浅谈电镀自动生产线的设计

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期浅谈电镀自动生产线的设计

瞿晓勇

（东莞金迪化工原料机械设备有限公司，

广东东莞

５２３５７０）

收稿日期：２００７－１２－２９

摘要：论述了直线型电镀自动生产线的设计方法和步骤，指出了设计中应该考虑的主要问题。关键词：电镀；自动生产线；设计中图分类号：ＴＱ１５３

文献标识码：Ｂ

文章编号：１００９－９４９２（２００８）０５－０１０５－０４

１电镀的概念

电镀是利用电解方法对零件进行表面加工的一种工艺。电镀时零件为阴极，镀液中的金属离子在直流电的作用下沉积在零件表面形成均匀、致密的金属镀层。电镀必需的条件是外加直流电源、镀液和镀件及阳极组成的电解装置。

电镀的目的是通过改变零件表面的外观和物理化学性质，达到装饰性、耐蚀性和耐磨性等各种技术性能；还可以根据具体的工艺要求施加某种功能性镀层，如焊接性、电能性、磁能性、光能性镀层等，充分扩大金属材料的应用范围。

电镀已经遍及国民经济各个生产和科学领域中，尤其在机器制造、国防、电讯、交通、轻工业等行业已成为不可缺少的一部分。

２电镀自动生产线的组成及分类

电镀自动线是按一定的电镀工艺过程要求将有关镀槽、镀件提升转运装置、电气控制装置、电源设备、过滤设备、检测仪器、加热与冷却装置、滚筒驱动装置、空气搅拌设备及线上污染控制设备等组合为一体的总称。电镀自动线通过机械和电气装置自动地完成电镀工序要求的全部过程，因而生产效率高，产品质量稳定，劳动条件好。

电镀自动线一般按其结构特征、镀件装挂方式和镀层种类来分类。按结构特征可分为环形自动线和直线式自动线；按镀件装挂特征可分为挂镀自动线、滚镀自动线和带材连续自动线；按镀层种类可分为镀锌、铜－镍－铬、铝氧化等自动线。

３电镀自动线的设计方法和步骤

本篇主要论述直线式挂镀自动线的设计方法和步骤，

并结合具体事例予以说明。以下将以一条镀镍直线型自动线为例进行论述。

３．１电镀自动线的设计要求

例如：客户要求做一条电镀生产线，具体要求如下：电镀工件：大力钳；重量：０．５ｋｇ；表面积：３．５５ｍ２；产量：４００００件／天；镀种：光亮镍；设备种类：直线型自动线；车间可用尺寸：２７０００ｍｍ×８０００ｍｍ；工件外形尺寸：１８０ｍｍ×８０ｍｍ。

根据客户提供的原始资料数据进行可行性研究，初步确定工艺方案和设备选型方案。

３．２确定电镀自动线的工艺流程

工艺流程及参数是设计自动线的基础和关键，应根据镀镍的工艺特点来制定合工艺流程及参数。首先确定工艺程序、工艺时间、工艺温度。主要的工艺流程确定后，最好能在实验室里进行试验并做出样品，以便确定工艺流程的正确性，确定好的工艺流程可以填入《工艺流程及设备配置表》，如图１所示。

３．３确定电镀工艺设备参数配置

（１）计算吊臂的出货间隔时间和臂数

直线型自动线每臂的出货时间设计在５分钟左右比较合适，如果主要工序的电镀工艺时间较长，那么该镀槽就应该增加工位以保证出货间隔时间，工位也叫臂数。比如铵基黄酸镍工艺时间为５～８分钟，那么臂数设计为２臂比较合适。那么每臂的准确出货间隔时间就是４分钟，平均每小时出货１５臂。超声波除油工艺时间５分钟，也应设计为两臂。其它工艺时间小于４分钟的都设计为一臂。

（２）确定每道工序的槽体尺寸和槽体的材料

根据每小时的产量和每小时出货的臂数算出每一吊臂

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的总装货量。已知每天要求产量是４００００件，每天有效工作时间按２０小时计算，每小时的产时应为２０００件。已知每小时出货１５臂，每臂的装货总量应为１３３．３件。可按１４０件来设计。

根据每道工序的臂数、每一吊臂的装货量及工件的外形尺寸和重量来确定槽体的尺寸。在确定槽体尺寸时应对零件在挂具上的安装排列方式有所考虑。所有工序槽体的宽度和高度应保持一致，长度尺寸因臂数不同而不同。相同臂数的槽体尺寸应该相同。如果工艺时间长的工序因臂数太多导致槽体太长，可考虑分成几个槽体并排布置。

