CN109570391B - 一种绝缘栅双极晶体管加工装置和方法 - Google Patents

一种绝缘栅双极晶体管加工装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明专利提供了一种绝缘栅双极晶体管加工装置及其加工方法，通过手动放料、自动剪脚、自动折弯、自动卸料对绝缘栅双极晶体管进行剪脚折弯加工，与现有技术相比，本发明将会解决绝缘栅双极晶体管生产效率低、加工精度难以保证等问题，提高了企业生产效率，降低企业生产成本。

Description

一种绝缘栅双极晶体管加工装置和方法
技术领域
本发明涉及一种晶体管加工装置，特别是一种绝缘栅双极晶体管加工装置及其加工方法，适用于绝缘栅双极晶体管的加工。
背景技术
绝缘栅双极晶体管(以下简称IGBT)是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管) 组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
随着国内需求快速上升，IGBT的加工需求也越来越大。传统IGBT料的加工采用人工方式，整体加工顺序为封装上料、剪脚折弯、手动下料；绝缘栅双极晶体管是现待生产生活中常用的电子元件，当前将待加工料进行剪脚折弯的加工工序一般由工人手工加工。
现有条件下，工人手动加工IGBT料的生产方式存在诸多问题：
1.工人劳动生产率低下；
2.辅助时间(上下料)较长；
3.成本较高；
4.无法满足自动化生产方式的需求。
综上所述，针对IGBT料的加工方式的研究，旨在提高加工的效率，及减少工人手动加工的时间，将难以长时间保证精度的手动加工转换为机械加工，在降低生产成本和提高生产效率方面有着非常重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种绝缘栅双极晶体管加工装置及其加工方法，克服手动加工的弊端，将剪脚、折弯、自动下料等多工序集成，提高加工效率，降低了加工人员的加工难度。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种绝缘栅双极晶体管加工装置，包括送料漏斗、多工位加工装置和落料收集装置；所述多工位加工装置包括手动上料工位、剪脚工位、折弯工位、自动卸料工位、旋转工作台、气缸、加工刀具架、水平台面支架，所述旋转工作台上具有转动板，转动板的四个边分别设置手动上料工位、剪脚工位、折弯工位、自动卸料工位，所述水平台面支架固定于转动板上方位置，气缸带动加工刀具架在水平台面支架上部升降活动；
所述剪脚工位包括待剪脚工位底座、剪脚加工刀具、剪脚支架，待剪脚工位底座安装在转动板的边缘，剪脚支架位于水平台面支架下部，剪脚支架与加工刀具架之间具有固定连接，固定连接贯穿水平台面支架，所述剪脚加工刀具安装于剪脚支架上，与待剪脚工位底座对应；
所述折弯工位包括待折弯工位底座、竖直折弯刀具、下压凸轮、水平折弯推板、侧压凸轮，待折弯工位底座安装在转动板的边缘，下压凸轮位于竖直折弯刀具上部，侧压凸轮位于水平折弯推板的侧部，所述竖直折弯刀具下部具有将竖直折弯刀具推向下压凸轮的回弹机构，所述水平折弯推板内侧也具有将竖直折弯刀具推向侧压凸轮的回弹机构；
所述下压凸轮的转动轴上以及侧压凸轮的转动轴上均设置有飞轮，所述加工刀具架底部设置有活动方向相互垂直的两根连杆，其中一根连接于下压凸轮的转动轴上飞轮的外端，另一根连接于侧压凸轮的转动轴上飞轮的外端，加工刀具架往复下压驱动连杆带动飞轮做圆周运动，实现下压凸轮的下压运动以及侧压凸轮的侧压运动。
