自动插件机控制系统研究

自动插件机控制系统研究 自动插件机控制系统的研究 学位论文完成日期: 一 指导教师签字: 么玉塑 答辩委员会成员签字:~。 舭 爱四舢 自动插件机控制系统的研究 摘要 近年来随着我国电子产业的迅速发展,电子产业的竞争也越来越激烈。因此, 在电子产品技术方面要有更新的技术突破,同时要改善现有的生产工艺,消除生产 工艺中的不稳定因素。在这样的背景条件下,自动插件机的需求越来越大,因自动 插件机是高速稳定的自动化设备,它能解决现在人工插件生产工艺中的不稳定因 素,为企业带来效益。插件机是中国电子工业产业升级的核心自动化设备。然而, 目前插件机的市场大部分被国外厂家所占据,因而若能研究制造一台我国自 己的自 动插件机,将对推进中国电子产业的发展和提国市场电子产品的竞争力,具有 重要的意义。本课以此为背景提出了研究不发全中文操作界面的自动插件机。围 绕此课题主要开展了一下的研究工作: 以现有的自动插件机为基础,详细研究了自动插件机的插件原理和插件机 插件的具体工艺流程; 进行了插件机总体设计与规划,从满足技术指标出发,进行了设备基 本功能组成与模块划分,对设备模块进行了布局规划,并且详细介绍了插件机主要 机械部分的作用和元器件名称;‘ 详细研究了自动插件机的电气控制部分的实现过程和实现原理,主要介绍 了插件机中所用的电磁阀、工控机和伺服控制方面的知识,并且进行了各种电动机 的比较,确定了伺服电动机的优势。 关键字:插件机电磁阀工控机电动机伺服控制\ .’ ,,., ,, . , ? ? ,, .? . ? ,’ ? ,’ , ..: ? . ?; ? . , ? :? ,, ? , . : \目 录 绪论??. .本课题研究的目的和意义.. .课题背景??. ...插件生产工艺现状? ..自动插件机的需求? 、 ..了自动插件机的发展背景??.. ..全球自动插件机行业的现状?. 自动插件机的概况??.. ..自动插件机的概念和优缺点?. ..自动插件机的分类? .本课题的研究内容、技术难点及技术路线..研究内容.. ..技术难点及拟解决的办法..技术路线.. .本章小结??. 自动插件机简介?.. .自动插件机的原理??. .立式构动作示意图? .插件机工艺流程简介?.. ..送料?.. ..运输料链条转动 ..剪纸?.. .. 板定位??.. .. 送料、插件?. ..折弯、剪脚??. .本章小结总体方案规划与零部件结构研究 .技术指标??.: .. 制板的要求?.. ..插什能力?..,?..机械系统方案.. ..机械部分的组成?. ...机架??.. ... 、工作台机构...头部机构?. ...底座机构??:...链条张紧机构 ...剪纸带机构.. ...铲料机构?. ...链条驱动机构 。 ...分配头机构.. ..系统基本功能组成.. 、 ..模块划分和整体布局 ..插件机气控示意图.. ...电磁阀.作原理??. ...电磁阀的种类 ...电磁阀特性.. ,...电磁阀的特点 ...电磁阀发展技术简介? ...本章所用电磁阀??. .自动插件机的总体方案设计框图?. .本章小结捅件机的电气控制部分??.. .自动插件机电气控制示意图??’.. .工控机概述?. ..工控机的概念及组成 ..工控机的特点..工控机的分类??。??.. ..工控机的使用..本插件机所用的工控机...研华工控机主要机构? ...::控机主控制箱??. 。...:.:控机所冉应用系统? .伺服控制理论.. ..伺服控制系统概述.....伺服系统的机构组成? ...伺服系统的种类??. ...伺服系统的技术要求? ..执行元件. ...执行元件的分类及其特点??.. ...电动机的分类 ..电力电子变流技术. .. 脉冲宽度调制型变频电路... 波形原理??.. ...单相控制原理?. ... 逆变电路的调制方式??. ... 『型变频器的主电路 .本章小结结沦参考文献? 致谢??. 攻读硕士学位期发表的论文目录??.. 独创性声明青岛科技大学研究生学位论文 绪论 ..本课题研究的目的和意义 插件机是中国电子工业产业升级的核心自动化设备,一台中速插件机相当于 个工人的工作量。目前,我国是电子产品的加工大国,而非制造业大国,大部分利 润被欧美发达国家掠夺。为摆脱目前中国加工大国,非制造业大国的局面,像贴片 机和插件机等电子设备是必不可少的工业设备。然而,目前插件机的市场大部分被 国外厂家所占据,如同本松下、美国环球等。目前我国政府也大力扶持生产插件机 等电子设备的厂商。 若能研究制造一台我目自己的自动插件机,将对推进中国电子产业的发展和提 高中国市场电子产品的竞争力,具有重要的意义。本文基于美国环球插件机的硬件 架构,研究开发全中文操作系统的自动控制系统,填充国内自动插件机空白的历史, 为国产化提供控制基础。 .课题背景 ..插件生产工艺现状 我国是电子工业的大国,但我国电子产品的自动化程度却有待提高,随着时代 的发展,越来越多的电子元器件需要机器插件来完成。自动插件机在企业的竞争中 所起的作用越来越重要?。 图?