本例当中，当工序时间小于４分钟臂数只一臂时，槽体尺寸设计为８００ｍｍ（长）×１９００ｍｍ（宽）×１６５０ｍｍ（高）。当工序臂数为２臂时，槽体的尺寸为１６００ｍｍ（长）×１９００ｍｍ（宽）×１６５０ｍｍ（高）。

槽体的材料可根据缸内溶液种类、工艺温度及工艺特点的不同来选择适合的材料。一般槽体大都使用ＰＰ或ＰＶＣ材质。超声波缸体一般使用不锈钢材质，也有一些缸体是采用复合材质的。

（３）确定加热冷却方式及功率

如果工序工艺温度要求超过常温，那么槽体内就需要配置加热设备，槽体外需要相应保温层。一般可供选择的加热方式有蒸汽加热、煤气加热、电加热和热水加热几种。直线式自动线一般使用蒸汽加热或热水加热比较多，本例中采用热水加热。加热所需功率和热水消耗量可参考有关工具书来进行计算。

加热所使用的换热器材料可根据溶液性质和经济性方面来决定，一般常用的材质有铅合金管、钛合金管、聚四氟乙烯管、不锈钢管等材料。本例中热交换器材料采用钛合金管，做成蛇形管直接放在缸内来加热。

正常工作时槽体内发热量比较大的槽体就需要配置冷却管。本例中没有需要冷却的槽体。

（４）确定过滤机规格

一般电镀缸均需配备过滤机以保持溶液洁净，过滤机一般选用磁力防腐泵头，ＰＰ或ＰＶＣ材质做机身，过滤介质采用棉芯或过滤纸。过滤机每小时的流量应相当于镀槽容积的３～６倍。

本例中以光镍缸为例，缸体的尺寸为８００ｍｍ（长）×１９００ｍｍ（宽）×１６５０ｍｍ（高），容积为２．５ｍ３。那么过滤机的每小时的流量应大于２．５×６＝１５（ｍ３）。

（５）确定整流机规格

电镀时所需直流电的电压及电流密度按工艺规范要求采用。所需电流由每槽装载量与电流密度相乘得出。

本例中，整流机选用可控硅直流电源，电压为１２Ｖ。镀镍电流密度为２～４Ａ／ｍ２，镀槽的装载量为每臂的装货量乘以臂数。例如光镍缸为一臂，那么光镍缸装货量为１４０件，每个工作的表面积为３．５５ｍ２，那么光镍缸所需的最大电流应为４Ａ／ｍ２×３．５５ｍ２×１４０＝１９８８Ａ。选用额定电流为２０００Ａ的直流电源就可以满足要求了。

（６）确定溶液搅拌方式

溶液搅拌的方式有空气搅拌（打气）、机械搅拌（摇摆）及溶液循环搅拌几种。压缩空气搅拌是最普遍和最简单的一种溶液搅拌方式，所用空气是必须是无油压缩空气，现在普遍使用节能高效的旋涡式气泵供气。压缩空气的消耗量按每平方米液面约需压缩空气０．８ｍ３／ｍｉｎ计算，所需压缩空气的压力可按每米深度０．０１６ＭＰａ计算。

本例中，采用空气搅拌和机械搅拌两种方式，根据

图１工艺流程及设备配置表经验交流

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２００８３７０５机电工程技术!""#年第$%卷第"&期图３截面图

《工艺流程及设备配置表》中打气一项中的内容，共有１１个槽需要打气，液面总面积为２７．３６ｍ２，那么压缩空气的消耗量为２７．３６×０．８ｍ３／ｍｉｎ＝２１．８８ｍ３／ｍｉｎ。所需压缩空气的压力为０．０１６ＭＰａ／ｍ×１．６５ｍ＝０．０２６４ＭＰａ。根据计算结果就可以选择相应型号的旋涡式气泵。

铵基黄酸镍和光亮镀镍两个镀槽即有空气搅拌又有机械搅拌，机械搅拌主要采用阴极导电杆水平移动的方式。水平移动机构主要由电动机、减速器、偏心轮、连杆及滚轮组成。阴极移动的往复次数一般为每

