳的第二个小汽缸动作，推 动夹钳松开膜片，由下一个工位的两个成型模具( f o r m l ，f o r m 2 ) 利用负压把膜 片转移到设备的第三部分即成型部分。 5 工位：此时控制夹钳的第三个小汽缸动作，推动夹钳打开，如果振膜没 有在上一个工位被取走的话，此时就可以被回收管道的负压收回。这样就可以 避免因为振膜的存在而影响新一轮的振膜制造。 6 工位：维修工位，此处没有任何的辅助装置，相比其他的五个工位，此 处的空间相对较大，是为了便于夹钳的维修。 8 ( 3 ) 三单元振膜成型 振膜通过在仿形( f r o m ) 里面通过高温高压成型。图2 - 6 是成型后的振膜 外观。成型后图2 8 6 区域部分是振膜的工作部分，黄色区域外部是非工作部位， 是加工废料。图2 8 中的黄色圆圈也是在下一个工位的切割轨迹。 本工位的主要部件是上构件( 转换器) 和下托体。转换器的主要作用是握 持；成型；转移振膜。因为设备的仿形在这部分，本部分也有加热块对振膜加 热。成型时本部分不动，等待下托体向上运动和它密封后，通过下托体提供的 高压高热的空气来达到成型的目的。成型完成后转换器往复旋转1 8 0 度把振膜 转移到第四单元。在此工位有2 个仿形工装交替使用，提高了生产效率。 下托体的主要作用是通过凸轮的作用上下运动的同时提供高压高热的空气和 转换器配合来共同完成振膜的成型。在此工位时候，第二单元的夹钳在仿形的 正下面。仿形和振膜有轻微的接触。然后通过第三单元的下托体向上运动，接 触到仿形外罩，并且仿形部分密封，构成一个密闭的腔室，在下托体里面有加 热装置，提供1 8 0 度的热辐射。下托体部位有气管联通外界的高压气源，高压 气源提供高达18 b a r 的高压空气对振膜进行高温高压成型n 幻。图2 7 和图2 8 为上构件( 转换器) 和下托体的改造前的结构图。 图2 _ 6 半成品图片 f i g 2 6s e m 却r o d u c t 9 图2 - 7 三单元结j 句鞫 f i g 2 - 7 f o 朋咖g 图2 - 8 下托体放大图 f i g 2 - 8l o w e rf o mh o m 盯 ( 4 ) 四单元振膜切割( 旋转转台2 ) 振膜在第三单元完成热成型后由转换器将振膜转移到第四单元。在本单元 振膜要完成最终的切割，形成可以供扬声器使用的成品。为了更好的理解设备， 第二转台的六个载体按照工位编号如图2 9 所示： 1 0 图2 - 9 第二转台 毒 f i g 2 - 9 r o t a 伽n t a b l e t o o l 2 呷t 2 ) 此部分的切割是在2 工位由激光完成圆形切割。振膜由l 工位到2 工位的 时候，因为激光切割点是固定不动的，所以载体下端的摩擦轮在此处接触到主 动轮，它在摩擦的作用带动下载体旋转，从而完成对振膜的圆形切割。为了确 保切割的稳定性，我们在控制激光焦距和能量的同时也要控制载体旋转的同心 ： 度问题。所以在下图中，我们可以看到为了确保载体旋转地同心度，用三点定 位控制切割的精度n 钔。 切割完成后振膜在4 工位被取走并码放在5 工位空管中，以便生产线的使 用。生产线的喂料设备也是使用同样的容器。由于工装的互换性好，这样可以 提高生产效率，减少额外的入力支出。 ( 5 ) 五单元振膜码放 在上一个工位切割完的振膜通过一个真空吸头把它传递到本工位，吸头会 把振膜直接放到储膜管里，如图2 一1 0 所示。这里有六个储膜管以供使用。当 一个储膜管储满之后，振膜码放工位会在电机的带动下选转6 0 度，这样另一 个空管就可以继续存放振膜了。