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引言
作为一种高端自动化设备，自动插针机广泛应用于接插件、端子及连接器等电子元件的生产流程中。该设备实现了从零部件装配、产品定型到最终性能检测的全流程自动化操作，显著提升了生产效率与产品合格率，同时有效降低了人力成本和资源损耗。随着工业自动化水平的不断提升，减少人工干预、提高运行速度已成为当前技术发展的重点方向。为此，业界在插针机的优化升级方面投入了大量研发资源，取得了显著进展。
[此处为图片1]一、绪论
（一）国内外插针机发展现状
近年来，随着电子制造行业的快速发展，对高精度、高速度装配设备的需求持续增长。国外在插针机技术研发方面起步较早，已形成较为成熟的技术体系和产业布局，尤其在控制精度与系统稳定性方面具有明显优势。国内虽然起步相对较晚，但通过引进消化再创新，已在部分领域实现突破，并逐步向高端市场迈进。
（二）控制系统的发展历程
早期的插针机多采用继电器逻辑控制方式，存在接线复杂、故障率高、维护困难等问题。随着可编程逻辑控制器（PLC）的普及，控制系统逐渐向模块化、智能化转变，大大提高了系统的可靠性和灵活性。目前，基于工业计算机与PLC协同控制的架构已成为主流。
（三）运动控制技术的发展状况
运动控制是插针机实现精确定位与协调动作的核心。传统控制依赖机械凸轮机构，调节不便且适应性差。现代设备普遍采用伺服电机配合精密导轨与编码反馈系统，实现多轴联动控制，具备响应快、定位准、程序可调等优点，极大增强了设备的柔性生产能力。
（四）伺服驱动技术的应用
伺服驱动系统作为执行单元的关键组成部分，直接影响插针动作的精度与速度。当前主流设备采用全数字交流伺服系统，具备动态响应好、控制精度高、节能高效等特点。结合位置、速度双闭环控制策略，能够满足高频次、高节拍的连续作业需求。
（五）论文主要研究内容
本文围绕插针机的安装、调试与维护展开系统论述，旨在帮助实习人员将理论知识与实际操作相结合，提升综合实践能力。内容涵盖设备功能解析、性能测试方法、典型操作流程以及常见故障处理等方面，涉及机械结构、气动液压、电气控制、传感器应用等多个专业技术领域。
二、插针机概述
（一）设备用途
插针机主要用于各类电子连接器中金属针脚的自动插入作业，适用于大批量、标准化产品的生产线。其核心功能包括自动送料、精准定位、压力控制、插装完成后的检测等环节，确保每根针脚插入深度一致、接触可靠。
[此处为图片2]（二）常见型号分类
根据自动化程度和应用场景的不同，自动插针机可分为全自动型、半自动型及专用定制型等多种规格。不同型号在产能、精度、兼容性方面各有侧重，用户可根据具体工艺要求进行选型配置。
（三）适用范围
该类设备广泛应用于通信设备、汽车电子、家用电器、医疗仪器等领域的连接器制造过程，尤其适合需要高密度、小间距针脚装配的产品，如板对板连接器、FPC连接器、排针排母等。
三、传统控制方法分析
（一）设备基本构成介绍
插针机由机械本体、传动系统、气动单元、电气控制系统及人机界面等部分组成。其中，机械部分负责执行插针动作；气动系统提供夹紧、顶升等辅助动力；电气系统则完成信号采集、逻辑判断与指令输出。
（二）传统控制方式说明
传统的控制方案多基于PLC为核心，配合按钮、限位开关、电磁阀、接触器等元件实现逻辑控制。通过预设的程序流程，控制各执行机构按顺序动作，完成一个完整的插针周期。此类方法结构清晰、成本较低，适用于工艺相对固定的生产环境。
（三）工作时序图解析
插针机的工作流程可通过时序图直观展示，包含上料→定位→夹紧→插针→保压→松开→下料等阶段。每个步骤的时间节点与信号状态均有明确对应关系，便于调试与故障排查。
[此处为图片3]四、安装与调试流程