分钟１０～２０次，移动行程一般为４０～１２０ｍｍ。

（７）确定抽风机规格

在产生有害气体的生产设备或工

作地点，必须配备抽风设备。排风量

的确定可以查阅有关资料来计算，也

可根据经验来确定，一般工艺槽可按

每平方米液面３５００ｍ３／ｈ～４０００ｍ３／ｈ左

右计算排风量。

本例中，共有电解除油、铵基磺

酸镍、光亮镍三个镀槽需要抽风装置，

抽风罩采用缸边双面抽风。三个槽的

液面总面积为６．０８ｍ２，所需的总排风

量为４０００×６．０８＝２４３２０（ｍ３／ｈ）。通

风机可以选择压力为２０００Ｐａ，流量

大于２４３２０ｍ３／ｈ的离心式ＰＰ材质通

风机。

《工艺流程及设备配置表》中的溢

流、纯水、排水、循环、喷淋和缸盖

等几项常规配置可根据工艺需要选用，

这里不再详细论述。

３．４设计总图及各部分零件图

根据《工艺流程及设备配置表》

内的工艺流程及缸体尺寸画出自动生

产线平面布置图和生产线截面图。平面图中应包括所有工艺槽、过滤机、整流机、配电柜、机架、风机、打气泵、冷水机、纯水机等工艺设备的排列布置和生产线的主要尺寸。并确定吊运机车的数量。吊运机车的台数应根据生产线的长度和吊臂的出货间隔时间来确定，如图２所示。截面图中应明确吊臂的提升极限位置、机架的结构、工件及挂具在槽内的位置、进排水管道的排列、抽气管道的位置及机架的主要轮廓尺寸，如图３所示。

图２生产线平面图

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完成测量后，开始误差补偿，令当前目标位置位移为

ｘ，指令位置为ｓｋ（ｋ＝０，１，２……ｎ），其中ｓ０＝ｘ，首先确

定ｓｋ所处位移区间，根据其所处区间左右两等分点位移及

误差数计算出相对指令位置的误差ｅｋ（ｋ＝０，１，２……ｎ），

其计算方法如式（１）所示。

ｅｋ＝ｓｋ－ｘａ

ｘａ＋１－ｘａｙａ＋ｓｋ－ｘａ＋１

ｘａ－ｘａ＋１

ｙａ＋１（１）

对定位误差补偿后，指令位置位移修正为ｓｋ＋１＝ｓｋ－ｙｋ，将其重新代入式（１）得出相对修正后指令位置的定位误差ｅｋ＋１，最后得出修正后相对目标位置的定位误差为ｅ＝ｘｋ＋１＋ｙｋ＋１－ｘ，如｜ｅ｜≤１０μｍ则认为已达到补偿目标，否则重复上述过程，直至｜ｅ｜≤１０μｍ为止。

５运动控制系统性能测试及实验结果在系统性能测试中包括两项内容：①运动控制精度测试；②可靠性和稳定性测试。

在定位误差测量实验中，以Ｘ、Ｙ两轴为实验对象，对其定位精度进行实验测试。实验中利用分辨率为１ｎｍ的ＲＥＮＩＳＨＡＷ－ＭＬ１０激光干涉仪进行测量。

对Ｘ、Ｙ两轴分别进行定位控制，两轴的有效行程均

为４６０ｍｍ，将４６０ｍｍ分为１０个等分段，每等分为４６ｍｍ，测试２个循环各分点定位误差数据，图４所示的为Ｘ轴和Ｙ轴位置精度曲线，在该图中，标示为（１）的曲线所示为前进行程位置偏差，标示为（２）的曲线所示为反向回程位置偏差，由图４可知，平台Ｘ向及Ｙ向定位误差均在±１０μｍ以内。

可靠性和稳定性方面通过客户反馈来获得测试信息。目前ＡＯＩ设备已投入市场，从用户反映来看，ＡＯＩ设备工作稳定可靠，完全可满足使用要求。

６结束语

本文研究了ＡＯＩ设备的运动控制系统。实际测试和应用结果表明，本运动控制系统定位精度高，运行稳定可靠，完全可以满足ＡＯＩ设备的使用需要。参考文献：

［１］周德俭．ＳＭＴ焊点质量自动检测与智能鉴别技术［Ｊ］．电子工艺技术，２００１，２２（２）：５６－５９．

［２］吴振纲，陈虎．ＰＬＣ的人机接口与编程［Ｊ］．微计算机信息，２００５，８－１：２１－２３．

［３］王华，张宪民，欧阳高飞．平面三自由度微动工作台的输入耦合分析［Ｊ］．中国机械工程，２００５，１６（５）：３７７－３８０．［４］王常力，罗安．分布式控制系统设计与应用实例［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００４．

［５］张进秋，陈永利．可编程序控制器原理及应用实例［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００３．

第一作者简介：李钦，男，１９８１年生，江西永新人，硕士研究生。研究领域：精密定位、精密测量。（编辑：梁玉）

（ｂ）Ｙ轴测试结果

图４Ｘ轴和Ｙ轴位置精度曲线

（ａ）Ｘ轴测试结果

根据生产线平面图和截面图，以及《工艺流程及设备配置表》中的相关参数绘制出机架及机车的总装配图。并确定机车马达及减速箱的型号。吊臂的升降速度和水平运行速度视驱动系统而异，现在一般采用变频器无级调速驱动，当采用此驱动系统时，平均提升速度在１４ｍ／ｍｉｎ左右，水平运行速度采用４～４０ｍ／ｍｉｎ。