李 銳，謝海濤

（深圳市中禾旭精密機(jī)械有限公司，廣東深圳 518125）

1 自動(dòng)插件機(jī)概況

1.1 自動(dòng)插件機(jī)的概念和優(yōu)缺點(diǎn)

自動(dòng)插入技術(shù)是通孔技術(shù)的一部分：它通過(guò)自動(dòng)插入設(shè)備把電器元件嵌入印刷電路板的導(dǎo)電透氣孔中。其好處是增加了安裝密度、安全性、耐振動(dòng)能力、頻率特性、智能化程度以及勞動(dòng)效率，減少了生產(chǎn)成本。自動(dòng)插入技術(shù)的主要缺陷是焊后修復(fù)性不好，且插入速度也沒(méi)有貼片機(jī)快。

插入式機(jī)器的分類(lèi)可以通過(guò)組件的不同插入方法來(lái)確定。插入元件后與PCB 垂直的插入設(shè)備稱(chēng)為垂直插入機(jī)，插入元件后與PCB 平行的插入設(shè)備稱(chēng)為水平插入機(jī)，因此插入機(jī)的分類(lèi)取決于插入元件后的形式。當(dāng)插件和SMT 制造工藝交叉時(shí)，通常是先黏貼插件，然后在波峰后焊接插件。在插入式機(jī)械方面，對(duì)于一些特殊形狀的部件，普通的插入式設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)插入。第一種解決方案是手動(dòng)插入，第二種解決方案是開(kāi)發(fā)專(zhuān)用插入設(shè)備，借助專(zhuān)用插入機(jī)械手滿(mǎn)足異形插入的需要。

1.2 插件機(jī)組成部分及功能

插件機(jī)是由機(jī)構(gòu)部分和電氣部分組成，機(jī)構(gòu)部分主要是供料系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、傳送系統(tǒng)及插件系統(tǒng)，電氣部分主要是氣動(dòng)系統(tǒng)、元件感應(yīng)檢測(cè)及電路控制系統(tǒng)。

（1）電路系統(tǒng)是自動(dòng)插件機(jī)的精密機(jī)電設(shè)備。其所有功能均由內(nèi)置CPU 協(xié)調(diào)和管理，動(dòng)作報(bào)告結(jié)果則由光電開(kāi)關(guān)、霍爾元件或編碼等傳感器元件反饋。（2）氣路系統(tǒng)供各部分氣動(dòng)機(jī)構(gòu)。（3）X-Y定位系統(tǒng)帶工作夾具。（4）插件頭組件。（5）打彎剪切砧座。（6）自動(dòng)校正系統(tǒng)。（7）自動(dòng)收放板系統(tǒng)。（8）編序機(jī)和組件棧。（9）元器件檢測(cè)器。（10）對(duì)中校正系統(tǒng)。

1.3 插件機(jī)工藝流程

1.3.1 送料

此功能主要由插入式機(jī)器的分配頭機(jī)構(gòu)完成。主要是將編織用電器元件在編織物內(nèi)逐個(gè)切斷和分開(kāi)，并使之迅速可靠地傳遞至所連接的鏈夾上。分配頭機(jī)構(gòu)的主要部分包括：（檢測(cè)）集成電路板、感應(yīng)件定位銷(xiāo)、感應(yīng)銅塊、工位感應(yīng)制動(dòng)裝置、氣缸、電磁控制閥、主副刀、分離撥叉片、棘輪機(jī)構(gòu)等；操作時(shí)將氣缸伸出，由活動(dòng)曲臂滑塊上的主刀和輔刀，將編織材料全部切割完畢；同時(shí)，叉推片、鉤爪機(jī)構(gòu)和活動(dòng)曲臂滑塊的前端件一起固定好，并夾住元件；叉推片的前部先與料夾接觸，然后定位料夾。接著，將元件引入鏈夾的夾子中，鉤爪啟動(dòng)；隨著油缸縮回，棘輪機(jī)構(gòu)移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)卷取輪旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，然后將部件送入鉤爪，汽缸再次動(dòng)作。

1.3.2 運(yùn)輸料（鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)）

此操作由鏈條驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)完成。該機(jī)構(gòu)主要由伺服電機(jī)、行星齒輪減速器、膜片聯(lián)軸器、驅(qū)動(dòng)鏈輪等組成。在驅(qū)動(dòng)鏈輪的軸端安裝一個(gè)帶有8個(gè)均勻槽的光電檢測(cè)盤(pán)，用于檢測(cè)鏈條的零位。