中,工序需要将单个元件插入到单元板管孔中,然后进入波峰焊 机进行管脚焊接,上述插件过程目前大部分采用人工方式。 图.手工插件工艺环节 . .? 自动插件机控制系统的研究 。 在目前的企业生产中,机械化代替人工插件的好处主要体现在【.: 机器效率高于人工; 在工厂生产旺季时,机器可以充分发挥它的作用,生产淡季时,机器放 在工厂不会产生额外成本费用,机器可以利用这段时间做做保养维修等,为下一步 大批量生产时做好准备,人工就不~样了,旺季时聘用很多员工,淡季时却不 好解决员工所带来的麻烦: 目前人员招工困难,人工成本也在不断增长,人员流动性大,招来的新 员工对工作流程和工厂需进一步适应,在管理上,老板需要为员工考虑衣、食、 住、行,而机器是不需要的; 在工厂生产不忙时,机器可以停产做保养,为下一步生产做准备;若是 人工的话,就是没活做也要老板无条件养在工厂; 用机器投产,可以节省产品的工序和成本,如:机器无需组建整形,机 器的跳线装置也比较节省线路元料,用机器插件是短脚作业,过锡炉时可以节省锡 一 的成本: 有产品做时,机器在几个月后可收回成本,机器将是老板的固定资产, 用人工时,几个月的工资会不断支出给员工; 机器完成的插件板质量较好,人工完成的插件板粗糙、漏件错件等人为 一不良因素不好控制,所以,有了自动插件机,接加工单可能性更高。 ..自动插件机的需求 根据上述自动捅件与人工插件生产过程中插件工序的比较,人工插件环节工人 平均插件量为/左右,每年人均工资.到力.元,每线人计,年支付工资 到力.元,中小规模公司按最低两条生产线计,年需支付工人工资到万 元,若有相应设备,能力在/以上,则可替代两条生产线,售价不超过万, 则企业当年即可收回相应成本【蛐。 我国近年来由于成本等优势,电子产业发展迅速,国内业务基本由国内企业自 主产品覆盖,并已向国际市场推进。在向国际市场进军的过程中,要增加产品技术 含量,才能在推进的过程中,稳固已取得的国内国际市场,因此在电子产品技术方 面要有更新的技术突破,同时,要增加生产转化过程中的技术水平,改善现有的生 产技术,消除牛产工艺中的不稳定因素,提高产品质量。对于插件环节存在的不稳 定工艺冈素以及 订中圈劳动力成本升高带来的负面影响要着力消除?。 因此,企、对插件环节的高速稳定自动设备有强烈的需求,希望自动插件机能 够改善插件明:.的 盘艺现状,为企业解决问题,带束效益。青岛科技大学研究生学位论文 ..自动插件机的发展背景 插件机是中国电子工业产业升级的核心自动化设备,一台机器相当于个工 人的工作量,所以在目前技术工人奇缺的背景,各地政府大力扶持中小制造企业产 业升级,刻不容缓。工厂首先提高产品质量,才能自主创新,打造品牌,力争摆脱 目前中国加工大国,非制造业大国的局面。中国目前处于加工制造这个低附 加值的 水平,其他大环节:产品设计、原料采购、物流运输、订单处理、批发经营、终 端零售国人没有控制权,大部分利润被欧美发达国家掠夺。 全球自动化生产设备主要朝向精密化、高速化、复合化及系统化,在国际竞争 中,提升国内自动化设备的品质与产能实为相当重要的一环。而近年来由于工业技 术的日益精进,在自动化组装技术方面的要求也同益严苛。对插件机而言,高性能、 高精度即为目前一般插件机设计制造上的共同目标。而要达成这个目标,当然需要 插件机各元件精度上的配合,这包括控制元件、结构元件以及机构元件等【嗣。 在工业益进步,尘活品质 益提高的今天,对工业产品品质的要求,也越来 越高。因此对自动化机械的精度要求,也相对提高。 ..全球自动插件机行业的现状 美国、日本和欧洲许多公司在六十年代研制成功了自动插装设备,七十年代初 期广泛应用于消费类电子产品、通信、计算机和军用电子设备的生产中。近十几年 来各公司开发出各种类型功能齐全、速度快的自动插装设备,控制部分已由 晶体管 发展到微处理机。近年来,国外各分司在激烈的竞争中,不断地开发出新产 品。国 外厂家松下,雅马哈,环球占据%的市场份额。国内产家目前只有华威,作 为国内首家拥有完全自主知识产权自动插件机的厂家想在高技术含量的自 动化设 备领域占一席之地,任重而道远。下面就日本松下、美国环球、日本公司的 新产品主要功能简单作一介绍。 、轴向元件插件机 同本松下公司: . 二级 ?主要适用于电阻器/,/,/,/、跨接线, 管,圆筒形陶瓷电容器。 ?具有可变更跨距.和插件高度变化。 ?町使用和编带元件混载,适用于盒装或盘装。 ?可显示并打印输生产管理信息和运载情况,利用显示器以对话方式 进行操作。操作简便,提高::作效率 . 自动插件机控制系统的研究 。 ?插入方向为个方向插入速度.秒/个。 ?可插入范围:, ? 美国环球公司: ?元件适用范围同于松下公司插件机。 ?具有可变跨距?.和插件高度变化。 ‘ ?采用了自编序方式,提高效率。 ?插入方向为三个方向,插入速度 秒/个。 ?插入范围 ?用计算机管理,可显示并打印出产管理信息和监视运转情况。利用显 示器,以对话方式进行操作。 ?具有自动修正装置、检测装置、取中装置 ?可使用和编带元件,盒装和盘装都可使用。 ?可使用.种元件。 、 径向元件插件机 本松下公司:. ?