作为更进一步的优选方案，所述自动卸料工位包括待卸料工位底座和自动卸料触发杆，自动卸料触发杆固定在加工刀具架下部，自动卸料触发杆贯穿水平台面支架，所述待卸料工位底座包括下部杠杆、中部底座、上部杠杆，中部底座一侧为连续的用于放置待加工件的模腔，每个模腔内具有通孔，中部底座另一侧也设有触发杆通孔，下部杠杆为长条结构，下部杠杆一侧为插入模腔内通孔的销轴，另一侧为顶杆，上部杠杆为连续的覆盖片组成，覆盖片可覆盖对应的模腔，自动卸料触发杆进入触发杆通孔，下压顶杆，引起销轴上翘顶起上部杠杆。
作为更进一步的优选方案，回弹机构包括导套和导柱，导柱置于导套内，导柱与导套之间具有弹簧。
作为更进一步的优选方案，所述竖直折弯刀具包括折弯刀具、橡胶、支撑架，折弯刀具和橡胶位于支撑架下端，支撑架上端为条形平台，条形平台与转动板之间为回弹机构，回弹机构的导套固定于转动板，导柱固定于条形平台。
作为更进一步的优选方案，所述水平折弯推板包括推压板、橡胶、支撑架，推压板位于支撑架下部，之间具有橡胶，水平折弯推板与竖直折弯刀具之间具有回弹机构，回弹机构的导套固定于支撑架，导柱固定于竖直折弯刀具。
一种绝缘栅双极晶体管加工装置的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：手动放料，当待加工件被倾倒入送料漏斗后，加工人员根据需要拨动送料挡片，待加工件将沿着送料斜坡落入原料盘中，加工人员在原料盘中取件放入手动上料工位，待全部安放完毕后，加工人员双手同时按下启动按钮，将待加工件送入下一个加工工位；
步骤二：自动剪脚，当原料随着旋转工作台转移到剪脚工位后，气缸带动加工刀具架向下运动，通过剪脚加工刀具对待加工件进行剪切，完成剪脚动作；
步骤三：自动折弯，当待加工件随着旋转工作台转移到折弯工位后，气缸带动加工刀具架往复上下运动，两根连杆在各自飞轮上进行圆周运动，通过转轴驱动压边凸轮以及侧压凸轮进行转动，压边凸轮转动下压竖直折弯刀具，将待加工件的圆角压边加工出来，此时待加工件的脚有弯曲但是不到90°，并在凸轮的作用下保持压边的动作，同时，侧压凸轮转动侧推水平折弯推板，被折弯的脚被侧推水平折弯推板与竖直折弯刀具挤压，为了防止回弹，利用凸轮的特性将折弯动作保持一段时间，待加工件的脚最终形成90°；
步骤四：自动卸料，当加工件转入自动卸料工位后，自动卸料触发杆随刀具架下移撞击下部顶杆，在杠杆作用下，下部杠杆支点另一侧的销轴上移，顶起上部杠杆，实现翻转，工件收到一个向外反转的力脱离水平加工台面，落入卸料斜坡中，顺着斜坡，落入落料收集装置。
有益效果：在整个加工过程中，不需要工人参与，因此，最大限度地降低了对工人的技术要求，降低了工人技术培养的成本。本发明结构紧凑，减少了设计成本和安装空间；操作简便，在保持原生产顺序的情况下可实现自动化生产，能快速实现剪脚折弯、自动卸料；提高了生产过程的自动化程度，减少了人工操作。自动化加工下加工精度提高，生产成本降低。
附图说明
图1是本发明结构布置示意图；
图2是本发明内部加工工位示意图；
图3是剪脚工位结构放大示意图；
图4是折弯工位结构放大示意图；
图5是竖直折弯刀具结构放大示意图；
图6是水平折弯推板结构放大示意图；
图7是自动卸料工位结构放大示意图；
图8是待卸料工位底座结构爆炸图；
图9是加工完成的IGBT料；
图10是折弯工位内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
在本发明中，整个机构由放料漏斗装置、加工装置和卸料装置组成。整体加工装置布置在整个机构的中心位置，其工作平面与加工人员正常加工位置等高。放料漏斗与加工装置布置在同一个平面上，位于加工人员的右侧，方便加工人员抓取加工原料。卸料装置布置在送料漏斗的下方，主要有卸料斜坡和收纳箱组成。