1.3.3 剪紙

該操作主要通過(guò)剪紙皮帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行。該結(jié)構(gòu)主要由光電檢測(cè)片、氣缸和導(dǎo)軌等構(gòu)成。剪紙藝術(shù)的機(jī)構(gòu)利用在該部位的鏈夾上的原片制作紙帶。當(dāng)光伏發(fā)電探測(cè)器所感應(yīng)的元件到位后，隨著氣缸運(yùn)動(dòng)，曲柄滑片往前運(yùn)動(dòng)，壓刀往前運(yùn)動(dòng)，并先把元件的插針壓住后。用剝紙刀把高于切割部位的印刷紙帶自上而下地剝皮，然后用切割刀把元件的銷(xiāo)切下，在切開(kāi)元件的銷(xiāo)上并沒(méi)有紙。

1.3.4 PCB板定位

該動(dòng)作可以通過(guò)X和Y工作臺(tái)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，將放置在PCB 的工作臺(tái)移動(dòng)來(lái)完成對(duì)PCB 上任何部位的插入。將正負(fù)極限測(cè)試光電接近開(kāi)關(guān)和零位測(cè)試光電接近開(kāi)關(guān)都放置在Y工作臺(tái)機(jī)構(gòu)上。當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)要移動(dòng)時(shí)，由轉(zhuǎn)盤(pán)馬達(dá)帶動(dòng)，而轉(zhuǎn)盤(pán)電機(jī)則通過(guò)同步帶與其連接。馬達(dá)帶動(dòng)絲杠運(yùn)轉(zhuǎn)，而絲杠則帶動(dòng)絲杠螺母與底座垂直運(yùn)動(dòng)。

1.3.5 CTA送料、插件

此部分由插接機(jī)主體部分的接頭結(jié)構(gòu)所完成。接頭結(jié)構(gòu)將鏈夾中的元件輸送至插件體，并嵌入電路板內(nèi)。當(dāng)CTA 結(jié)構(gòu)送料時(shí)，由夾緊機(jī)構(gòu)夾住材料；當(dāng)嵌入零件后，由卸料機(jī)構(gòu)將零部件從夾內(nèi)拔出。CTA的進(jìn)給浮動(dòng)塊前端設(shè)置拱形給彈器。拱形給料機(jī)上部設(shè)置電鏟，下部設(shè)置一組電極裝夾，彈鏈通過(guò)電極裝夾；進(jìn)給浮動(dòng)塊與直線熘道運(yùn)動(dòng)相連，直線熘道與油缸相連，進(jìn)給滑塊來(lái)回運(yùn)動(dòng)，將零件從鏈條的鏈夾送至插件體的夾緊機(jī)構(gòu)并返回。CTA 機(jī)構(gòu)安裝在托盤(pán)中間，兩側(cè)安裝一組鏈輪。工作時(shí)，CTA 機(jī)構(gòu)將組件從鏈夾送至插件體的夾緊機(jī)構(gòu)，然后返回；電機(jī)RH 會(huì)根據(jù)插入角度的需要旋轉(zhuǎn)，將機(jī)體角度拉直；h 軸電機(jī)旋轉(zhuǎn)，機(jī)架向下移動(dòng)，插件體與壓桿一起向下移動(dòng)；電機(jī)RB 旋轉(zhuǎn)，壓桿向下移動(dòng)，將元件插入電路板孔內(nèi)，壓桿返回，隨機(jī)返回。

1.3.6 折彎、剪腳

此操作由基本機(jī)制完成?；鶛C(jī)構(gòu)彎曲插入電路板的元件，并切斷元件多余的引腳。座體內(nèi)裝有夾腳器，夾腳器兩側(cè)裝有檢測(cè)桿。在正常情況下，桿與本體和腳鉗絕緣。夾腳器在移動(dòng)到位時(shí)，導(dǎo)體與檢測(cè)棒緊緊對(duì)接，與設(shè)備的“接地”構(gòu)成回路。主機(jī)固定并設(shè)置在底座的主桿上，主桿與主桿套筒活動(dòng)相連，在主桿套筒上還裝有同步輪，主桿套筒活動(dòng)與底座上的滾動(dòng)軸承緊固相連，同步輪和同步帶與電源RB（基座角電機(jī)）相連。一套結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)底座的上下運(yùn)動(dòng)以及腳剪的張緊與閉合。它由上升油缸、油缸接頭、連接柱、油缸滑塊、連接頭銷(xiāo)、油缸連接座、油缸連桿、剪腳油缸等組成。在操作過(guò)程中，電機(jī)RB 旋轉(zhuǎn)，底座旋轉(zhuǎn)到所需角度，提升油缸工作。底座升起，上升到位后，剪腳油缸工作。汽缸連桿向剪腳刀施加壓力，剪腳刀切斷部件。