为了方便振膜管的互换性和通用性，c e l l 2 的 喂入工位设计和本设备的这个工位是一样的，存放振膜的储膜管可以直接安装 到c e l l 2 的振膜喂入工位上使用 图2 1 0 振膜码放工位 f i g 2 l om e m b r a n e 鲥a c ks t a 妇o n 1 2 2 2 振膜拉伸设备存在的问题 ( 1 ) 振膜喂入部分 张力控制：振膜拉伸设备的原理是将将薄膜进行纵向拉伸，根据工艺的 要求拉伸比率从1 1 到1 3 之间n 钉。由于夹钳的夹持原理是从振膜的一端开始 夹持的，加持力不均匀，该工艺在实际应用中存在着教多的问题。例如薄膜厚 度均匀性较差，膜片有褶皱。振膜的张力控制是通过送料电机定长送料来控制 原材料拉力。这种张力控制方式不精确。张力的恒定将决定产品的质量稳定性。 因为张力的适合与否将决定第二步送膜量与否准确。因为每卷振膜卷材的张紧 程度是不同的，如果振膜的内外张力不匀的话，那么电机需要的进给量就有区 别，由于张力的差异，同样也会造成每卷振膜的张力是不匀的，同样对于同一 卷振膜来说，卷内部分和卷表部分的张力的大小也不同。想要控制振膜的产品。 质量就要从振膜拉伸设备上解决这些问题。这样就会造成频繁的调试设备，来 平衡振膜的拉力，这样不但会影响产能也同时会造成大量原材料不必要的浪 ； 费。 。 送膜：这种传动方式有其优点的同时也有其无法克服的缺点。因为机械手 的工作部位是平带故要求上下两根皮带的配合紧密，二者之间不能有间隙，否r 则夹持振膜的一侧会造成振膜的受力不匀而产生形变n 鄹，同样因平带磨损后容 易打滑，送膜量不能按照设定的固定长度进给，也会为连续生产造成障碍。由 于振膜在皮带中间，整个振膜被皮带包覆，进给效果如何不易观察，如图2 1 l 所示。不利于操作员随时观察振膜的进给效果。皮带长期的使用后会造成磨损， 磨损后就会产生粉尘和污垢，这些杂质附着在皮带上，所以这些粉尘和污垢就 会通过皮带在粘附在振膜上，就会使扬声器的振膜在振动时产生噪音。 1 3 图2 1 1 设备改造前的传动方式( 图中红色箭头是振膜的喂入方向和位置) 量蟹2 - l lm e m b n n ef e e d 盯 激光预切割：卷材放到设备上后，通过电机定长送料的方式预紧后，再通 过上下两根平带夹持住振膜，然后喂入设备，振膜喂入设备后由二氧化碳式激 光发生器对振膜进行定长切割，使切割后的振膜达到加工需要的长度，如图 2 1 2 。 由于激光切割的特点是热熔，因为振膜的材料是p e 膜，由于振膜材质的 特殊性，所以被激光热熔之后就会有融化的颗粒产生，而这些颗粒过大就会造 成振膜边缘的凹凸不平，由于振膜边缘的凹凸不平，以至于振膜的边缘夹持受 力不匀，这些凹凸不同就会给振膜的夹持，转移等带来负面影响n 射。比如当振 膜在下一个工位预热的时候，由于振膜的四个边受力不匀，这样振膜的表面就 会产生细小的褶皱。褶皱会对扬声器的声学表现产生极大的影响。同时这些极 其细小的褶皱极难用肉眼发现，需要用显微镜才能够将它们辨认出来。但是由 于设备的特性和原材料的差异，生产线的员工就需要频繁的调整激光的焦距和 能量值等关键参数来确设备的稳定性。 图2 1 2 激光预切割 f i g 2 - 1 2 l a s 盯 1 4 ( 2 ) 振膜预热( 旋转转台1 ) ： 振膜在本部分由夹钳握持加工。由于夹子的开合方式是杠杆原理，因此夹 子只能从点到线来夹持振膜。