加工人员只需将待加工的IGBT件顺序放置于工作面上，按下启动按钮，通过底部的旋转工作台带动加工面板，将待加工件放置到加工工位。同时，置于上侧的气缸带动剪脚刀具、折弯连杆、卸料触发杆，分别带动三个工位同时工作。加工结束后，已加工好的IGBT料将落入成品收集篮内。
参见图1所示，为一种绝缘栅双极晶体管加工装置整体结构立体布置示意图。如图所示，整个加工机构由送料漏斗1，多工位加工机构2，以及落料收集机构3组成，加工机构工作时工作人员应正坐于工作台正面。送料漏斗1由储料漏斗和落料斜面构成，安装于工作人员的右手侧，方便工作人员抓取待加工料。多工位加工机构2是整个加工过程实施的平台，由上侧的气缸提供加工动力，由下侧的旋转工作台进行转动，实现多工位同步加工，以提高工作效率，具体结构将在后图中详细解释。落料收集机构3位于送料漏斗的下方，当待加工件加工结束后，由自动卸料装置将工价落入收纳箱中，考虑到反复卸料降低了工作效率，在设计时加大了卸料收纳箱的容量，一次卸料中待加工件的质量在2500g左右。如图1中所示，在工作平台靠近加工人员的一侧安装了2个启动按钮，为了防止加工人员误触按钮启动机器，只有当加工人员同时按住2个按钮时，机器才会启动。与落料收纳箱对应的，在机身的另一侧，布置了抽屉和储物柜，方便加工工人存放工具和手册。
参见图2所示，为多工位加工装置布置示意图。如图所示，根据加工工件的结构需要共分为4个加工工位，分别是手动放料工位21，剪脚工位22，折弯工位23和自动卸料工位24。当加工人员从送料漏斗1取料后，人工将待加工IGBT料放入加工腔中。考虑到气缸和旋转工作台的尺寸和型号，同时提高加工效率，在本例中选用一模十六腔，但在实际生产过程中不应局限于此。4个工位都放置于同一个可旋转的平台上，为了降低加工成本，只对4个工位上的底座进行精加工，整个可旋转的底座只在与工位底座和旋转工作台的接触处有精加工。整个加工平台放置在旋转工作台25上。位于技工装置正上方的是为整个加工机构提供动力的气缸26。当气缸26带动加工刀具架27上下往复运动时，刀具架同时带动剪脚工位22上方的剪脚加工刀具222完成剪脚动作，折弯工位23上方的凸轮连杆也同时被带动，此时双凸轮同时带动完成两次折弯动作，同步的，位于自动卸料工位24上方的自动卸料触发杆242被带动触发卸料机构完成自动卸料。水平台面支架28则是为了提供双凸轮和部分转换机构的安装，在自动折弯部分会详细说明。
参见图3所示，为剪脚工位结构局本放大示意图。当加工人员在手动上料工位21放置待加工件完毕后，双手同时按住启动按钮，加工平台旋转将待加工件送入剪脚工位22。剪脚工位22与普通的剪料加工装置结构类似。待剪脚工位底座221为放置完毕的待加工件，剪脚加工刀具222是与待剪脚工位底座221的模腔等长的剪脚刀具，剪脚加工刀具222由螺栓螺母固定于剪脚支架223上，剪脚支架223与加工刀具架27则是焊接连接，保证加工时的刚度和强度。当待加工件送入本工位后，气缸26带动加工刀具架27向下运动靠近待加工件，加工刀具架27带动剪脚支架223，整体向下运动，剪脚加工刀具222对待加工件进行剪切，完成剪脚动作，将IGBT料的脚都剪齐，旨在满足生产加工要求。
