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[摘要]阐述翻版制造铝电解电容器生产专用设备200型全自动卷绕机的目的，详细介绍从测绘准备到制造加工最后到装配调试的过程，同时提出了几处改进措施，应用后取得良好效果。
[关键词]电容器 卷绕 设备 机械 制造
中图分类号：TP2文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0320097－02
一、引言
铝电解电容器是一种具有能储存电量，进行元器件充、放电，允许通过交流电而阻断直流电等性能的元器件，它具有比容量高，自愈特性好，具有单向导电性等特点。其主要功能为旁路、滤波、耦合等，应用于高清电视、LCD、DVD和MP3等产品中，近年来的需求增长颇为强劲。
铝电解电容器的生产工艺流程如下：
铝箔退火－铝箔腐蚀、清洗－铝箔赋能－铝箔开片－刺铆（正、负极）－卷绕－浸渍－自动装配－老练－分检－成品
以上每道工序分别由对应的专用设备来完成，在我国内地，铝电解电容器生产专用设备的设计制造远远滞后于铝电解电容器行业的发展，大部分仍需要进口，主要由日本和中国台湾引进。而进口设备一般价格比较昂贵，对于年生产量较大的电容器制造企业，如果能利用企业现有的通用机械设备自行翻版制造，则可以大大降低电容器生产成本。在南通同飞电容器有限公司本人与公司技术人员一起成立课题组对200型全自动卷绕机进行了翻版制造。
200型全自动卷绕机是铝电解电容器生产的专用设备，完成卷绕工序，是将正、负极铝箔和电解纸通过包卷针（轴）的高速旋转形成一定大小的芯包。该机型具有以下特点：自动化程度高，产品一致性好，效率高，它采用现代应用技术PLC，伺服电机控制，制造精度高。
二、对进口机型进行分析测绘
200型全自动卷绕机机械部分主要分为送纸装置、正负极铝箔进给装置、导引装置、卷绕装置、裁切装置、上浆装置以及各部分传动装置并由面板、支架固定。在测绘现场根据装置拆分分别画出相对应的零件图草图并通过测量标注准确尺寸，一套准确的图纸是整个机型成功的基础，在核对无误基础上利用AutoCAD制图软件画出正式图并根据其工作状态和工作环境等因素确定材料、公差、表面粗糙度、技术要求及便于加工的工艺性要求，最后根据各个装置中零件的工作位置用插入法绘出各部件的装配图，在绘制过程中注意配合公差的对照检查。在测绘过程中主要遇到以下几大问题：
1．凸轮的绘制：200型卷绕机结构精巧，大部分动作由凸轮进行控制，既有控制拉纸动作的槽轮，也有控制送箔、纸槽运动等动作的盘轮，更有控制卷针往复运动的圆柱凸轮，共有大小凸轮几十只，如果凸轮测量不准，就会影响到相关运动的平稳性与精确性，就会出现冲击现象与位置不准等诸多现象。我们采用分度法进行凸轮的测量，即用铣床分度头配合千分表进行。主要分以下几步完成：
（1）观察凸轮的形状，如凸轮轮廓是否对称；确定凸轮轮廓的组成，工作面是曲线、直线及其它。
（2）确定圆心及初步确定各段轮廓曲线的角度范围并做记号。
（3）量具准备：铣床分度头；带有准确顶尖孔的中心轴棒；划线盘；改装成尖锥形的千分表量头，且必须经过淬火；千分表及表座。
（4）安装调整：确定测量起始点；把装有中心轴棒的凸轮装在分度头上，用划线盘的划针加以调整对正；把千分表固定在测量台上，使千分表测量杆的轴线垂直于中心轴棒，并使两轴线在同一平面内；在测量起始点处将千分表调整为零点。