适用元件:陶瓷电容器~,电解电容器,薄膜电容器~, . 立式电阻器、晶体管型。 ?采用导销方式,实现高密度插件。 ?可插入种元件。 ’ 。 ?可插入范围:, ?插入方向为个方向,插入速度.秒/个。 ?插人间距:可选用.。 ?具有自校正装置。 美国环球公司一 ?适用元件与松下相同。 ?可插人问距/.,可实现高密度插人。 ?可插入一种元件。 ?可插入范围。 ?可插入方向为个方向,插人速度为.秒/个 ?具有自校下装置 一 同本公司: 一. ?元件与松下公司相同。 / ?捅人州距: ,可实现高密度插入 . ?可插入~种元件 青岛科技大学研究生学位论文 ?可插入范围, 。 ?可插入方向为个方向,插人速度为.秒/个。 ?具有元件再别脚机构,具有自校下装置。 ..自动插件机的概况 ..自动插件机的概念和优缺点 自动插件技术?是通孔安装技术. 的 一部分;是运用自动插件设备将电子元器件插装在印制电路板的导电通孔内。 通孔安装技术 ? 混合组装技术 自动插装的优点:?提高了安装密度;?可靠性、抗振能力提高;?提高频 特性增强;?提高自动化程度和劳动效率;?降低了成本。 自动插装的缺点:焊后返修性差。 ..自动插件机的分类 按所插元件分类: ?铆钉机: 铆钉机工作原理一般分两种,即径向式和摆辗式,他们在结构实现上和运动轨 迹上都有较大的区别,现简单介绍如下: 径向铆钉‘机:电机通过联轴器运动传递给主轴,主轴通过少齿差行星机构将运 动传递给球而运动剐,同时液系统驱动活塞连同球面副向下施压,当铆头接触到 铆钉时,铆头罔绕铆钉中心线即:轴中心线按瓣梅花运动轨迹对铆钉进行自 动插件机控制系统的研究 ‘ 。 无滑动辗压,而完成铆接工作。 摆辗铆钉机:电机通过联轴器将运动传递主轴,同时液压系统驱动活塞连同 主 轴向下施压,当铆头接触到铆钉时,铆头围绕铆钉中心线即主轴中心线公转, 同时铆头在切向力的作用下自转,从而形成无滑动辗压。 ?跨线机:如图所示为跨线: 图.跨线元器件 . 一 ?轴向机:如图所示为轴向元件:青岛科技大学研究生学位论文 图一径向元件 . ?多功能异性机:可机插非标准元器件 按送件方式轴向、径向机 ?顺序式松下插件机:将各种不同种类的编带卧式电子元件电阻、电容、 二极管等按编程设定的顺序插入到板;如图.所示为日本轴向松下插件机: 图一轴向插件机. ?编序式:将各种不同种类的编带的卧式电子元件电阻、电容、二 极管等按编程设定的顺序编成的编带料,供卧式元件插件机插入到 板;如图所示为新泽谷自动排料机:自动插件机控制系统的研究 图.自动排料机. .本课题的研究内容、技术难点及技术路线 ..研究内容 自动插件机是机电一体化的设备,包括机械部分、电气控制部分和检测部分。 本课题总体研究内容涉及插件工艺环节的自动化操作过程分析、自动插件机系统模 块组成和配套控制系统设计。 本课题论文研究内容集中在自动插件机插件的整个工艺流程,机械部分的研究 与模型建立和电气控制部分的分析研究。 ..技术难点及拟解决的办法 本课题研究工作中面临的主要技术难点包括: 控制精度问题:按设计目标要求,插件机应实现高速插件功能,而且插件准 确度要高,即识别能力要强。因而对于控制部分中信号捕捉能力和分析能力要求严 格、准确,并且当选用执行机构时要选用控制精度高的执行机构。 运动分析’题:由于整个插件机设备需要完成从后端送料、运输、剪纸、 板定位、前端送料插件、折弯剪脚一共六个环节的模块功能,每个功能模块的运动 部件和运动机构都较多,冈此,整机的运动机构的控制系统在设计过程中将 存在运 动涉检企、:稚确定等系列’题。青岛科技大学研究生学位论文 ..技术路线 通过对类似机器的操作和学习,对机器的工作原理和机器结构有了一定了解, 本课题在此基础上采用消化吸收类似结构成熟产品现有结构设计思想,融入专业设 计理论,基于现有自动插件机的硬件机构,研究开发全中文操作系统的自动控制系 统的自动插件机。 本课题具体研究路线为:在对插件工艺技术进行研究分析的基础上拟定插件机 总体设计方案,根据总体方案确定各功能部件的配置、各功能部件的具体作用和实 现。最后,根据插件机插件的具体流程进行详细分析研究。 .本章小结 一 我国电子产品生产技术近年来发展迅速,生产过程中的工艺方法改进成为提高 生产质量和企业效率的有效途径。电子产品生产过程插件工艺环节存在劳动力密集 和人工操作可靠性差的问题,急需配套自动插件设备而国外自动插件机价格 昂贵。 本章论述了全中文操作界面自动插件机的研制背景,研究现状和研究目标,提出了 本课题的研究内容、技术难点及相应的解决方法和技术路线。 自动插件机控制系统的研究 ~.. 自动插件机简介 乙自动插件机的原理 自动插件机就是将自动插件机可以安插的元器件采用电机一体化方式安装到 板上。自动插件机分为两种:一种是可以插入像跳线、电阻和二极管这样的卧 式原件的卧式插件机;一种是可以插入像电解电容、瓷片电容和等立式元件 的立式插件机。本文将以立式插件机为例来介绍插件机的原理。立式插件机可将不 同种类.,的编带立式电子元件电解电容、瓷片电容、等,先 按设定的程序编排在链条的料央上,然后,由插件头机构将电子元件插入电路板, 并剪角、固定。