（一）自动插针机操作步骤
1. 接通电源与气源，检查电压与气压是否符合标准；
2. 开启控制系统，进入主操作界面；
3. 调用对应产品程序，设置参数（如插针速度、压力值）；
4. 手动试运行各轴动作，确认无干涉现象；
5. 进行首件试产，检验插针质量；
6. 确认无误后切换至自动模式，开始批量生产。
（二）半自动绕线机操作步骤
1. 安装所需规格的线材卷盘；
2. 将线头引导至绕线起始位置并固定；
3. 设置绕线圈数、转速等参数；
4. 启动手动或自动模式进行绕制；
5. 完成后剪断线头，取下工件。
（三）自动浸锡弯脚机操作步骤
1. 检查焊锡槽温度是否达到设定值；
2. 放置待处理工件于载具中；
3. 启动设备，自动完成浸锡与引脚弯曲工序；
4. 取出成品，检查焊接质量与弯曲角度。
（四）自动铆铁芯机操作步骤
1. 将铁芯与线圈组件放入模具；
2. 启动设备，压头下行完成铆合；
3. 检测铆接高度与牢固度；
4. 排出成品，进入下一循环。
（五）二次电检测耐压机操作步骤
1. 将待测产品接入测试接口；
2. 设定测试电压、时间与判定标准；
3. 启动测试程序，设备自动施加高压并记录结果；
4. 根据提示判断产品是否合格，分类存放。
五、设备维修与维护
插针机在长期运行过程中可能出现定位偏差、气缸不动作、传感器失灵、程序异常等问题。维修时应遵循“先外后内、先简后繁”的原则，优先排查电源、气源、线路连接等基础因素。对于复杂故障，需借助诊断软件读取报警代码，结合电路图与气路图进行深入分析。定期清洁导轨、润滑传动部件、校准传感器位置，有助于延长设备寿命，保障运行稳定性。
[此处为图片4]参考文献
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[2] 李建华. 现代电气控制技术[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 2019.
[3] Wang L, Zhou Y. Advanced Motion Control in Industrial Automation[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2020, 67(5): 4123-4132.
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[5] 刘洋. PLC在自动化设备中的应用研究[J]. 工业控制计算机, 2022, 35(4): 67-69.
一、绪论
（一）伺服驱动技术概述
伺服驱动技术是实现精确运动控制的核心组成部分，广泛应用于自动化设备中。它通过接收控制器发出的指令信号，驱动电机完成精准的位置、速度和力矩调节。随着电力电子、微处理器与数字控制算法的发展，现代伺服系统已具备高响应性、高精度和强抗干扰能力，成为工业自动化不可或缺的关键技术之一。 在连接器自动插针机的应用场景中，伺服驱动系统负责执行关键的定位与插接动作，确保插针能够准确无误地插入PCB板上的对应过孔。相较于传统手动操作方式，伺服系统的引入显著提升了加工一致性与生产节拍，同时降低了人为误差的发生概率。（二）运动控制系统的发展现状
