彭战良- 基于各种铜合金线材加工的针孔接触件在后续成型中的自动化加工研究.doc

基于各种铜合金线材加工的针孔接触件在后续成型中的自动化加工研究彭战良 汤如洋 侯 力（陕西华达科技股份有限公司 昆山市佰奥自动化设备科技有限公司）摘要 本文论述了电连接器用各种铜合金线材加工的针、孔接触件在后续的成型加工中插合端劈槽及收口组合加工、尾孔及横孔组合加工、尾孔及焊线槽组合加工等实现自动化快速加工的方法，对提高生产效率、降低产品生产成本、保证品质一致性具有一定的现实意义和迫切性。关键词 电连接器 接触件 后续成型加工 自动化一 引言几乎所有的射频同轴电连接器，还有各类低频电连接器，都大量采用各种铜合金线材（铍青铜线、锡磷青铜线、黄铜线等）来加工各种各样的插针接触件、插孔接触件、内导体、外导体、接触头等圆柱回转体类零件。这类零件分两种类型：(1) 弹性接触件。其显著特征之一：插合端为孔状，具有两个或两个以上的直槽，常常在孔比较深的情况下（没有槽部分的孔深为孔直径的2倍以上），在靠近孔底部处设计有一个小的排泄孔横孔，该孔在电镀时是非常有用的；其显著特征之二：尾部有一个用于焊接或压接导线的直孔，同样在孔比较深的情况下，在靠近孔底部处设计有一个小的排泄孔横孔，该孔既用作电镀时的排泄孔，又用作焊接或压接导线时的观察孔。这类弹性接触件为了叙述方便以下统称“插孔接触件”，其典型结构如图1所示。图1 典型插孔接触件(2) 刚性接触件。其显著特征是：插合端为圆柱针状；尾部同插孔接触件一样，有一个用于焊接或压接导线的直孔，同样在孔比较深的情况下，在靠近孔底部处设计有一个小的排泄孔横孔，该孔既用作电镀时的排泄孔，又用作焊接或压接导线时的观察孔。这类刚性接触件为了叙述方便以下统称插针接触件，其典型结构如图2所示。图2 典型插针接触件目前，对于插孔接触件和插针接触件的前道工序外形毛坯的加工，大多数生产厂无一例外的采用凸轮自动机或数控纵切自动机来加工，加工质量好、稳定，一致性也好，生产过程自动化，生产效率高。但对于插孔劈槽、打横孔（有前横孔、尾横孔、中间横孔之分，中间横孔如射频同轴连接器外导体环氧树脂灌封孔等）、打尾孔、切焊线槽等工序的操作，因受凸轮自动机或数控纵切自动机的限制，大多数生产厂无一例外的采用后续加工，主要有：A. 制作专用钻模由零件钳工来钻各种横孔；B. 用电火花线切割机或专用劈槽机来切插孔或接触头头部的直槽、切接触件尾部的弧形焊线槽等；C. 用专用或特制铰刀来去除由钻横孔、切槽等工序产生的锐边毛刺；D. 用纯手工或非自动化手段来进行插孔接触件等有槽部位的收口和吊克力测试等。这几种传统加工方法，生产的零件人工参与较多，离散性大；零件质量和产品性能受操作者技术水平的不同而不同，一致性较差；生产效率低。虽然数控电火花线切割机劈槽或专用劈槽机效率较高，但线切割机劈槽后由于切面受高能量电流脉冲的烧蚀，在切面和孔的底部会残留腐蚀液及皂化液，在后续的强化热处理或时效热处理中经高温烧黑和氧化，使得其后续的电镀工序不易被酸洗及清洗掉，导致电镀后切面和孔底发黑现象，严重时产生零件报废，另外即使不发黑，其镀层附着力差，产品耐盐雾能力降低；专用劈槽机能大大改善腐蚀液残留、清洗不净、切面及孔底发黑和产品耐盐雾能力的问题，但劈槽精度差，槽、瓣会出现分布不均匀，导致收口歪斜和插拔力漂移；劈槽片铣刀高速旋转会在切面棱边部位产生毛刺，使钳工不易去除干净，操作时表面极易出现缺损或工艺划痕，影响外观等性能。