此设备是将插件轴机构水平固定不动,由、机构的移动,实现 在上各区域精密插件,插件的角度由工作台转盘、头部转角马达、底座转 角马达的转动来实现的。机器所有的动作均有一台电脑来控制【.。 .立式机机构动作示意图 本课题主要是以美国环球立式机为硬件架构,研究全中文操作界面的立式插件 机。立式插件机的插件动作顺序是由所编的程序决定的。对于每一种板,我 们要先根据板进行编程,然后把程序导入到计算机中,最后打不程序插件机 就可以按照所编的程序进行插件。立式插件机的具体动作示意图如图.所示: .插件机工艺流程简介 ..送料 此功能主要由插件机的分配头机构来完成。足将编带电子元件从编带上逐个切 断、分离,并快速、准确的送到链条的链央上。此功能主要由插件机的分配头机构 来完成。分配头机构的主要组成部分为:检测电路板、感应片定位销、感应铜 片、站位感应挡片、气缸、电磁阀、主、剐切刀、又形推料片,棘轮机构;工作时 气缸伸出,主动滑块【:的切刀和副切刀将到位的编带料切断;同时,叉形椎料片 和勾料爪以及主动滑块的端面共同作用,把元件定位、央紧;叉形推料片前端和料 青岛科技大学研究生学位论文 ~. 夹先接触,先将料夹定位,随之,将元件推倒链夹的夹子内,勾料爪打开;气缸 缩 回,棘轮机构运动,带动卷料轮旋转一个角度,再送一个元件到勾料爪内,气缸再 次动作??如此循环。 ..运输料链条转动 此动作有链条驱动机构完成。此机构主要由伺服马达、行星齿轮减速箱、膜片 式联轴器、主动链轮等组成。在主动链轮的轴端安装一个有八个均匀槽缝的光电检 测盘,用来检测链条的零位。 图一立式机动作示意图 .?自动插件机控制系统的研究 ..剪纸 此动作主要由剪纸带机构完成的。此机构主要由光电检测板、气缸和滑块。剪 纸带机构将经过此位置的链夹上的原件的纸带部分切断,当光电检测器检测到有元 件到达时,气缸动作,滑块向前运动,压刀向前并先将元件的引脚压住,剥纸刀将 高出切断位置的纸带自上而下剥离,切刀再将元件的引脚切断,切过的元件引脚上 也就没有纸皮了。 .. 板定位 此动作由、工作台机构完成,由放置的工作平台移动,实现对 各个区域进行插件。、工作台机构上装设正负极限检测光电开关和零位检测光 电不关。当转台需要动作时,有转台马达驱动,马达通过同步带与其相连,马达驱 动丝杠旋转,丝杠带动丝杠螺母和台板做直线运动。 .. 送料、插件 此部分由插件机的主要部分头部机构完成。头部机构是把链央上的元件送到插 件本体,并插入到电路板。轴马达插件头马达通过同步带和横齿轮轴相连, 齿轮轴和齿条啮合,齿条安装在一对直线轴承座上,直线轴承套设在二条硬钢轴上, 硬钢轴固定在主、副轴座上。上直线轴承座上装设高速丝杠及其螺母,丝杠的上端 固定在最上端的直线轴承座上,丝杠的下端连接压料杆,该丝杠和直线轴承座能在 硬钢轴上自由滑动;丝枉:螺母通过一个螺母套锁定在轴承上,并在螺母上固定安装 一个齿轮,该齿轮和一条竖齿轮轴啮合,竖齿轮轴又和伺服马达压料杆马达 通过同步带相连,马达的旋转可以带动丝杠上下运动,齿条上下运动时,丝杠及 其螺母也随着上下运动。下直线轴承座内设一旋转轴承,空心的插件主杆和该轴承 相连,主杆有两个横向安装的轴承将其定位。在主硬钢轴座内装设有轴承,设有同 步轮的主杆套和轴承固定连接,主杆穿过主杆套,同步轮通过同步带和马达插 件头旋转马达相连,马达旋转时主杆也跟着旋转,实现不同角度插件。主杆的下 端装设插件本体。本体上设有央料和卸料机构。当机构送料过来时,央料机 构把料央住;当插入元件时,卸料机构把元件从央子一卸下。的送料滑块前端 设有弓形送料器,弓形送料器卜端安装料铲,下端安装一套夹子,链条在其问穿过; 送料帽’块和线性滑轨活动链接,滑轨和气缸连接,气缸工作送料滑块自仃后运动,把 元件从链条的链火上送到插什本体的央料机构并返。机构安装狂托撒?、?,青岛科技大学研究生学位论文 .?, 其两边各安装一套链轮。工作时,机构把元件从链条的链夹上送到插件本体的 夹料机构,然后回位;马达会根据插入角度的需要而旋转,摆正本体的角度; 轴马达旋转,齿条向下运动,插件本体和压料杆一起向下运动;马达旋转,压 料杆向下运动,把元件插入电路板的孔内,而后,压料杆回位,再和齿条一起回位。 一一 ..折弯、剪脚 此动作由底座机构完成。底座机构是把插入到电路板的元件折弯、剪掉元件多 余的引脚。底座本体内安装剪脚刀,在剪脚刀的两侧各安装一条检测棒,常态下该 棒和本体以及剪脚刀绝缘,剪脚刀动作到位后,刀体和检测棒紧密接触,与机器的 “地形成回路。本体固定安装在底座主杆上,主杆和主杆套活动连接,主杆套上 设有同步齿轮,主杆套和固定座内的轴承固定连接,同步轮和马达底座转角 马达通过同步带相连。底座的上下和剪脚刀的张合用一套机构。是由上升气缸, 气缸连接头,连接柱仔,气缸滑块,连接头销仔,气缸连接座,气缸连接座, 气缸连杆,剪脚气缸等组成的。工作时,马达旋转,底座本体转到需要的角度、 上升气缸工作底座本体上升,上升到位后,剪脚气缸工作,气缸连杆给剪脚刀施加 压力,剪脚刀将元件的引脚剪断。 .