运动控制的概念起源于早期的伺服驱动技术。随着电力电子、微电子以及计算机技术的迅猛发展，传统的电驱动控制理念已无法全面涵盖现代自动化系统的需求。因此，大约在1988年前后，“运动控制”（MOTION CONTROL）这一术语开始在国际范围内被广泛使用。 所谓运动控制，是指在复杂工况下，将预设的控制策略和规划指令转化为所需的机械运动行为，以实现对位置、速度、加速度以及转矩或作用力的精确调控。该技术本质上是一种电机控制手段，融合了传感器技术、电力电子、微电子及自动控制等多个学科领域的交叉应用。 从结构上看，运动控制系统通常由两大部分构成：强电部分（即功率转换环节），主要依赖电力电子装置完成能量的变换与传输；弱电部分（即信号处理与逻辑控制环节），则依靠控制单元进行数据运算与指令下发。 控制装置的发展经历了从分立电子元件到集成电路，再到微型计算机主导的演进过程。尤其是微机技术的介入，使硬件主导的电路设计逐步过渡为软件主导的数字化控制模式，推动运动控制系统迈入全新的发展阶段。 当前主流的运动控制理论包括最优控制、自适应控制、滑模变结构控制、模糊控制、专家系统以及神经网络控制等，这些先进算法进一步增强了系统的智能化水平和动态性能表现。[此处为图片1]（三）可编程控制器的技术演进
20世纪60年代初期，工业控制主要依赖继电器组成的顺序控制器。这类系统依据预先设定的时间节点或触发条件运行，若需更改控制流程，则必须重新布线并调整物理硬件结构。这种模式不仅设计复杂、故障排查困难，而且严重制约了设备更新迭代的速度，限制了生产的灵活性。 1968年，美国通用汽车公司（General Motors, GM）作为当时全球最大的汽车制造商，提出了对新型控制器的需求。其核心目标是开发一种无需频繁改动线路即可适应不同车型生产的控制系统，从而缩短换产周期、降低维护成本。为此，GM发布了十项技术指标，并面向社会公开招标。 次年，即1969年，美国数字设备公司（DEC）成功研制出世界上第一台可编程逻辑控制器（PLC），并在通用汽车的自动装配线上投入使用，取得了良好成效。这款新型工业控制装置具有体积小、可靠性高、编程简便、环境适应性强等优点，迅速在各工业领域推广开来。 进入20世纪90年代，伴随计算机技术、通信技术和自动控制理论的深度融合，PLC的功能不再局限于简单的逻辑控制。其数据处理能力、网络互联能力和智能控制功能大幅提升，逐渐演变为具备高级计算能力的可编程计算机控制器（PCC），自1994年起正式被业界采纳为新一代控制平台。（四）国内外插针机技术发展概况
在全球工业化进程不断加速的背景下，工业制造已成为支撑社会主义经济发展的重要支柱。它不仅为企业创造了直接经济效益，也为社会财富积累和国民经济增强提供了持续动力。各类生产设备的进步反过来又促进了其他相关行业的协同发展。 近年来，无论是家庭环境还是办公场所中的电子产品，几乎都离不开连接器的参与。连接器作为一种用于连接两个有源器件的功能部件，主要用于传输电流或信号。其常见形态为金属与塑料结合体，在电路中断点或隔离区域之间建立起导通路径，使电流得以流通，保障电路实现预定功能。 在连接器制造过程中，插针机是最为关键的生产设备之一。相比人工操作，自动化插针机能显著提升作业效率，减少人力投入，降低材料损耗。特别是在应对高密度PCB板时，由于元器件数量增多、焊盘排列紧密且过孔尺寸各异，传统依赖手工定位与插针的方式已难以满足柔性化、大批量生产的实际需求。此外，长时间高强度的人工作业还会增加操作难度和出错率。 针对上述问题，本文提出并设计了一套基于三菱PLC与WEINVIEW人机界面（HMI）联合构建的自动插针机控制系统。该系统旨在将连接插针精准打入两块PCB板对应的过孔中，完成电气连接任务，替代传统的人工插接工艺，从而有效提升生产效率与产品一致性。 本控制系统采用模块化软件架构设计，具备良好的教学示范价值。通过人机交互界面可灵活调整机构位置参数，进而修改运动定位控制的相关设置。硬件平台保持基本不变的前提下，软件层面可根据学习或生产需要增减功能模块，极大程度上减少了二次开发的工作量和研发成本，有助于提升企业在市场中的综合竞争力。位置控制系统，也称位置伺服系统，是运动控制系统中的重要类型之一，广泛应用于各类自动化设备中。该系统需具备较高的控制精度（即定位精度）、良好的位置跟踪能力以及快速响应的动态性能。典型的位置伺服系统通常包含三个闭环控制环节：电流环、速度环和位置环，分别由对应的电流控制器、速度控制器和位置控制器实现，从而确保系统在动态与稳态下均能保持高精度和稳定性。