因此在夹持的时候，夹钳的夹持是从一端开始的， 从里向外逐步夹持，这样就会造成振膜夹持受力不均，从而造成成型的时候成 型不匀。也就会带来很多问题。如：夹持力不均匀，夹持后振膜变形等n 7 1 。夹 子的控制是由气缸上下运动来推动的，汽缸的动作比较迅速，故其上下运动的 时候动作较快，容易造成振膜位置的偏移甚至脱落。振膜在受热烘烤的时候就 会受力不匀，在振膜的表面就会形成极其细小的褶皱n 耵，这些细小的褶皱都是 不允许存在的，因为存在褶皱的振膜被装配成扬声器后会造成扬声器的声学废 品协频失真。 ( 3 ) 振膜切割( 旋转转台2 ) 本部分是振膜质量控制的关键部分，因为振膜的外圆是否和内圆同心将 直接关系到生产线的装配。从图2 1 3 可以看到两个o 1 5 的尺寸。这是音圈两 侧的间隙。间隙的大小由音圈是否和磁体同心决定，而音圈位置由振膜决定， 因为音圈直接粘在振膜上，振膜的同心度是由其外沿决定的。 芦； 彩8 1 士o o 5 删 瓣 一 彩8 士o o 、 城 冒笏笏钐钐杉杉形钐黝蕊 乡 懋黼瀚黼毽 一 够9 $ 2 士o 图2 1 3 扬声器的剖面图 f i g 2 一1 3d r a w i n go fs p e a k e r 啪s sc u t 如果振膜不同心，那么就会造成音圈的不同心，音圈的不同心就会造成 音圈和磁体或者盆架发生刮蹭，就会造成扬声器的声学废品噪音。反映到扬 声器上就是杂音。如果音圈偏心再严重一些就会造成协频失真，由于扬声器 1 5 的发声是靠振膜的振动，反映到扬声器上就是振膜的振动不垂直，从而产生更 大的噪音，应用在手机上的后果就是听不清对方在说什么，而且对耳膜也有损 伤。 振膜的同心与否是靠激光切割来控制的。激光设备是固定在设备上不动 的，握持振膜的载体旋转配合激光来完成最终的膜片的外沿的圆形切割。由上 面所述可以知道，振膜的切割质量好坏与否是由载体旋转的状态决定的。为了 确保振膜外沿切割的圆度，就需要保证载体在旋转的时候匀速而且同心。由图 2 1 4 可知，载体的3 点定位可以保证振膜切割的同心度。载体旋转的匀速与否 也会影响振膜外沿精度。 图2 - 1 4 载体传动图 f i g 2 - 1 4r t t 2p i d d u c tc a 耐e rd i 如e r 如果载体长时间停留在固定位置，激光就会把切割轨迹的周边部分也烘 烤变形。由于载体的转动是靠摩擦，载体的旋转不会匀速旋转，振膜周围激光 停留时间长短不一，如果激光照射时间长则振膜融化较多，就会在切割后的圆 形振膜的外沿产生大的颗粒，影响振膜在生产线的装配。上图红色部分所示为 载体的传动部分，主动轮是里面的带2 个橡胶。型圈的轮子，被动轮是压菱形 花纹的轮子。由于六个载体的同心度问题，o 型圈的磨损问题等等都会造成六 个载体旋转不匀速。从而造成振膜外沿的不同心或者外沿有颗粒，这些情况都 会造成扬声器的声学废品。 1 6 2 3 振膜拉伸设备改进的必要性 振膜是扬声器的核心部件，其成本占扬声器总成本的百分之三十左右。 通过对振膜拉伸设备的改造我们就可以节省百分之四十六的振膜成本。那么， 扬声器的总成本就可以节省百分之十三左右。同时设备存在诸多缺陷，如果用 有缺陷的振膜装配扬声器，不但会造成振膜的浪费也会造成其他部件的浪费。 为了提高产品竞争力和公司效益，振膜拉伸设备的改进尤其有必要。 从理论设计的图纸2 1 5 中，我们可以看到各部分的详细尺寸和公差的大 小。图中的关键尺寸是：两个0 1 5 的尺寸。这是音圈一磁碗；音圈一磁铁的两 个尺寸，用来确保音圈和它们的同心度。