（5）测量：凸轮作逆时针旋转，每转过一个角度，就记录一个相应数值，填写在专用的记录表格里。测量时根据每个凸轮轮廓的具体情况确定测量数值的旋转角度，一般在轮廓曲线变化的起始点及终止点附近，测量的数值多一些，以便能根据测量的数值进行分析，从中找出各段轮廓曲线的准确角度范围。
（6）根据工作面的测量数值及角度值画出从动件位移图，并以此确定从动件的运动规律，确定工作轮廓曲线是阿基米德螺旋线、正弦曲线还是余弦曲线。
（7）结合解析法进行数据校正。
（8）绘制凸轮轮廓曲线。
（9）凸轮其余尺寸测量并保证与凸轮工作曲线的相对位置准确。
（10）利用AutoCAD软件画出凸轮图，包括零件图和工作曲线图并根据各凸轮工作状态和工作环境标注准确的配合公差、表面粗糙度和工作曲面的表面热处理要求。
2．包卷针与包卷轴的绘制：包卷针与包卷轴是200机型的核心部件之一，通过包卷轴带动包卷针的高速旋转将正负极铝箔和电解纸生成芯包。包卷轴属于细长轴，尾部外圆与轴承座相配，中部与滑套相配并滑动，头部与包卷针及包卷针套相配，三外圆处同轴要求高，否则就会出现偏心晃动及导向不正等现象，在图中注明对同轴度、表面粗糙度及表面质量的特殊要求。
3．切箔剪刀的绘制：200型卷绕机共有两副切箔剪刀，正负极各一副，工作位置在包卷轴两侧，厚度仅几毫米，长度和宽度有几十毫米，属薄壁件，剪切铝箔时同时动作，每分钟动作40余次，一般机型上此类零件材料用Cr12或者3Cr13，观察进口机型剪刀也是同种材料，但考虑到其刀口易磨损，现改用为刀身用45钢不需要热处理，刀口用高耐磨材料硬质合金，既可以避免用Cr12和3Cr13热处理时易变形的缺点，也提高了刀口的耐磨性。
另外如纸槽、送箔台、送箔轮、包卷针座、面板等一一绘制出图，共绘制近千张图纸，同时对相关零件配套改变相应尺寸以便卷绕不同规格的芯包。
三、零部件的加工
公司金工车间主要配置为通用机床，包括车、铣、刨、磨、钳及座标镗、线切割，在零件加工前合理制定加工工艺流程，确定各工序所用设备、工艺装备、加工余量和切削用量等，在零件加工过程中注重过程检验和最终检验，尽量保证以较低的成本加工出附合图纸要求的零件，利用以上机床可以完成大部分零件的机械加工，但对于表面热处理等工序由于条件所限考虑外协加工。
1．凸轮加工：凸轮加工均放在XK0532立式升降台铣床上完成。
各凸轮加工基本工艺流程如下：毛坯下料－粗车去除余量－调质－精车（凸轮工作面处放铣削余量2㎜，槽轮除外）－钳工划线（凸轮工作角度线、工作曲面线及其它固定槽和和孔线位置）－普通铣床去除大部分余量，凸轮型面处留2㎜左右余量，并尽可能地均匀一致－其余固定槽及孔加工（有些可在数控铣时起到安装固定作用）－数控铣床铣凸轮曲面－凸轮工作面高频淬火－钳工修整－表面处理。
在数控加工凸轮时注意：
（1）根据各凸轮的工作参数（基圆、升程角、回程角、停歇角、升程及曲面方程）利用数控系统的函数功能编制各凸轮的加工指令，注意刀具补偿。
（2）所用立铣刀应与凸轮跟随器直径相同。
（3）合理的切削速度和切削用量以保证凸轮曲面质量。
（4）注意切入和切出，避免过切现象。
（5）槽轮加工时用多刀切削，先用直径稍小铣刀逐步铣削去除大部分余量，最后用与凸轮跟随器尺寸一致的立铣刀精铣。
2．包卷轴加工：包卷轴属于细长轴，加工时采取以下措施保证尺寸及使用性能：
（1）粗加工后调质处理，增加轴的综合机械性能。
（2）两顶尖装夹，加工时使用跟刀架。
（3）用反向进给车削，减少轴向力的影响。
（4）选择适当的刀具及切削用量，加注充分的切削液。
（5）外元表面镀硬铬，镀层0.02mm，增加轴表面耐磨性。