下面从实现自动化快速加工、克服上述传统加工存在的不良因素角度出发，详细论述了电连接器用各种铜合金线材加工的插孔接触件、插针接触件在后续成型加工中的自动化加工方法，主要有：插孔接触件插合端劈槽及收口组合自动化加工方法；尾孔及横孔组合自动化加工方法；尾孔及焊线槽组合自动化加工方法等。二 插孔接触件插合端劈槽及收口组合自动化加工方法插孔接触件插合端劈槽及收口组合自动化加工方法是通过“BAZW系列自动化劈槽收口一体机”（由昆山市佰奥自动化设备科技有限公司专门研制，下同）来实现的。如图3所示，该设备由零件夹持机构、零件加工机构、成品收集机构、刀具运动机构四个关键部分组成。图 3 自动化劈槽收口一体机零件通过机械手自动夹持，定位后移位滑台分别带动刀具进行零件劈槽加工、去毛刺加工和收口加工；加工后的零件通过成品收集机构进行收集，实现零件与废屑的分离。实际生产时，可根据零件形状要求通过更换劈槽刀具一次性完成两瓣槽、三瓣槽、四瓣槽、五瓣槽、六瓣槽的劈槽加工，不同槽数的零件只需要更换相应的劈槽刀具及去除毛刺刀具即可。插孔接触件劈槽收口一体机能适应小批量和大批量两种加工模式：（1）小批量加工时，操作员手工将待加工零件预先放置到对应的承料板，再将装有待加工零件的承料板送入该设备上料机构的轨道，加工时由取料机械手循环取料。操作员只需一键启动，设备就能按照程序设定参数自动循环完成劈槽、去毛刺及收口组合加工，加工后的成品由收集机构逐一自动收集。当承料板缺少待加工的零件时，设备能自动检测、判定和报警，提示操作员更换另一块装有待加工零件的承料板，再一键启动继续加工。（2）大批量加工时，需要把设备的“承料板”换成“振动盘上料器”，操作员只需根据振动盘上料器的操作要求，适宜性的把待加工零件倒入振动盘料兜中，一键启动振动盘上料器后，它就能够把待加工零件在预先设计好的轨道中和轨道终端进行有序“排队”（形同“蚂蚁上树”），等待整机的取料机械手来循环取料。之后再启动劈槽收口一体机，其取料机械手、零件夹持机构、刀具运动机构、零件加工机构和成品收集机构就能按照程序设定参数，有序、协调的自动循环完成劈槽、去毛刺及收口组合加工，加工后的成品由收集机构逐一自动收集。在振动盘上料器的轨道开始、轨道中间和轨道终端处安装有检测用的光电传感器，当缺少待加工的零件时，设备能自动检测和判定，会等待待加工的零件继续“排好队”，预设的延时条件满足后，设备会继续自动循环加工。在设备整体运行中，任何机构出现故障，设备均能够自动检测、判定和报警，并停止工作，在人机界面显示屏显示故障代码或信息，提示操作员检查或调整。等故障排除后再启动“运行”按钮继续自动循环加工。在设备的成品收集机构上装有“计数器”，会随时“记录”加工后的成品零件数量，直接显示在人机界面显示屏上。目前为应对市场需求设备所具备的规格参数如表1所示，可根据用户的不同需求特殊定制其它规格参数。表 1序号技术项目规格参数1零件装夹范围外径1.55.0mm2零件内孔范围直径1.0 mm以上3劈槽瓣数可实现26瓣槽加工4加工毛刺无内孔毛刺，外毛刺小于0.03mm5可加工壁厚范围零件直径2mm以下，壁厚不超过0.3mm零件直径4mm以下，壁厚不超过0.5mm零件直径5mm以下，壁厚不超过0.8mm6劈槽深度孔深-2.5倍壁厚7劈槽宽度0.15 mm以上这种全新的自动化劈槽、去毛刺及收口组合加工方式，相比传统的加工技术，体现出很多优点，其主要对比如表2所示，加工的典型零件实物图片如图4所示。