然而音圈的位置是由其和振膜的位置 决定的。因为音圈是粘在振膜上的。所以振膜的圆度，位置等才是最关键的因 ， 素。如何保证膜片的位置是整个工艺的重点。不光要确保装配过程的稳定性，毫 我们也要保证原材料( 膜片) 加工过程的工艺稳定型和最终的产品质量。 图2 1 5 ：扬声器理论设计的剖面图 f i g 2 - 1 5d r a w i n go fc m s sc u t 1 7 图2 1 6 ：扬声器剖面图 f i g 2 - 1 6s p e a k e rc m s sc u t 通过图2 1 6 可以看到振膜的外形比较圆滑，平整并且和音圈很好的贴合。 由于振膜的外沿平整光滑所以它和支撑部分一盆架的配合较好。由于振膜和音 圈是固定在一起的，而磁铁等和盆架又是固定在一起的。所以通过音圈和磁铁 的相对位置的同心度就可以验证振膜和盆架的同心度。由于盆架是注塑产品， 由于其工艺的稳定性其圆度和表面粗糙度是很容易符合产品要求的。所以通过 产品的剖面图就可以验证振膜的切割效果。从而得出振膜拉伸设备的真实工艺 水平n 町! 如何提高加工过程的经济性( 振膜切割部分的节省) 和振膜拉伸设备的工 艺稳定性( 振膜的切割边更加光滑) 是本文所要研究课题的主要内容和研究的 方向! 1 8 第三章振膜拉伸设备改进方案与措施 3 1 总体改进方案 设备改进的人员安排：本设备的四大部分需要改进：振膜喂入，振膜预热， 振膜成型，振膜切割。公司成立了改造组，由本人任组长，根据改进部为下设 四个小组。每个小组设两个成员一小组长和成员。共同完成设备改进的测绘， 出图，装配和调试。随着计算机技术的发展，计算机在各方面的应用越来越广 泛。各类c a d 软件也得到了迅速的应用和发展，c a d 技术跃上了一个新的台 阶n 。我们所使用的绘图软件是a u t o d e s t 公司出品的a u t oc a d 和p ，r c 公司出 品的p r o e 软件绘图。p r o e 软件可以直接进行三维、二维图形的相互转换嘲。 在零件设计、模具设计、加工制造等任何环节中对数据的修改，都可自动反映 到其他相关的各个环节，从而保证设计和制造等各个环节数据的统一胁1 。 设备改进的费用：设备的改进分为两大部分：机械和电气。机械部分由我 们负责，电气部分的程序编写由设备供应商p t s 完成。所有的改进费综合在一 起再分摊到每台设备上，那么每台设备的改造费用大概是9 万元人民币左右， 镀 本次改进共花费人民币伊9 = 5 4 万。表3 1 为我公司设备改造进程图。 表3 1 设备改进时间表 i i a b k3 lz 硼姒i m p i 叭r e m e n ts c h e d u l e 振膜拉仲设备改进项目进程表 改进时闫表 囊序改矗 吝月羹 嚣5：& i撇8撇92 & 始溉j l触：2娩32 d 照j2 童3撇嚣t52 。媛挎 1改赶i 顶1黝 2碱墩j i j 组( 姐) 1 燃 3各惝确定改妨向 2 隧黝 4完成改进图纸2缀溺 5根据图绷0 璐件2缫澜 6瓣备件 蝴弼澡 o 5 7改进图纸 0 5 幽 8设备试运行验证改进效臬3蹴戮燃 9改艘臬在全厂铺开6镞黝 1 9 3 2 一单元振膜喂入部分 在本部分由于振膜张力和切割的问题比较显著。所以如何让设备自动调节 张力和改进切割的问题就是我们的改进方向。所以我们准备从这些方面着手来 相应的改进设各。具体改造细节如下所示： ( 1 ) 进给轨道变窄 为了适应新宽度的振膜我们需要把各个支撑轮的宽度从6 5 n u n 调整到 3 5 m m 。