本章小结 本章主要介绍了径向自动插件机的作原理、自动插件机插件的具体工艺流程 和简单介绍了每一步动作是如何完成的,并以流程图的形式介绍了自动插件机插件 的动作示意图,帮助我们更加形象地理解自动插件机插件的流程。本章为以后几章 详细介绍插件机的各部分功能、主要机构和插件机的整体控制奠定了基础。自动插件机控制系统的研究 总体方案规划与零部件结构研究 .技术指标 ..印制板的要求 根据对插件生产工艺要求和相关资料数据的详细分析,确定了径向自动插件机 的总体技术指标参数和对印制板的要求,如下: 适应什么样式的板; 印制板的外形尺寸: 厚度:... 长度:.宽度:? 。 印制板翘曲度:如图一所示 插件方向 图印制板翘曲度要求 .一 印制板定位孔的要求: 机插板允许其中一个定位孔为长孔,但松下和环球插件机传板方向不一致, 如需贴片翻板后孑位置也将变化,建议两定位孔参数一致,孔径均求为. 的圆孔,距两边距均为。 拼板及“”型槽、邮票孔的要求: ?为提高机插效率,要求尽量将小块印制板拼接成大块印制板,拼 版要求拼成矩形。拼板方式如图.所示: 日 :‘玄蹙 :扳乃’? ?。接受的扳方? 图.拼板方式示意图..青岛科技大学研究生学位论文 ~., ?印制板的四个角要求倒圆角,且,以保证自动传板机 构的正常工作,避免卡板造成停机或损坏印制板。 “ ?拼版加工后需分成小块印制板,故拼板之间开“”型槽或邮票孔. 型槽或邮票孔开得过深容易造成机插时折断,开得过浅又会分开时不易操作, 故应按图.所示要求. 昌 窨 圈 . . 国 .???叫 ×。 图 “”型槽和邮票孔的要求示意图 . “’’ 邮票孔:圆孔直径为.,间距为.;开槽孔宽为.,长度为 .。两端的倒角.。 机插元件的焊盘设计要求: ?跨接线和轴向元件机插时引脚内弯方式,焊盘设计应为元件孔靠焊盘外 侧。 如图?所示: 蠕》 寸 卜.?. 图轴向元件焊盘设计示意图 一一 . ?径向元件为‘’型打弯,焊盘设计应为元件孔靠焊盘内侧。如图.所示: ? .“. 图?径向元件焊盘设计示意图 . 自动插件机控制系统的研究 ..插件能力 元件插装技术规范: ?跨接:如图所示: .。. 打弯角度 引线长度蘧《习一薹轴 :.浮起高度 倾斜高度 图跨线通孔插装技术规范 . ?轴向:如图.所示: .. .~. ?. 打弯角度 引线长度 倾斜高度 图.轴向元件通孔插装技术规范嘻 ? ?径向:如图所示: ;. ?~.? . ?.,‘’? 弓纠毫。乇,蹙投最三 于丁基琴角厂莲 图?径向元件通孔插装技术规范 . ? 捅装/良判掘 青岛科技大学研究生学位论文 ‘?. ?跨接如图所示 插入不良 浮疰当过度 伽砸筘过度 .以上 ?以上 弓线过长 弓线短 角度过大 .以上 .以下 以上 角度过小 线体损 以下 超过线径/以上 图跨线通孔插装不良示意图 . ? ?轴向如图.所示 倾斜过度 引脚未打弯 角度过大 .一以上 ‘’以上 一三堡,?? 一脚末出 引线成型不良 引线损伤 超过线径/以上 角度过.、 元件损伤 元牛裂纹 以下 图一轴向元件通孔插装不良示意图 . ?径向如图. 所示 显 翼 具 一脚不出 引线过长 引线相碰 ?犯 翼 翼 未手丁弯 手丁弯刁足 ’脚手丁弯上;. 自动插件机控制系统的研究 算~旦 叉 兄 一脚未打弯引线过短或过长 元件裂纹 引线损伤 投影.以下或.以上 超过线径/以上 一图径向元件通孔插装奉衷示意图. 几人操作; 对不同规格板每次设备手工调整量不超过多少; .机械系统方案 ..机械部分的组成 ...机架 由插件主机架和排料副机及其地脚架组成。机架单元构成了设备的基本结 构, 机架是用×和的方铁管焊接而成,结构合理,稳固可靠。在机架的 四角安装防震地脚,地脚的高度可以调整,用来调整机器的水平度。 ... 、工作台机构 本机是由放置的工作平台移动,实现对各个区域进行插件。每个工 作台机构都是由两条硬钢轴做轨道,中间安装一套滚珠丝杠副和伺服马达作为驱 动,丝杠的两轴端固定,马达通过同步带与其相连,丝杠螺母和平台板固定连接。 马达驱动丝杠旋转,丝杠带动丝杠螺母和台板做直线运动。、工作台机构上各 装设正负极限检测光电不关。机构运动超出第一集线马达就减速,超出第二极限马 达就减速后停下来,避免对伺服系统产生破坏性冲击。零位检测砘不关决定工作 平台机构在停机时的位置。工作台机构安装在主机架平台上,工作台机构安装 在工作台机构上,工作台台板采用优质进口铝材,实现轻量化。工作台机构的 台板内设置一圆转盘,圆转盘被四个横向安装的轴承托起,由四个竖直安装的轴承 对其四周限位。圆盘的四制各对应安装一个有型的定位卡座,在常念卜.,台板 上安装的定位机构的“舌头”伸出,与定位卡座的型【紧密接触,对圆盘定位。 定位机构::要两个单作用气缸、一个可伸缩的“舌头”以及吲定板等组成。肖转 台需要旋转时,气缸仲;,“舌夏:”缩,并与’‘座脱离接触。圆钴的旋转有转台马 青岛科技大学研究生学位论文 .。 达驱动,转台马达通过同步带和一个可伸缩的圆轮机构相连。圆轮机构上安装一个 气缸,当圆盘需要转动时,该气缸伸出,圆轮和圆盘的边缘紧密接触,马达的旋转 从而带动圆盘的旋转【. 。工作台示意图如图.