3．包卷针加工：因卷针直径与钻头坯直径一致，材料选用钻头坯，由线切割机切割成型后再由钳工抛光。包卷针属于易损件，线切割加工时设计专用夹具将数件同时切割，提高切割效率。
4．燕尾及燕尾槽加工：所有带有燕尾及燕尾槽工件的斜面的粗精加工和最后的修磨均放在刨床上进行，修磨时利用自制磨头通过滑枕的前后移动进行滑配，达到良好效果。
其余零件严格按照各自的工艺流程卡片进行加工，共加工零件近千件。
此外根据该机所需的西门子PLC、伺服电机及电磁铁、光纤、接近开关等各种电子元器件进行采购，无论进口件还是国产件均选用高性能元器件。
四、设备的装配调试，也是最关键的一步
按照先部件装配再总装的步骤、边装配边调试最后总调试的原则进行，在装配调试过程中尤其对几个重要动作部分进行精心调试并对一些可能出现问题处作了合理改进。
1．送纸装置：注意保证上、下纸沟槽在同一直线上，主要以调整下纸槽为主，避免电解纸出现蛇行和上下纸卷斜现象，同时也容易使夹纸钳定位时与纸槽获得最佳吻合。另外注意调整纸槽压杆，使之与纸面全面接触，也可以避免因单边压着引起的电解纸间隙造成的卷斜不良。
2．正负极铝箔进给装置：工作时铝箔由送箔台等送入，送入长度达到时经对下一支引线的检测产生一系列动作最后由切箔剪刀剪断，再与电解纸一起由包卷针卷绕成型。其中两引线间距由上一工序铆接工序保证，此装置调整重点是送箔台送入位置准确、不发生偏移、压箔板压力均匀等，并保证下一支引线到达检测元件处的同时让电磁铁产生动作，此时送箔台后退，切箔剪刀前进剪断。卷绕后保证两引线呈180°对称。
原来该机型引线检测采用光电开关检测，容易出现灵敏度低、反应慢、累积误差较大的缺点，在装配时改用了光纤控制，使之具有灵敏度高、反应快、减少累积误差等优点。
3．卷绕装置：200型卷绕机卷绕部分采用伺服马达及同步带轮传动，定位准确、速度快、传动平稳。但如果零部件安装时出现偏差也会造成包卷针（轴）跳动、定位不准等问题，在安装时采用了高精度轴承座代替普通轴承座，以百分表校正保证芯轴与工作面板垂直度，缩小离合器间隙等一系列措施，保证了该部件的定位精度和工作精度。
另外还对电解纸裁切装置装配调试使得切断顺利，对上浆装置装配调试使得上浆位置及上浆量附合工艺要求，对各部分传动装置调试使得各动作协调并设置准确的起始工作点及工作行程等等。
4．200型卷绕机控制系统采用了可靠性高、功能强的西门子可编程控制器PLC，通过PLC编程顺利实现对整机的逻辑控制、顺序控制、过程控制、运动控制以及数据处理（如计数功能）。在安装与布线时采取了动力线、控制线、PLC电源线及I/O线分别配线，将PLC的I/O线和大功率线分槽走线等措施，尽可能将干扰降到最低，同时正确选择接地点完善接地系统。
经过大家共同努力，对整机的装配调试工作得以圆满完成。
翻版设备最终能否投入使用，还要通过开机验收来确认。由检验部门会同生产车间对其进行验收，验收结果为：芯包直径φ5规格50V470μF，速度为44只/分钟，产量为92%开机率（四小时），产品合格率达到95%，完全符合使用要求。
进口200型全自动卷绕机价格为30万元/台，通过上述方法制造出的同种机型价格为13万元/台，通过这次成功翻版大大降低了铝电解电容器生产成本，同时也为今后其它机型的翻版制造积累了经验。
参考文献：
[1]杨黎明、黄凯、李恩至、陈仕贤，机械零件设计手册[M]．北京：国防工业出版社，1993.
[2]陈宏钧，实用机械加工工艺手册[M]．北京：机械工业出版社，2004.