表 2序号传统加工技术自动化劈槽、去毛刺及收口组合加工1电火花线切割或专用劈槽机锯片刀劈槽，手工收口专用设备循环一次完成劈槽、去毛刺及收口，无需人工干预2效率低，8小时产量不超过2000 PCS效率高，8小时产量在6000 PCS以上3人工强度大，多槽零件需多次装夹操作，且需要熟练工才能完成无需人工操作，节省人力，单槽多槽零件劈槽、去毛刺及收口一次加工完成4人工参与较多，离散性大，质量需要靠人工的操作技术保证设备自动化循环操作，能很好地保证品质的一致性5线切割后切割面的镀层耐盐雾能力差机械切割，切割面的镀层耐盐雾能力较好6手工收口不易保证均匀分布，易出现歪斜，插拔力漂移不稳定机械机构收口，动作单一，靠收口模具保证，槽、瓣分布对称、均匀，圆度较好，插拔力较稳定图4 加工的典型零件实物图片三 接触件尾孔及横孔组合自动化加工方法接触件尾孔及横孔组合自动化加工方法是通过“BAZW系列自动化尾孔横孔一体机”来实现的，设备能加工的典型零件图和设备原理图如图5所示，设备外形图如图6所示。该设备同样由伺服承料板机械手自动供料装置/振动盘上料器机械手自动供料装置、零件定位装置、零件夹持装置、尾孔加工装置、横孔加工装置、冷却润滑装置、成品收集装置、电控系统和辅助系统等部分组成。图5 尾孔横孔一体机能加工的典型零件图及设备原理图图6 自动化尾孔横孔加工一体机外形图接触件尾孔及横孔组合自动化加工一体机，同样能适应小批量和大批量两种加工模式：（1）小批量加工时，操作员手工将待加工零件预先放置到对应的承料板，再将装有待加工零件的承料板送入该设备上料机构的轨道，加工时由取料机械手循环取料。操作员只需一键启动加工按钮，设备就能按照程序设定参数自动循环完成尾孔加工、横孔加工，加工后的成品由收集装置逐一自动收集。当承料板缺少待加工的零件时，设备能自动检测、判定和报警，提示操作员更换另一块装有待加工零件的承料板，再一键启动继续加工。（2）大批量加工时，同样需要把设备的“承料板”换成“振动盘上料器”，操作员只需根据振动盘上料器的操作要求，适宜性的把待加工零件倒入振动盘料兜中，一键启动振动盘上料器后，它就能够把待加工零件在预先设计好的轨道中和轨道终端进行有序“排队”，等待整机的取料机械手来循环取料。之后再启动整机加工按钮，设备就能按照程序设定参数自动循环完成尾孔加工、横孔加工，加工后的成品由收集装置逐一自动收集。如前所述，同样在振动盘上料器的轨道开始、轨道中间和轨道终端处安装有检测用的光电传感器，当缺少待加工的零件时，设备能自动检测和判定，会等待待加工的零件继续“排好队”，预设的延时条件满足后，设备会继续自动循环加工。在设备整体运行中，任何机构出现故障，设备均能够自动检测、判定和报警，并停止工作，在人机界面显示屏显示故障代码或信息，提示操作员检查或调整。等故障排除后再启动“运行”按钮继续自动循环加工。在设备的成品收集机构上装有“计数器”，会随时“记录”加工后的成品零件数量，直接显示在人机界面显示屏上。目前为应对市场需求设备所具备的规格参数如表3所示，可根据用户的不同需求特殊定制其它规格参数。