参见图4所示，为折弯工位结构局部放大示意图。折弯工位23由两套折弯结构组成，两套折弯装置分别由两个凸轮驱动，一个在竖直方向上先进行压边折弯，另一个水平方向上进行折弯。IGBT料的加工要求是在保证根部不受力的情况下，在脚部分压出弯边的同时保证脚折弯到90°，参见图9。由于气缸的运动是直线往复运动，而凸轮运动是匀速圆周运动，所以在凸轮的旁边设计了类似活塞的飞轮机构，将往复直线运动转化为圆周运动，减少了动力源，简化了结构并降低了生产成本，转换器由转换连杆带动，转换连杆则与加工刀具架相连。当待加工件在剪脚工位22完成加工后，由旋转工作台转移到折弯工位23。此时，待加工件的脚都已被剪齐，首先转换连杆被道具架带动，驱动转换器将下压凸轮233进行圆周运动，挤压竖直折弯刀具232，将待加工件的圆角压边加工出来，此时待加工件的脚有弯曲但是不到90°，并在凸轮的作用下保持压边的动作。同时，侧压凸轮235被另一套转换器驱动进行圆周运动，推动推板在水平方向上运动，被折弯的脚被水平折弯推板234与竖直折弯刀具232 紧贴，为了防止回弹，利用凸轮的特性将折弯动作保持一段时间，最终形成90°。整个过程中，由于先进行了压边动作，在后一步的折弯动作中，根部与模腔紧紧相贴，不会受力，满足了加工要求。压板折弯刀具和水平侧压推板都安装在导柱导套机构上，待折弯完成后，由于凸轮的回转和导柱导套上弹簧的挤压，水平侧压推板先复位远离待加工件，然后压边折弯刀具随着凸轮复位，最终完成整个折弯过程。参见图5所示，竖直折弯刀具232由折弯刀具 2321，第一橡胶2322以及第一支撑架2323组成，特别要指出的是，为了在待加工件上压出侧边，折弯刀具2321在对应位置上有一条凸边，第一支撑架2323在保证加工时所需的强度和刚度的同时，尽可能的减少了质量。参见图6所示，水平折弯推板234由推压板2341，第二橡胶2342和第二支撑架2343组成。在安装时整个推板略高于旋转加工台面，防止出现干涉。
参见图7所示，为自动卸料工位结构示意图。当待加工件完成剪脚、折弯两道工序后，随旋转工作台转移至自动卸料工位。自动卸料触发杆242与图2中加工刀具架27焊接连接，随加工刀具架的下移而下移。如图8所示，为安装于水平工作台面的底座的结构爆炸示意图。底座分为三个部分，中部底座2412为模腔用于放置待加工件，有两道槽口，远离待加工件的一道槽口用于第二个工位的剪脚工艺，靠经待加工件的槽口与第三个工位的折弯压边工艺相关。下部杠杆2411是一个第一类杠杆结构，即动力与阻力分别在杠杆支点的两侧。下部杠杆 2411有两种顶杆，一种体积较大穿过中部底座2412的通孔，另一种体积小与上部杠杆2413 相接触，下部杠杆2411的支点在两种顶杆的位置的中点。上部杠杆2413是一个第二类杠杆，即动力与阻力在支点的同一侧，上部杠杆2413安装在中部底座2412的模腔中，待加工件就放置在上部杠杆2413的表面，上部杠杆2413的支点在靠近加工人员的一侧，在另一侧则有凸起，卡入中部底座2412的凹槽内，放置翻转时上部杠杆2413翻转角度过大不能复位。当待加工件转入自动卸料工位后，自动卸料触发杆242随刀具架下移撞击下部杠杆2411的大顶杆，在杠杆作用下，下部杠杆2411支点另一侧的小顶杆上移，顶住上部杠杆2413，实现翻转，工件收到一个向外反转的力脱离水平加工台面，落入卸料斜坡中，顺着斜坡，落入收纳箱中，完成自动卸料。
一种绝缘栅双极晶体管加工实施方法如下：
第一步：手动放料
当待加工件被倾倒入送料漏斗1后，加工人员根据需要拨动送料挡片，待加工件将沿着送料斜坡落入原料盘中，加工人员在原料盘中取件放入位于水平加工平台的手动放料工位。待全部安放完毕后，加工人员双手同时按下启动按钮，将待加工件送入下一个加工工位。
自此，待加工件被放入加工模腔中。
第二步：自动剪脚
当原料随着旋转工作台转移到自动剪脚工位后，气缸带动加工刀具架27向下运动靠近待加工件，加工刀具架27向带动剪脚支架223，整体向下运动，剪脚加工刀具222对待加工件进行剪切，完成剪脚动作，将待加工剪的脚剪齐。