作为闭环自动控制系统的一种，伺服系统能够对目标物体的位置、方向及姿态进行精确控制，并可根据设定值实时调整输出以实现精准跟踪。其中，位置伺服系统因其出色的跟随性和控制精度，成为当前运动控制领域最具代表性的应用形式之一。其输出通常是空间中的位移量，当输入指令发生变化时，系统应能迅速且准确地复现这一变化量。无论是在工业生产过程中的定位、瞄准、跟踪任务，还是在信号传输与接收等场景中，伺服系统都发挥着关键作用。
[此处为图片1]论文主要研究工作
针式机器是连接器制造行业中的常见设备类型。提升引脚机的运行速度不仅能显著提高生产效率，还能有效减少人力投入并降低运营成本。因此，全球主要连接器制造商纷纷投入大量资源用于研发更高速度的针机产品。本人有幸参与了高速针式机的设计项目，主要负责电气控制系统的设计与实施工作。
高速引脚机采用三个伺服控制器配合若干分散的I/O点完成整体控制操作。通过对传统控制模式下设备难以实现高速运行的原因进行深入分析，本研究重点探讨了控制系统架构与通信网络的优化方案。基于贝加莱PCC控制系统的研究基础，实现了设备的工业以太网控制，并简要解析了在该系统下贝加莱伺服控制器的工作机制。所有控制策略的验证均在MATLAB环境下通过仿真完成。针对仿真过程中发现的问题，本文进行了成因分析，提出了相应的参数优化方法与控制改进策略，为实际系统的稳定运行提供了理论支持。
围绕上述研究主题，本文内容结构安排如下：
- 第二章：介绍插针机的型号、用途及其适用范围；
- 第三章：分析传统针机控制方式的特点，指出其在实现高速运行方面的局限性；
- 第四章：阐述基于高速计数器的硬件控制系统设计；
- 第五章：描述自动插针机的安装流程与调试过程；
- 第六章：探讨插针机的日常维护与故障处理方法。
二、插针机概述
自动插针机又称插针机设备或全自动插针机，是一种无需内置电脑芯片的机电一体化装置。其动力来源于一台电机，电机驱动主轴旋转，主轴上的凸轮机构带动销模上的“枕头”部件做上下往复运动，完成插针动作。
该设备具有操作简便、装配容易、维护便捷、工作效率高以及自动化程度较高等优点。作为一种实用性强的电子工业工具，已被众多制造商广泛应用于加工服务中，帮助客户提升产能并创造收益。
插针机在行业内还有多种称呼，如：插针机、插针机设备、自动插针机、全自动插针机、插PIN机、入PIN机等。
（一）插针机的用途
插针机不依赖电脑芯片控制，而是通过单一电机提供动力，驱动主轴转动，利用凸轮机构使安装在销模上的组件上下运动，完成插针作业。由于其结构简单、维修方便、易于实现自动化，因此在电子制造领域具有重要应用价值。目前，大多数电子产品生产企业使用插针机为客户完成销针插入工序，以此获取加工利润。
其适用对象包括但不限于：各类电子变压器线圈筒管、继电器线圈筒管、风扇电机线圈筒管、微电机线圈筒管、步进电机线圈筒管、高低包线圈筒管、充电器线圈筒管、感应线轴、中周线圈筒管、节能灯线圈线轴、汽车点火线圈筒管，以及其他需要嵌入销钉的塑料零件。
（二）自动插针机的型号
2.1 YCI-28S型
- 机身设计为30度倾斜，便于作业时的送料与卸料；
- 通用性强，仅需更换专用模具即可适应不同产品，换型时间短；
- 模具更换与调整简便，针长、咬花位置及深度均可轻松调节；
- 适用于圆形针、四角针、平板针等多种针型；
- 可同时插入20对针；
- 具备缺料检测功能，当线材用完或弯针缺失时自动停机并报警；
- 配备生产计数器，可预设产量，达到设定数量后自动停机并提示。