2 立式插件機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)了插裝機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、插入系統(tǒng)和定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并通過(guò)設(shè)計(jì)驗(yàn)證對(duì)各部件的整個(gè)腿部過(guò)程進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。同時(shí)，還需要仔細(xì)設(shè)計(jì)送紙系統(tǒng)中切紙帶的氣動(dòng)機(jī)構(gòu)，并對(duì)各部件的受力進(jìn)行分析。通過(guò)受力分析，選擇空中街道來(lái)平衡受力，為了防止插件的沖擊力，采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電氣控制的方法來(lái)減小沖擊力。定位方法使用PCBA 上的定位孔來(lái)定位針。在傳輸過(guò)程中，PCBA 承載帶元件需要由鏈條驅(qū)動(dòng)。

2.1 送料系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

該設(shè)備模仿手動(dòng)插件。在手動(dòng)插入之前，首先將帶材料的電容器通過(guò)腳鉗，將電容器的插腳剪至項(xiàng)目要求的長(zhǎng)度（基板為2.4～3.2 mm），然后將其散裝放入回收箱中。當(dāng)機(jī)器手指模擬手動(dòng)拾取時(shí)，必須首先放置電容器?；谶@一結(jié)果，有兩種方案。

2.1.1 帶料電容送料方案

將切割后的散裝材料（電容器）放入振動(dòng)盤(pán)中放電，然后設(shè)計(jì)一種特殊的分離、成型和定位機(jī)構(gòu)。該方法存在的問(wèn)題如下。

（1）切割電容器的引腳約為2.8 mm，且大多數(shù)電容器為長(zhǎng)圓柱形，因此難以垂直放電，每個(gè)電容器需要一個(gè)振動(dòng)盤(pán)，這占用了大量空間，成本很高（約10000元）；

（2）放電后很難定位電容器，而且判斷極性更加困難和不穩(wěn)定，由于腳剪需要手動(dòng)操作，因此放棄了該方案。

做一套機(jī)構(gòu)通過(guò)氣動(dòng)一次完成送料、剪腳、整形、定位，分析送料電容紙帶上的孔距為2.7 mm，通過(guò)紙帶孔送料，要保證每次送一個(gè)孔距就可保證電容準(zhǔn)確送到剪腳位，為確保剪后電容PIN 腳長(zhǎng)度，故而送料高度可調(diào)，采用圖1機(jī)構(gòu)來(lái)完成。

圖1 拉紙機(jī)構(gòu)

本機(jī)構(gòu)中氣缸1 過(guò)通限位螺釘把行程控制為12.7 mm，把拉紙帶銷(xiāo)頭部作為錐形方便進(jìn)入，通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘可調(diào)節(jié)拉銷(xiāo)的高度，從而配合托料架調(diào)節(jié)剪腳長(zhǎng)度，此機(jī)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生誤差積累。具體工作方式：氣缸伸出使拉銷(xiāo)插入紙帶孔，完成后氣缸伸出使紙帶向前運(yùn)動(dòng)2.7 mm，到位后氣缸縮回，再有氣缸縮回，完成一個(gè)送料動(dòng)作。

2.1.2 電容剪腳和整形及定位機(jī)構(gòu)

由圖1可知，可以通過(guò)氣缸的動(dòng)作控制送料形成，在送料過(guò)程中，推動(dòng)料帶前進(jìn)的是氣缸，可以通過(guò)氣缸的動(dòng)作插入料帶孔中，前進(jìn)的過(guò)程中插入料?？?，送料結(jié)束后抽出拉紙帶銷(xiāo)，然后氣缸動(dòng)作回到原始送料位置，再通過(guò)氣缸插入拉紙帶銷(xiāo)到料帶孔中進(jìn)行下一次的送料行程。送料行程距離可以調(diào)節(jié)，通過(guò)調(diào)節(jié)螺絲進(jìn)行對(duì)汽缸1行程距離的調(diào)節(jié)作用。

切刀機(jī)構(gòu)在取料的同時(shí)也要進(jìn)行切料帶的作用，使料帶和電容元件脫離，然后可以取料，切料帶就是切掉元件腳，切刀通過(guò)螺絲固定在固定塊上，而氣缸帶動(dòng)通過(guò)切刀刃口對(duì)元件腳進(jìn)行切腳的動(dòng)作。