所示: 光 关 轴 图. 、工作台示意图 . .? ...头部机构 头部机构是把链夹上的元件送到插件本体,并插入到电路板。轴马达插件 头马达通过同步带和横齿轮轴相连,齿轮轴和齿条啮合,齿条安装在一对直线轴 承库上,直线轴承套设在二条硬钢轴上,硬钢轴固定在主、副轴座上。上直线轴承 座上装设高速丝杠及其螺母,丝杠的上端固定在最上端的直线轴承座上,丝杠的下 端连接压料杆,该丝杠和直线轴承座能在硬钢轴上自由滑动;丝杠螺母通过一个螺 母套锁定在轴承上,并在螺母上固定安装一个齿轮,该齿轮和一条竖齿轮轴啮合, 竖齿轮轴又和伺服马达压料杆马达通过同步带相连,马达的旋转可以带动 丝杠上下运动,齿条上下运动时,丝杠及其螺母也随着上下运动。下直线轴承座内 设一旋转轴承,空心的插件辛杆和该轴承相连,主杆有两个横向安装的轴承将其定 位。在主硬钢轴座内装设有轴承,设有同步轮的主杆套和轴承固定连接,主杆穿过 主杆套,同步轮通过同步带和马达插件头旋转马达相连,马达旋转时主杆 也跟着旋转,实现不同角度插作。主杆的下端装设插件本体。本体上设有央料和卸 料机构。当机构送料过来时,央料机构把料央住;当插入元件时,卸料机构 把元件从火了:卸卜.。的送料滑块自,.端设有弓形送料器,弓形送料器【』端安装 料铲,下端安装一套央予,链条在其穿过;送料滑块和线性滑轨活动铸接,滑 轨 自动插件机控制系统的研究 和气缸连接,气缸工作送料滑块前后运动,把元件从链条的链央上送到插件本体的 夹料机构并返回。机构安装在托盘中间,其两边各安装一套链轮。工作时, 机构把元件从链条的链夹上送到插件本体的夹料机构,然后回位;马达会 根据插入角度的需要而旋转,摆正本体的角度;轴马达旋转,齿条向下运动,插 件本体和压料杆一起向下运动;马达旋转,压料杆向下运动,把元件插入电路板 的孔内,而后,压料杆回位,再和齿条?起回位。头部机构示意图如图.所 示: ...底座机构 底座机构是把插入到电路板的元件折弯、剪掉元件多余的引脚。底座本体内安 装剪脚刀,在剪脚刀的两侧各安装一条检测棒,常态下该棒和本体以及剪脚刀绝缘, 剪脚刀动作到位后,刀体和检测帮紧密接触,与机器的“地”形成回路。本体固定 安装在底座主杆上,主杆和主杆套活动连接,主杆套上设有同步齿轮,主杆套和固 定座内的轴承固定连接,同步轮和马达底座转角马达通过同步带相连。底 座的上下和剪脚刀的张合用一套机构。是由上升气缸,气缸连接头,连接柱仔, 气‘ 缸滑块,连接头销仔,气缸连接座,气缸连接座,气缸连杆,剪脚气缸等组成 的。工作时,马达旋转,底座本体转到需要的角度、上升气缸工作底座本体上 升,上升到位后,剪脚气缸工作,气缸连杆给剪脚刀施加压力,剪脚刀将元件 的引 脚剪断。底座机构示意图如图.所示: 压料杆 插,:本 图.头部机构示意图 .一 青岛科技大学研究生学位论文 剪脚刀 进气管 剪脚座 测线 图.底座机构示意图 .? ...链条张紧机构 此机构是为了保持链条合适的松弛度。由三套链轮组成,呈“品”字形分布, 左边的轮子除了上下位置可调外,其他位置固定不可调。中间和右边的的一 套轮子 还可以前后调节位置,用来调节链条的松紧度。当装上链条时,中间的一套轮子通 过两条压缩弹簧被限定在两条轴上,轴被固定在轴座上,轴座可前后调节,轴座上 还设有一条调节螺杆,螺杆的另一端顶住一个压板,压板被套在两条轴上并和压缩 弹簧紧密接触,调节螺杆,就可以调节弹簧的工作长度,也就调节了链条受力时的 变形量 ‘?。链条张紧机构示意图如图?所示: 调 上 卜. 位 置 图.链条张紧机构示意图 .一 自动插件机控制系统的研究 ...‘剪纸带机构 是将经过此位置的链夹上的元件的纸带部分切断。气缸和滑块连接,滑块上装 设主切刀、压刀、剥纸刀,在滑块压盖上设有调节压刀伸出极限的调节块和调节螺 杆;主切刀的对面设有副切刀;副切刀的背面设有链条导轨;导轨的对面设有一个 轴承,对链条的侧面限位;在链夹的上方设有能压住链央的轮子,轮子在弹簧的作 用下和链夹“弹性”接触,对链夹限位。工作时气缸动作,滑块向前运动,压刀向 前并先将元件的引脚压住,剥纸刀将高出切断位置的纸带自上而下剥离,切刀再将 元件的引脚切断,切过的元件引脚上也就没有纸皮了。剪纸带机构示意图如图. 所示: ...铲料机构 是将链夹上没插入电路板的多余的元件铲离链央。安装在张紧轮侧。由气缸和 料铲组成。料铲安装在气缸的杆端。该机构倾斜安装,和链夹保持一定的角度。 ...链条驱动机构 是驱动链条转动的机构。由伺服马达、行星齿轮减速箱、膜片式联轴器、主动 链轮等组成。在主动链轮的轴端安装一个有八个均匀槽缝的光电检测盘,用来检测 链条的零位。 料夹乐轮 图.剪纸带站位机构示意图.? ?青岛科技大学研究生学位论文 ~.. ...分配头机构 是将编带电子元件从编带上逐个切断、分离,并快速、准确的送到链条的链夹 上。卷料齿轮安装在编带导向板的尾端,电磁阀、气缸组合安装在站位本体的尾端, 气缸的出力杆通过一个活动连接头和主动滑块相连,主动滑块的另一端安装有叉形 推料片、检测板,侧面安装有切纸皮的主刀片,主动滑块的后端还竖着一条轴,轴 和连杆活动连接,连杆的另一端连接着棘爪和棘轮机构,棘轮上的轴的另一端连接 着卷料胶轮,胶轮的侧边设有编带料压板和切纸皮的副刀片,副刀片安装在一个可 调节的刀座上,用来调节其和主刀片间的间隙。