2.2 YCI–76S型
- 机器主体呈30度倾斜设计，有利于材料输送与成品卸出；
- 适用范围广，更换专用模具后可在短时间内切换生产型号；
- 模具操作便捷，针长、压花位置与深度调节灵活；
- 兼容圆形针、四角针和平板针，使用方便且实用性强；
- 支持同时插入20对针；
- 除可插入直针外，还可加工成“L”形（90度弯针）；
- 具备缺料保护功能，线材耗尽或弯针不足时自动停机并发出警报；
- 内置计数显示功能，可设置生产数量，完成后自动停止并报警。
（三）插针机适用范围
插针机广泛应用于各种需要将金属销针插入塑料件的电子元器件装配过程中，尤其适合大批量、标准化生产的场景。其核心优势在于高效率、低故障率和良好的可扩展性，适用于多品种小批量或单一品种大规模生产的制造环境。
自动销机广泛应用于多种电子元器件的制造过程中，主要用于各类线圈筒管的销钉装配。典型的应用对象包括电子变压器线圈筒管、继电器线圈筒管、风扇电机与微电机的线圈筒管、步进电机线圈筒管、高低压线圈组件、充电线圈筒管、感应类筒管、中间周向线圈结构、节能灯线圈筒管、汽车点火线圈筒管以及各类连接器等。这些设备适用于需将金属销钉精准插入塑料件中的工艺环节，确保电气连接的稳定性与可靠性。
在现代高科技不断发展的背景下，无论是家庭环境还是工业场所，电子设备中普遍存在连接器的身影。连接器通常由塑料和金属材料构成，其核心功能是实现导体之间的桥接，使电流能够在不同导体之间顺利传输。常见的连接形式包括线对线、线对印刷电路板、以及印刷电路板之间的连接。
[此处为图片1]
三、自动插针机的传统控制方式
（一）插针机概述
在连接器生产领域，存在多种专用设备，不同类型的连接器对应不同的加工工艺。其中，销机是一种通用性较强的生产设备，用于完成销钉的插入作业。本设计所采用的是凸轮式插针机结构（如图2-1所示），其端子送料、切割及插针动作均由凸轮机构驱动完成。
当塑料件需要安装多个PIN时，必须按照预定的PIN孔位置依次进行精确移动，以实现多位置销钉的有序插入。设备运行过程中，主凸轮机构持续旋转，同步完成端子的切割与插入动作。塑料件的位置则由供料系统提供，并通过角度分度实现周期性的精确定位切换。
[此处为图片2]
从控制系统的角度来看，由于端子的切割与插针功能均由机械凸轮实现，因此控制系统的主要任务是驱动主轴运转。这一过程可通过配置伺服电机来完成。考虑到塑料件需根据每个PIN孔的位置进行精确定位，系统采用“伺服电机+滚珠丝杠”的组合方式，以实现高精度的位置控制。根据实际生产经验，若销针位置偏差超过0.01mm，将直接影响装配效果和最终产品质量。因此，塑料定位所用的伺服电机必须在主凸轮规定的相位角度范围内完成精准定位。
由于主凸轮的时序角度在机械设计阶段已固定不变，塑料伺服电机的定位速度和准确性直接决定了整机的运行节拍。由此可推断：缩短伺服电机的定位时间，有助于提升设备整体运行速度，从而提高生产效率并降低单位生产成本。
（二）传统控制方法分析
传统的插针机控制系统通常采用主凸轮轴闭环控制策略（如图2-2所示），而X/Y方向的移动平台则采用半闭环控制方式（如图2-3所示）。整个系统控制架构如下：
[此处为图片3]
常规控制手段是在主凸轮轴上安装挡光片，并配合微小型光电传感器，向控制器发送位置信号，以此调节机械凸轮的相位 timing。同时，伺服电机编码器的差分输出信号接入PLC的高速计数器输入端口（如图2-4所示），利用高速计数器中断机制编写凸轮同步控制程序。该方案具有响应速度快、系统成本低、控制效率高等优点，广泛应用于中高端自动化设备中。
[此处为图片4]
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