[3]瘳常初，PLC编程及应用[M]．北京：机械工业出版社，2005.
[关键词]电容器 卷绕 设备 机械 制造
中图分类号：TP2文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0320097－02
一、引言
铝电解电容器是一种具有能储存电量，进行元器件充、放电，允许通过交流电而阻断直流电等性能的元器件，它具有比容量高，自愈特性好，具有单向导电性等特点。其主要功能为旁路、滤波、耦合等，应用于高清电视、LCD、DVD和MP3等产品中，近年来的需求增长颇为强劲。
铝电解电容器的生产工艺流程如下：
铝箔退火－铝箔腐蚀、清洗－铝箔赋能－铝箔开片－刺铆（正、负极）－卷绕－浸渍－自动装配－老练－分检－成品
以上每道工序分别由对应的专用设备来完成，在我国内地，铝电解电容器生产专用设备的设计制造远远滞后于铝电解电容器行业的发展，大部分仍需要进口，主要由日本和中国台湾引进。而进口设备一般价格比较昂贵，对于年生产量较大的电容器制造企业，如果能利用企业现有的通用机械设备自行翻版制造，则可以大大降低电容器生产成本。在南通同飞电容器有限公司本人与公司技术人员一起成立课题组对200型全自动卷绕机进行了翻版制造。
200型全自动卷绕机是铝电解电容器生产的专用设备，完成卷绕工序，是将正、负极铝箔和电解纸通过包卷针（轴）的高速旋转形成一定大小的芯包。该机型具有以下特点：自动化程度高，产品一致性好，效率高，它采用现代应用技术PLC，伺服电机控制，制造精度高。
二、对进口机型进行分析测绘
200型全自动卷绕机机械部分主要分为送纸装置、正负极铝箔进给装置、导引装置、卷绕装置、裁切装置、上浆装置以及各部分传动装置并由面板、支架固定。在测绘现场根据装置拆分分别画出相对应的零件图草图并通过测量标注准确尺寸，一套准确的图纸是整个机型成功的基础，在核对无误基础上利用AutoCAD制图软件画出正式图并根据其工作状态和工作环境等因素确定材料、公差、表面粗糙度、技术要求及便于加工的工艺性要求，最后根据各个装置中零件的工作位置用插入法绘出各部件的装配图，在绘制过程中注意配合公差的对照检查。在测绘过程中主要遇到以下几大问题：
1．凸轮的绘制：200型卷绕机结构精巧，大部分动作由凸轮进行控制，既有控制拉纸动作的槽轮，也有控制送箔、纸槽运动等动作的盘轮，更有控制卷针往复运动的圆柱凸轮，共有大小凸轮几十只，如果凸轮测量不准，就会影响到相关运动的平稳性与精确性，就会出现冲击现象与位置不准等诸多现象。我们采用分度法进行凸轮的测量，即用铣床分度头配合千分表进行。主要分以下几步完成：
（1）观察凸轮的形状，如凸轮轮廓是否对称；确定凸轮轮廓的组成，工作面是曲线、直线及其它。
（2）确定圆心及初步确定各段轮廓曲线的角度范围并做记号。
（3）量具准备：铣床分度头；带有准确顶尖孔的中心轴棒；划线盘；改装成尖锥形的千分表量头，且必须经过淬火；千分表及表座。
（4）安装调整：确定测量起始点；把装有中心轴棒的凸轮装在分度头上，用划线盘的划针加以调整对正；把千分表固定在测量台上，使千分表测量杆的轴线垂直于中心轴棒，并使两轴线在同一平面内；在测量起始点处将千分表调整为零点。
（5）测量：凸轮作逆时针旋转，每转过一个角度，就记录一个相应数值，填写在专用的记录表格里。测量时根据每个凸轮轮廓的具体情况确定测量数值的旋转角度，一般在轮廓曲线变化的起始点及终止点附近，测量的数值多一些，以便能根据测量的数值进行分析，从中找出各段轮廓曲线的准确角度范围。