主动滑块的旁边活动安装一个从动 滑块,其顶端安装着一个字型的勾料爪,勾料爪的另一端有两个定位销限位,也 就是限制从动滑块的行程,在这一端设有齿槽,齿槽和从动滑块内的活动销啮合 销被一条压缩弹簧顶住,弹簧的另一端和定位销连接。在副刀片座上还安装着缺料 检测片,没料到位时,检测片和检测电路板的端面的导电铜皮接触,形成回路,否 则,形成断路。工作时气缸伸出,主动滑块上的主切刀和副切刀将到位的编带料切 断;同时,叉形推料片和勾料爪以及主动滑块的端面共同作用,把元件定位、夹紧; 叉形推料片前端和料央先接触,先将料夹定位,随之,将元件推到料夹的夹子内, 勾料爪打开;气缸缩回,棘轮机构运动,带动卷料胶轮旋转一个角度,再送一个元 件到勾料爪内,气缸再次动作??如此循环舢”。分配头机构示意图如图.所示: 感 应 铜 片 图.分配头机构示意图 .一 ..系统基本功能组成 插件动作,该动作包 自动捅什机应阿先实现通孔直插式:自动插件机控制系统的研究 、括夹持、下插、松开夹持、回位四个动作,要完成该动作,需要由自动插件机的央 持机械手及其插件运动驱动机构来完成,即插件机核心模块?~插件机械手组件。 插件机械手的上下插件动作由相应的伺服驱动机构驱动完成。 自动插件机所有的动作都通过工控机控制,由工控机主板发出控制命令到达各 驱动装置和执行机构。 ..模块划分和整体布局 根据上述分析,本插件机机械部分共分六个模块,分别是后端分配头送料模块、 链条驱动运输模块、剪纸刀剪纸模块、板定位模块、插件机械手模块、底座剪 脚模块。每个模块实现功能及其机械方案如表.所示: ..插件机气控示意图 插件机的电气控制部分主要是由电磁阀和气缸的组合实现的。机器的气源由气 控组合输入,再由各路电磁阀输送给相应的气缸,气控示意图如图.所示。电磁 阀是用电磁控制的工业设备,用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和 其他的参数。电磁阀是用电磁的效应进行控制,主要的控制方式是继电器控 制。这 样,电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制,而控制的精度和灵活性都能够 保证【。 电磁阀有很多种,不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用不同,最常用 的足单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。 ...电磁阀工作原理 电磁阀里有密闭的腔,在不同的位置不有通孔,每个孔都通向不同的油管,腔 中间是阀,两面是两块电磁铁,哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边,通过 控制阀体的移动来挡住或漏出不同的排油的孔,而进油孔是常不的,液压油就会进 入不同的排油管,然后通过油的压力推动油缸的活塞,活塞又带动活塞杆,活塞杆 带动机械装置运动。这样通过控制电磁铁的电流通断就控制了机械运动【。电磁阀 结构示意图如图.所示: ...电磁阀的种类 闯内外的电磁阀从原理..分为人类『:直动式、分确自动式、先导式, 而从阀濉结构和材料:的不同与原理卜的区别又分为六个分支小类商动膜片.扛 青岛科技大学研究生学位论文 ~. 构、分步重片结构、先导膜式结构、直动活塞结构、分布直动活塞结构、先 导活塞 结构,按照气路数分为位通,位通,位通,位通【。 表.每个模块实现功能及机械方案 . 序皂 功能 模块名称 机械机构形式 分配头模 将.或.间距 电磁阀和气缸组合机构驱动, 块 的电子元件快速准确 实现冲程和间距调整功能,实 的送到链条的链夹上 现元件插入链夹功能 链条驱动 驱动链条转动,将链 由伺服马达、行星齿轮减速 模块 夹上的料运输到所需 箱、主动链轮等组成,还安装 位置 有光电检测盘,用来检测链条 的零位 剪纸模块 将链夹上的元件的纸 气缸和滑块连接,滑块上装设 带部分切断 主切刀、压刀和剥纸刀 ×、工作台 移动板,实现对 工作台机构有两条硬钢轴做 模块 各个区域进行插 轨道,中间安装一套滚珠丝杠 件 副和伺服马达作为驱动。、 工作台机构上各装设正负极 限检测光电开关和零位检测 光电开关 头部模块 将链夹上的元件送到 主要由插件头、压料丰杆和 插件头 插件本体,并插入到 机构组成,通过伺服马达 模块 电路板 驱动实现元件的央持、下插、 松开央持和回位四个动作 底座模块 是把插入到电路板的 底座本体内安装有三幅剪脚 底座剪 元件折弯、剪掉元件 刀,在剪脚/的两侧各安装一 脚模块 多余的引脚剪脚固 条检测棒,此机构的动作是通定 过伺服马达和 气缸来实现的。自动插件机控制系统的研究 图.插件机气控示意图 .? 卜电碰头 一矾量调节手柄 一外律弋螺丝 一导派孔 一电磁阀上腔一橡皮隔膜 图一电磁阀结构示意图 .? 