由于支撑轮的两个档边都是用螺钉定位紧固的，所以支撑轮的宽窄是 可以调节的，通过调节螺钉来调节支撑轮的宽度，从而达到我们所需求的宽度 即3 5 彻m 。调整后的设备如图3 1 所示： 图3 1 喂入轨道 f i g 3 1f e e d i n 9 1 n r a c k ( 2 ) 振膜张力的调整 原来的振膜张力是靠电机的进给来调节的，也就是说每生产一片膜，电机 旋转一个设定好的角度来送膜达到调节张力的目的，前提是每卷膜在成型卷绕 时的张力必须一致，否则就会出现电机定长进给后振膜的松紧不一致。只有调 整电机旋转角度，否则进给不是过多就是太少，进给过多会造成比必要的浪费， 进给过少造成振膜不完整，也是一种浪费。即使同一卷的振膜由于表面和里层 的张力不匀，同样会遇到这种情况。 为了避免不必要的浪费和增加产能，可以通过增加张力调节装置即进给部 分增加配重( 图3 5 中用绿色的圆圈标示) 和送膜传感器这样的机构来调节振 膜的张力。在张力调节上我们用一个调节轮作为张力调节器，通过3 个传感器 来调节电机的进给，我们给传感器从上到下的顺序标号，分别为l 2 ，3 号传感 器。在下图中用红色圆圈标示的为传感器的位置。当调节辊达到1 号传感器的 位置的时候，说明振膜一次进给的振膜快用尽了，也就是说如果送膜电机不送 膜的话，振膜的张力就会变大，此时送膜电机开始旋转，振膜进给，此时的张 紧轮开始下滑，当下滑到2 号传感器的位置时电机停止送料，在整个的过程中 振膜的张力是均匀的，因为振膜的张力都是由张紧轮的重量控制的。张紧轮的 重量是2 7 5 9 ，这个重量可以把振膜拉紧而且没有大的形变满足生产需求。然而， 当没有振膜的时候，张紧轮就会继续下滑到3 号传感器的位置，此时电机停止 旋转设备报警提示材料用尽。图3 2 ，3 3 ，3 - 4 为设备的加工图纸。 振膜张力调节装置是由张紧轮和导轨组成。张紧轮的材质是铝合金材料其 大小和材质同其他的导向轮是一致的。并且张紧轮的护边是可以调节的用以适 应不同宽度的振膜。通过加装配重，可以解决振膜的松紧的问题，也就是说通 过配重的调节我们可以解决振膜每卷之间的张力问题，也可以解决振膜每卷的 里外之间的张力不匀的问题，通过恒张力来调节振膜加工时的张力不匀。通过， 加装传感器来调节振膜迸给问题，这样电机就不会根据设定值自己定时送料而 是根据振膜张力传感器发出的信息来调节进给。以前物料用尽时设备也不会报， 警且继续空转。这样不但造成产量的损失也会造成电能的损失。加装了传感器， 设备没有振膜后就会设备停机并且伴随着声光报警，这样就解决了设备空转没 人发现的问题。 ，置；t 1 - q 逞 l ! ：! 副叁卜 | 厂 口 。r雨拶j 习拶匪 t l 嘲1 蟛 ，：y 心 随心 ：；，：、? h q 勺孙 一l ，? ：叩。梵 、2 xh 图3 - 2 配重导向轮 f 喀3 _ 2w b i g h t o f f o n 2 l 图3 - 3 右侧导向轨道 f i g 3 3 硒g h t n a c k 图“左侧导向轨道 f i g 3 4l e r1 【h c k 振膜进给部分改进后，张力调节部分的设备如图3 5 所示： 图3 - 5 振膜张力调节 量i g 3 5f o nf o r c ea d j u s t l n e n t ( 3 ) 振膜进给系统的改进 由皮带送膜变真空握持传递。目前公司的空气压力在使用的时候可以达到 6 m p a ，那么通过在设备上加装真空阀来控制真空值，在实际的