（6）根据工作面的测量数值及角度值画出从动件位移图，并以此确定从动件的运动规律，确定工作轮廓曲线是阿基米德螺旋线、正弦曲线还是余弦曲线。
（7）结合解析法进行数据校正。
（8）绘制凸轮轮廓曲线。
（9）凸轮其余尺寸测量并保证与凸轮工作曲线的相对位置准确。
（10）利用AutoCAD软件画出凸轮图，包括零件图和工作曲线图并根据各凸轮工作状态和工作环境标注准确的配合公差、表面粗糙度和工作曲面的表面热处理要求。
2．包卷针与包卷轴的绘制：包卷针与包卷轴是200机型的核心部件之一，通过包卷轴带动包卷针的高速旋转将正负极铝箔和电解纸生成芯包。包卷轴属于细长轴，尾部外圆与轴承座相配，中部与滑套相配并滑动，头部与包卷针及包卷针套相配，三外圆处同轴要求高，否则就会出现偏心晃动及导向不正等现象，在图中注明对同轴度、表面粗糙度及表面质量的特殊要求。
3．切箔剪刀的绘制：200型卷绕机共有两副切箔剪刀，正负极各一副，工作位置在包卷轴两侧，厚度仅几毫米，长度和宽度有几十毫米，属薄壁件，剪切铝箔时同时动作，每分钟动作40余次，一般机型上此类零件材料用Cr12或者3Cr13，观察进口机型剪刀也是同种材料，但考虑到其刀口易磨损，现改用为刀身用45钢不需要热处理，刀口用高耐磨材料硬质合金，既可以避免用Cr12和3Cr13热处理时易变形的缺点，也提高了刀口的耐磨性。
另外如纸槽、送箔台、送箔轮、包卷针座、面板等一一绘制出图，共绘制近千张图纸，同时对相关零件配套改变相应尺寸以便卷绕不同规格的芯包。
三、零部件的加工
公司金工车间主要配置为通用机床，包括车、铣、刨、磨、钳及座标镗、线切割，在零件加工前合理制定加工工艺流程，确定各工序所用设备、工艺装备、加工余量和切削用量等，在零件加工过程中注重过程检验和最终检验，尽量保证以较低的成本加工出附合图纸要求的零件，利用以上机床可以完成大部分零件的机械加工，但对于表面热处理等工序由于条件所限考虑外协加工。
1．凸轮加工：凸轮加工均放在XK0532立式升降台铣床上完成。
各凸轮加工基本工艺流程如下：毛坯下料－粗车去除余量－调质－精车（凸轮工作面处放铣削余量2㎜，槽轮除外）－钳工划线（凸轮工作角度线、工作曲面线及其它固定槽和和孔线位置）－普通铣床去除大部分余量，凸轮型面处留2㎜左右余量，并尽可能地均匀一致－其余固定槽及孔加工（有些可在数控铣时起到安装固定作用）－数控铣床铣凸轮曲面－凸轮工作面高频淬火－钳工修整－表面处理。
在数控加工凸轮时注意：
（1）根据各凸轮的工作参数（基圆、升程角、回程角、停歇角、升程及曲面方程）利用数控系统的函数功能编制各凸轮的加工指令，注意刀具补偿。
（2）所用立铣刀应与凸轮跟随器直径相同。
（3）合理的切削速度和切削用量以保证凸轮曲面质量。
（4）注意切入和切出，避免过切现象。
（5）槽轮加工时用多刀切削，先用直径稍小铣刀逐步铣削去除大部分余量，最后用与凸轮跟随器尺寸一致的立铣刀精铣。
2．包卷轴加工：包卷轴属于细长轴，加工时采取以下措施保证尺寸及使用性能：
（1）粗加工后调质处理，增加轴的综合机械性能。
（2）两顶尖装夹，加工时使用跟刀架。
（3）用反向进给车削，减少轴向力的影响。
（4）选择适当的刀具及切削用量，加注充分的切削液。
（5）外元表面镀硬铬，镀层0.02mm，增加轴表面耐磨性。
3．包卷针加工：因卷针直径与钻头坯直径一致，材料选用钻头坯，由线切割机切割成型后再由钳工抛光。包卷针属于易损件，线切割加工时设计专用夹具将数件同时切割，提高切割效率。