自此，待加工件完成自动剪脚过程。
第三步：自动折弯
当待加工件随着旋转工作台转移到自动折弯工位后，首先转换连杆被道具架带动，驱动转换器将下压凸轮233进行圆周运动，压边凸轮挤压竖直折弯刀具232，将待加工件的圆角压边加工出来，此时待加工件的脚有弯曲但是不到90°，并在凸轮的作用下保持压边的动作。同时，侧压凸轮235被另一套转换器驱动进行圆周运动，推动推板在水平方向上运动，被折弯的脚被水平折弯推板234与竖直折弯刀具232紧贴，为了防止回弹，利用凸轮的特性将折弯动作保持一段时间，最终形成90°。整个过程中，由于先进行了压边动作，在后一步的折弯动作中，根部与模腔紧紧相贴，不会受力，满足了加工要求。压板折弯刀具和水平侧压推板都安装在导柱导套机构上，待折弯完成后，由于凸轮的回转和导柱导套上弹簧的挤压，水平侧压推板先复位远离待加工件，然后压边折弯刀具随着凸轮复位。
自此，待加工件的自动折弯过程已完成。
第四步：自动卸料
当待加工件转入自动卸料工位后，自动卸料触发杆242随刀具架下移撞击下部杠杆2411 的大顶杆，在杠杆作用下，下部杠杆2411支点另一侧的小顶杆上移，顶住上部杠杆2413，实现翻转，工件收到一个向外反转的力脱离水平加工台面，落入卸料斜坡中，顺着斜坡，落入收纳箱中。
自此，加工件已完成自动卸料收纳过程
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (6)

1.一种绝缘栅双极晶体管加工装置，其特征在于：包括送料漏斗(1)、多工位加工装置(2)和落料收集装置(3)；所述多工位加工装置(2)包括手动上料工位(21)、剪脚工位(22)、折弯工位(23)、自动卸料工位(24)、旋转工作台(25)、气缸(26)、加工刀具架(27)、水平台面支架(28)，所述旋转工作台(25)上具有转动板，转动板的四个边分别设置手动上料工位(21)、剪脚工位(22)、折弯工位(23)、自动卸料工位(24)，所述水平台面支架(28)固定于转动板上方位置，气缸(26)带动加工刀具架(27)在水平台面支架(28)上部升降活动；
所述剪脚工位(22)包括待剪脚工位底座(221)、剪脚加工刀具(222)、剪脚支架(223)，待剪脚工位底座(221)安装在转动板的边缘，剪脚支架(223)位于水平台面支架(28)下部，剪脚支架(223)与加工刀具架(27)之间具有连接部，该连接部贯穿水平台面支架(28)，所述剪脚加工刀具(222)安装于剪脚支架(223)上，与待剪脚工位底座(221)对应；
所述折弯工位(23)包括待折弯工位底座(231)、竖直折弯刀具(232)、下压凸轮(233)、水平折弯推板(234)、侧压凸轮(235)，待折弯工位底座(231)安装在转动板的边缘，下压凸轮(233)位于竖直折弯刀具(232)上部，侧压凸轮(235)位于水平折弯推板(234)的侧部，所述竖直折弯刀具(232)下部具有将竖直折弯刀具(232)推向下压凸轮(233)的回弹机构，所述水平折弯推板(234)内侧也具有将竖直折弯刀具(232)推向侧压凸轮(235)的回弹机构；
所述下压凸轮(233)的转动轴上以及侧压凸轮(235)的转动轴上均设置有飞轮，所述加工刀具架(27)底部设置有活动方向相互垂直的两根连杆，其中一根连接于下压凸轮(233)的转动轴上飞轮的外端，另一根连接于侧压凸轮(235)的转动轴上飞轮的外端，加工刀具架(27)往复下压驱动连杆带动飞轮做圆周运动，实现下压凸轮(233)的下压运动以及侧压凸轮(235)的侧压运动。