動(dòng)切刀機(jī)構(gòu)切料氣缸的作用是帶動(dòng)切刀對(duì)元件引腳進(jìn)行剪切，電容到位傳感器可以檢測(cè)到電容是否有送到位，如果沒(méi)有，會(huì)再送一顆電容到此位置，電容定位塊是對(duì)到位的電容進(jìn)行定位，便于對(duì)電容進(jìn)行切腳和手指機(jī)械手的準(zhǔn)確抓取作用，壓紙滑塊的作用是利用彈簧的壓力帶動(dòng)壓紙滑塊對(duì)料帶進(jìn)行擠壓以保證料帶前進(jìn)的精度和順暢。

輔助定位機(jī)構(gòu)通過(guò)電容傳感器對(duì)電容的到位檢測(cè)，電容定位塊對(duì)電容進(jìn)行定位，再由電容PIN 腳彈壓塊對(duì)電容腳進(jìn)行固定以便切腳。

2.2 插件模塊

插件模塊由機(jī)頭（夾爪機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和上下機(jī)構(gòu)）及精準(zhǔn)定位滑臺(tái)（XY table）組成，機(jī)頭機(jī)構(gòu)如圖2所示。由3個(gè)氣缸組成，第一個(gè)是上下行程氣缸，帶動(dòng)手指機(jī)械手進(jìn)行上下行程的動(dòng)作，到插件還有15 mm 時(shí)會(huì)有一個(gè)緩沖機(jī)構(gòu)防止沖力過(guò)大；第二個(gè)是轉(zhuǎn)角氣缸，在插件元件有角度的時(shí)候可以進(jìn)行轉(zhuǎn)角，僅可以進(jìn)行90°的轉(zhuǎn)角動(dòng)作；第三個(gè)是手指抓取的氣缸，可以帶動(dòng)手指機(jī)械手進(jìn)行元件的抓取及插件的動(dòng)作。

圖2 機(jī)頭機(jī)構(gòu)

2.3 基板定位模塊

2.3.1 載具進(jìn)出機(jī)構(gòu)及控制原理

根據(jù)工作要求要滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)：①連板分板功能；②進(jìn)板緩存區(qū)、工作區(qū)、出板緩存區(qū)。結(jié)構(gòu)及動(dòng)作示意如圖3。

圖3 載具進(jìn)出機(jī)構(gòu)原理

通過(guò)快速鏈條與慢速鏈條完成連板情況下的分板功能，如下：

（1）載具有慢速段，進(jìn)入快速段，進(jìn)板檔塊下降放載具過(guò)去。

（2）進(jìn)板傳感器檢測(cè)到載具進(jìn)來(lái)時(shí)，并且出板傳感器檢測(cè)無(wú)板，出板擋塊升起，將阻擋載具使其停下，完成載具初定位。

（3）當(dāng)進(jìn)板傳感器檢測(cè)到載具的下降沿時(shí)，表明載具已過(guò)進(jìn)板擋塊，此時(shí)進(jìn)板擋塊升起阻擋下塊載具進(jìn)入工作區(qū)。

（4）在基板定位完成后，出板擋塊下降，為出板做準(zhǔn)備，當(dāng)插完件后載具被重新放到鏈條上，此時(shí)進(jìn)板擋塊下降，下塊載具進(jìn)入工作區(qū)。

2.3.2 基板精定位結(jié)構(gòu)說(shuō)明

由于基板在載具中偏轉(zhuǎn)一定角度放置，首先把載具升起脫離傳送軌道，然后通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)載具使基板和設(shè)備在同一坐標(biāo)系內(nèi)，再利用基板上的安裝孔進(jìn)行定位，方法為右邊定位銷(xiāo)插到基板石邊安裝孔內(nèi)固定，左邊定位銷(xiāo)插到基板左邊安裝孔內(nèi)向外側(cè)拉伸，使基板精確定位。

3 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，我國(guó)電子產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)很快。國(guó)內(nèi)業(yè)務(wù)基本由國(guó)內(nèi)企業(yè)的自主產(chǎn)品覆蓋，并已推向全球市場(chǎng)。在走向全球發(fā)展的進(jìn)程中，唯有通過(guò)提升產(chǎn)品的技術(shù)含量，才能鞏固在發(fā)展進(jìn)程中獲得的現(xiàn)有市場(chǎng)。所以，企業(yè)必須在電子產(chǎn)品工藝方面實(shí)現(xiàn)有效的技術(shù)突破。另一方面，必須提升產(chǎn)品改造工藝中的技術(shù)，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，減少制造工藝中的不平衡成分，提升質(zhì)量，改善插件環(huán)節(jié)生產(chǎn)過(guò)程的現(xiàn)狀，為企業(yè)解決問(wèn)題，帶來(lái)效益。