4．燕尾及燕尾槽加工：所有带有燕尾及燕尾槽工件的斜面的粗精加工和最后的修磨均放在刨床上进行，修磨时利用自制磨头通过滑枕的前后移动进行滑配，达到良好效果。
其余零件严格按照各自的工艺流程卡片进行加工，共加工零件近千件。
此外根据该机所需的西门子PLC、伺服电机及电磁铁、光纤、接近开关等各种电子元器件进行采购，无论进口件还是国产件均选用高性能元器件。
四、设备的装配调试，也是最关键的一步
按照先部件装配再总装的步骤、边装配边调试最后总调试的原则进行，在装配调试过程中尤其对几个重要动作部分进行精心调试并对一些可能出现问题处作了合理改进。
1．送纸装置：注意保证上、下纸沟槽在同一直线上，主要以调整下纸槽为主，避免电解纸出现蛇行和上下纸卷斜现象，同时也容易使夹纸钳定位时与纸槽获得最佳吻合。另外注意调整纸槽压杆，使之与纸面全面接触，也可以避免因单边压着引起的电解纸间隙造成的卷斜不良。
2．正负极铝箔进给装置：工作时铝箔由送箔台等送入，送入长度达到时经对下一支引线的检测产生一系列动作最后由切箔剪刀剪断，再与电解纸一起由包卷针卷绕成型。其中两引线间距由上一工序铆接工序保证，此装置调整重点是送箔台送入位置准确、不发生偏移、压箔板压力均匀等，并保证下一支引线到达检测元件处的同时让电磁铁产生动作，此时送箔台后退，切箔剪刀前进剪断。卷绕后保证两引线呈180°对称。
原来该机型引线检测采用光电开关检测，容易出现灵敏度低、反应慢、累积误差较大的缺点，在装配时改用了光纤控制，使之具有灵敏度高、反应快、减少累积误差等优点。
3．卷绕装置：200型卷绕机卷绕部分采用伺服马达及同步带轮传动，定位准确、速度快、传动平稳。但如果零部件安装时出现偏差也会造成包卷针（轴）跳动、定位不准等问题，在安装时采用了高精度轴承座代替普通轴承座，以百分表校正保证芯轴与工作面板垂直度，缩小离合器间隙等一系列措施，保证了该部件的定位精度和工作精度。
另外还对电解纸裁切装置装配调试使得切断顺利，对上浆装置装配调试使得上浆位置及上浆量附合工艺要求，对各部分传动装置调试使得各动作协调并设置准确的起始工作点及工作行程等等。
4．200型卷绕机控制系统采用了可靠性高、功能强的西门子可编程控制器PLC，通过PLC编程顺利实现对整机的逻辑控制、顺序控制、过程控制、运动控制以及数据处理（如计数功能）。在安装与布线时采取了动力线、控制线、PLC电源线及I/O线分别配线，将PLC的I/O线和大功率线分槽走线等措施，尽可能将干扰降到最低，同时正确选择接地点完善接地系统。
经过大家共同努力，对整机的装配调试工作得以圆满完成。
翻版设备最终能否投入使用，还要通过开机验收来确认。由检验部门会同生产车间对其进行验收，验收结果为：芯包直径φ5规格50V470μF，速度为44只/分钟，产量为92%开机率（四小时），产品合格率达到95%，完全符合使用要求。
进口200型全自动卷绕机价格为30万元/台，通过上述方法制造出的同种机型价格为13万元/台，通过这次成功翻版大大降低了铝电解电容器生产成本，同时也为今后其它机型的翻版制造积累了经验。
参考文献：
[1]杨黎明、黄凯、李恩至、陈仕贤，机械零件设计手册[M]．北京：国防工业出版社，1993.
[2]陈宏钧，实用机械加工工艺手册[M]．北京：机械工业出版社，2004.
[3]瘳常初，PLC编程及应用[M]．北京：机械工业出版社，2005.