表 3序号技术项目规格参数1钻孔（尾孔、横孔）的直径范围直径0.33.0 mm，公差范围：0.03 mm2工件装夹的直径范围直径0.56.0 mm3工件装夹的长度范围长度840 mm4钻孔深度范围孔的长径比7，公差范围：0.10mm5所加工尾孔与外圆的同轴度0.03 mm6钻头主轴转速范围800024000 rmin.7钻头主轴径向回转精度（前轴端悬伸30mm处） 0.02mm8钻头主轴轴向窜动精度0.02 mm这种全新的接触件尾孔及横孔组合自动化加工方式，相比传统的加工技术，体现出很多优点，其主要对比如表4所示。表 4序号传统加工技术自动化尾孔及横孔组合加工1手动钻床，尾孔、横孔分开加工全自动化，无人工干预，尾孔、横孔同时加工2效率低，8小时产量不超过2000 PCS效率高，8小时产量在5000 PCS以上3人工强度大，需要完成复杂的上下料动作，需要熟练工才能完成无需人工操作，节省人力，降低劳动强度4质量需要靠人工的操作技术保证设备自动化循环操作，能很好地保证品质的一致性四 内导体或外导体横孔自动化加工方法射频同轴连接器尤其是大多数射频微带同轴连接器，在其外导体（外壳）外圆上有一个用于灌封环氧树脂的通孔，在其内导体（或插孔接触件）外圆上有一个或两个用作排泄孔、观察孔或焊接孔等用途的不通孔；同样在部分低频连接器的插孔接触件外圆上有一个或两个用作排泄孔、观察孔或焊接孔等用途的不通孔；等等。这些零件横孔的加工全部可采用“BAZW系列自动化横孔加工机”来实现快速高效的自动化生产。加工方法同本文的“自动化尾孔及横孔组合加工机”类同，只不过去掉了“高速钻削尾孔机构”，但又可以增加“高速钻削横孔机构”，以实现一次性加工多个而且孔径不一样的横孔（一个孔径对应一套高速钻削横孔机构，避免换刀。当然，一套高速钻削横孔机构可以装接多种孔径的刀具）。该设备的外形如图7所示，它通过机械手和伺服机构快速上料和钻孔，效率高；所加工出来的横孔不产生毛刺，无需再进行去毛刺工序；节省人力，能降低劳动强度；品质一致性好，通用性较强，能扩展适用更多规格的零件生产。图7 自动化横孔加工机外形图五 接触件尾孔及焊线槽组合自动化加工方法无论是射频同轴连接器，还是低频连接器，其锡焊式接触件（插针或插孔）尾部均设计有用于容纳导线、便于焊接及焊锡易填充的圆柱孔和圆弧端面（以下简称尾孔及焊线槽），典型结构如图8所示：图8 接触件尾孔及焊线槽典型结构图这类尾孔及焊线槽的传统加工方式是，先加工尾孔（仪表车、自动机、打孔机等），再单道工序加工圆弧焊线槽（铣削、磨削，更多的是用线切割切出），其缺点是前后工序分散，效率低，同样由于线切割切面受高能量电流脉冲的烧蚀，在切面和尾孔的底部会残留腐蚀液及皂化液，在后续的强化热处理或时效热处理中经高温烧黑和氧化，有时候即使不经过热处理，在后续的电镀工序中，其残留液或发黑氧化层也不易被酸洗及清洗掉，导致电镀后切面和尾孔底部易出现发黑、发暗或有微小黑点的现象，直接造成可焊性降低或焊接不良的隐患。新开发的“BAZW系列接触件尾孔及焊线槽组合自动化加工机”能较好地解决上述问题，加工效率高，切面高速铣削加工，光滑无毛刺。该设备专为连接器接触件尾孔及焊线槽加工而设计，它的加工原理、性能参数及操作方法和前述设备大同小异，这里不再叙述。