2.根据权利要求1所述的一种绝缘栅双极晶体管加工装置，其特征在于：所述自动卸料工位(24)包括待卸料工位底座(241)和自动卸料触发杆(242)，自动卸料触发杆(242)固定在加工刀具架(27)下部，自动卸料触发杆(242)贯穿水平台面支架(28)，所述待卸料工位底座(241)包括下部杠杆(2411)、中部底座(2412)、上部杠杆(2413)，中部底座(2412)一侧为连续的用于放置待加工件的模腔，每个模腔内具有通孔，中部底座(2412)另一侧也设有触发杆通孔，下部杠杆(2411)为长条结构，下部杠杆(2411)一侧为插入模腔内通孔的销轴，另一侧为顶杆，上部杠杆(2413)为连续的覆盖片组成，覆盖片可覆盖对应的模腔，自动卸料触发杆(242)进入触发杆通孔，下压顶杆，引起销轴上翘顶起上部杠杆(2413)。
3.根据权利要求2所述的一种绝缘栅双极晶体管加工装置，其特征在于：回弹机构包括导套和导柱，导柱置于导套内，导柱与导套之间具有弹簧。
4.根据权利要求3所述的一种绝缘栅双极晶体管加工装置，其特征在于：所述竖直折弯刀具(232)包括折弯刀具(2321)、橡胶(2322)、支撑架(2323)，折弯刀具(2321)和橡胶(2322)位于支撑架(2323)下端，支撑架(2323)上端为条形平台，条形平台与转动板之间为回弹机构，回弹机构的导套固定于转动板，导柱固定于条形平台。
5.根据权利要求3所述的一种绝缘栅双极晶体管加工装置，其特征在于：所述水平折弯推板(234)包括推压板(2341)、橡胶(2342)、支撑架(2343)，推压板(2341)位于支撑架(2343)下部，推压板(2341)与支撑架(2343)之间具有橡胶(2342)，水平折弯推板(234)与竖直折弯刀具(232)之间具有回弹机构，回弹机构的导套固定于支撑架(2343)，导柱固定于竖直折弯刀具(232)。
6.基于上述权利要求1-5中任意一项所述的一种绝缘栅双极晶体管加工装置的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：手动放料，当待加工件被倾倒入送料漏斗(1)后，加工人员根据需要拨动送料挡片，待加工件将沿着送料斜坡落入原料盘中，加工人员在原料盘中取件放入手动上料工位(21)，待全部安放完毕后，加工人员双手同时按下启动按钮，将待加工件送入下一个加工工位；
步骤二：自动剪脚，当原料随着旋转工作台转移到剪脚工位(22)后，气缸(26)带动加工刀具架(27)向下运动，通过剪脚加工刀具(222)对待加工件进行剪切，完成剪脚动作；
步骤三：自动折弯，当待加工件随着旋转工作台转移到折弯工位(23)后，气缸(26)带动加工刀具架(27)往复上下运动，两根连杆在各自飞轮上进行圆周运动，通过转轴驱动下压凸轮(233)以及侧压凸轮(235)进行转动，下压凸轮(233)转动下压竖直折弯刀具(232)，将待加工件的圆角压边加工出来，此时待加工件的脚有弯曲但是不到90°，并在凸轮的作用下保持压边的动作，同时，侧压凸轮(235)转动侧推水平折弯推板(234)，被折弯的脚被侧推水平折弯推板(234)与竖直折弯刀具(232)挤压，为了防止回弹，利用凸轮的特性将折弯动作保持一段时间，待加工件的脚最终形成90°；
步骤四：自动卸料，当加工件转入自动卸料工位(24)后，自动卸料触发杆随加工刀具架下移撞击下部顶杆，在杠杆作用下，下部杠杆支点另一侧的销轴上移，顶起上部杠杆，实现翻转，工件受到一个向外反转的力脱离水平加工台面，落入卸料斜坡中，顺着斜坡，落入落料收集装置。
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