电磁阀分为单电控和双电控,指的是电磁线圈的个数,单线圈的称为单电控, 双线斟的称为双电控,位通,位通一般时是单电控单线圈,位通, 位通可以是单电控单线圈,也可以是双电控双线圈。 一、按被控制管路内的介质及使用.况的不同可将电磁阀分为:液用电磁阀、 气用乜磁阀、蒸汽电磁阀、燃气电磁阀、油刖电磁阀、消防专用电磁阀、制冷电磁 阀、防腐电磁阀、高温电磁阀、高压电磁阀、无压差『磁阀、超低温磁阀深冷 青岛科技大学研究生学位论文 电磁阀、真空电磁阀等。 二、按电磁阀内部结构不同分为先导式、直动式、复合式、反冲式、自保持式、 脉冲式、双稳态、双向型等。 三、按电磁阀的使用材质不同可分为:铸铁体灰口铸铁、球墨铸铁、铜体 锋铜、锻铜、铸钢体、全不锈钢体、非金属材料。 四、按管道中介质的压力不同可分为:真空型、低压型、中压型、高压型、超 高压型。 五、按介质温度不同可分为:常温型、中温型、高温型、超高温型、低温型、 超低温型。 六、按工作电压不同分为:交流电压、直流电压。 七、按电磁阀的防护等级可分为:防爆型、防水型、户外型等: 八、电磁阀从原理上分为三大类: 分布直动式电磁阀 原理:它是一种直动和先导式相结合的原理,当入口与出口没有压差时,通 电后,电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起,阀门打不。当入口与出 口达到启动压差时,通电后,电磁力先导小阀,主阀下腔压力上升,上腔压力下降, 从而利用压差把主阀向上推不:断电时,先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件, 向下移动,使阀门关闭。 特点:在零压差或真空、高压时亦能动作,但功率较大,要求必须水甲安装。 先导式电磁阀 原理:通电时,电磁力把先导孑打不,上腔室压力迅速下降,在关闭件周围形 成上低下高的压差,流体压力推动关闭件向上移动,阀’歼;断电时,弹簧力把 先导孔关闭,入口压力通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上高的压差,流 ‘一 体压力推动关闭件向下移动,关闭阀门。 特点:流体压力范围上限较高,可任意安装需定制但必须满足流体压差条 、 件。 直动式电磁阀 原理:通电时,电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起,阀门打不;断电 时,电磁力消失,弹簧把关闭件压在阀座上,阀门关闭。如图?所示为单电控直 动式电磁阀的动作原理图: 自动插件机控制系统的研究 霉邋魂时 通电时 入 入 捧气? 捧气 静灞咆 磁毂 图?单电控直动式电磁阀的动作原理图 .? ...电磁阀特性 一、安全性能 、腐蚀性的介质:适合选用塑料电磁阀和仝不锈钢;对于强腐蚀的介质必须 选用隔离膜片式。中性介质,也应选用铜合会为阀壳材料的电磁阀,甭则,阀 壳中 常有锈屑脱落,尤其是动作不频繁的场合。氨用阀则不能采用铜材。 、爆炸性环境:必须选用相应防爆等级产品,露天安装或粉尘多场合应选用 防水,防尘品种。 、电磁阀公称压力应超过管内最高工作压力。 二、适用性能 、管道参数 .根据介质流向要求及管道连接方式选择阀门通口及型号。 . .工作压差 最低工作压差在.以上是可选用问接先导式:最低工作压差接近或小于 零的必须选用直动式或分步直接式。 .根据流量和阀 流量系数值选定公称通径,也可选司篱道内径。 、环境条件 .环境中相埘湿度高及有水滴阿淋等场合,应选防水电磁阀。青岛科技大学研 究生学位论文 .环境的最高和最低温度应选在允许范围之内。 .环境中经常有振动,颠簸和冲击等场合应选特殊品种,例如船用电磁阀。 .环境空间若受限制,请选用多功能电磁阀。、 .在有腐蚀性或爆炸性环境中的使用应优先根据安全性要求选用耐腐蚀性。 、介质的特性 一 .介质温度不同用不同规格产品,否则线圈会烧掉,密封件老化,严重影响 寿命。 .质气,液态或混合状态分别选用不同品种的电磁阀,否则易引起误动作。 .介质温度应选在电磁阀允许范围之内。 .介质清洁度不高时都应在电磁阀前配装反冲过滤阀,压力低时尚可选用直 ‘ 动膜片式电磁阀。 、控制精度 .动作时间:指电信号接通或切断至主阀动作完成时间; ’ .泄漏量. .普通电磁阀只有开、关两个位置,在控制精度要求高和参数要求平稳时请 选用多位电磁阀: 、电源条件 .应根据电源容量选择额定电流和消耗功率。 .电压规格尽量优先选用,。 .电源电压波动通常交流选用%,.%,直流允许?%左右,若有超差, 须采取稳压措施或提出特殊订货要求。 .根据供电电源种类,分别选用交流和直流电磁阀。一般来说交流电源取用 方便。 一 三、可靠性能 、工作频率:动作频率要求高时,结构应优选直动式电磁阀,电源应优选交 流。 、工作制式:分长期工作制,反复短时工作制和短时工作制三种; 、动作可靠性:不可靠将会损坏整个系统。 、工作寿命; 四、经济性能 、更重要的是,一只电磁阀在整个自控系统巾乃至牛产线,?所占成本微乎其 微,如果贪图小便宜而错选早造成损害群是巨大的。 、经济是产的僻价,更要优先考虑其功能和质节以及安装维修及其 它附件所需刷费用。