【摘 要】三維臺式點膠機采用噴射式點膠系統(tǒng)，由三個直角坐標機器人部件組成。其工作范圍三軸為400*400*100mm；點對點最高速度為500mm/sec；打點速度為150點/min。采用滾珠絲杠和直線導軌組合使用的方法完成了點膠機對直線往復運動的要求?？刂葡到y(tǒng)采用工控機結(jié)合研發(fā)的PCL 839三軸高速運動控制卡組成。該臺式點膠機具有運動精度高、速度快、重量輕、體積小、安裝方便等特點。

【關鍵詞】點膠機；滾珠絲杠；伺服；同步

1.緒論

高速發(fā)展的21世紀很多行業(yè)發(fā)展的非常快，時代的發(fā)展對產(chǎn)品品質(zhì)的要求越來越高，競爭激烈。比如我們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚碾娮赢a(chǎn)品（手機、電腦、DVD、計算器、電視機等等）不斷的改善我們的物質(zhì)生活。但是這些產(chǎn)品不斷的更新進步，變小變薄，因而以前依賴于人工制作的工藝現(xiàn)在需要機械來完成。自動化機械的優(yōu)點在于多量生產(chǎn)、精密控制，因而可提高產(chǎn)品品質(zhì)，加快生產(chǎn)速度，減少人工降低成本。

點膠設備也得到廣泛的運用。比如表面貼裝技術SMT的產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，遇到兩面貼裝或貼裝與插裝混裝的工藝要求時，必不可少地要用到點膠裝置，將專用粘著劑按指定位置涂覆于印刷電路板上，貼裝元器件后加溫固化，再進行后續(xù)焊接工藝[1]。在2004年下半年，美國FED向市場提供了目前市場上最快最穩(wěn)定的新點膠機系列。新近又推出了Ultra2400點膠機，精密點膠控制中時間調(diào)節(jié)可精確至0.0001秒。本論文主要闡述三維臺式點膠機的設計過程。

2.方案設計

該三維臺式點膠機臺式點膠機由三個直角坐標機器人部件組成。其工作范圍三軸為400*400*100mm；點對點最高速度為500mm/sec；打點速度為150點/min。

2.1 點膠方法的選擇

本設計采用噴射式點膠系統(tǒng)。噴嘴可在需要底部填充的器件的上方進行點膠，不需要到達其頂部以下的位置。噴嘴并不像點膠針筒那樣對點膠高度要求嚴格。根據(jù)膠液類型的不同，噴嘴可放在電路板上0.5mm到3mm的范圍。采用噴射技術噴嘴所噴射的膠點在100微米的數(shù)量級。

2.2 機械傳動方案的選擇

滾珠絲杠是直線傳動的理想選擇。該點膠機采用滾珠絲杠來實現(xiàn)直線往復運動。為了使點膠機的結(jié)果緊湊，節(jié)省安裝空間，兩個方向的滾珠絲杠與電機才用了并聯(lián)的方式連接。這樣就產(chǎn)生了電機與滾珠絲杠同步的問題。采用同步帶傳動解決。

2.3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)采用工控機結(jié)合研發(fā)的PCL 839三軸高速運動控制卡組成，通過伺服電機驅(qū)動器和伺服電機對膠槍的位置進行半閉環(huán)控制。PCL 839三軸控制卡可以同時對三根軸的運動進行獨立的控制。系統(tǒng)的硬件結(jié)構配置原理圖1[2]所示。

圖1 伺服控制系統(tǒng)硬件配置原理圖

PCL 839控制卡在系統(tǒng)中主要完成以下的功能：

a）利用它的l6位數(shù)字輸入/輸出通道，將它作為伺服控制系統(tǒng)中工控機與系統(tǒng)其他部分之間的通訊橋：負責接收各個軸的狀態(tài)信號，送到工控機進行綜合處理；接收工控機發(fā)送過來的控制信號，并發(fā)送到各個指示燈以控制它們的明滅；選擇一些需要顯示的參量信息送至工控機，在人機界面上顯示，以在運動控制的過程中提供人機交互的必要信息；

b）接收工控機發(fā)送過來的控制信號，通過內(nèi)部譯碼器將這些信號轉(zhuǎn)換成脈沖信號的頻率和個數(shù)分別發(fā)送至相應的伺服電機驅(qū)動器，從而驅(qū)動并控制X、Y、Z軸的伺服電機的運轉(zhuǎn)。

伺服電機通過聯(lián)軸器帶動絲杠分別控制x軸、Y軸和Z軸，在數(shù)控系統(tǒng)軟件的控制下實現(xiàn)聯(lián)動，使點膠頭按照設定圖形軌跡點膠。

3.結(jié)構設計

臺式點膠機由三個直角坐標機器人部件組成。基于滾珠絲杠副傳動效率高、定位精度高、使用壽命長、同步性能好的特點，該點膠機均采用精密滾珠絲杠副實現(xiàn)三個方向的直線運動。同時采用直線導軌輔助運動的實現(xiàn)。三個方向分別由三個伺服電機驅(qū)動，使用同步帶傳動解決電機與滾珠絲杠副并聯(lián)布置帶來的同步問題。由于滾珠絲杠的螺母受到切向摩擦力，不能保證周向的平穩(wěn)。所以滾珠絲杠和兩個直線導軌配合使用。

對直線導軌的要求如下：1）一定的導向精度；2）運動輕便平穩(wěn)；3）良好的耐磨性；4）足夠的剛度；5）溫度變化影響小；6）結(jié)構工藝性好。滾動直線導軌的結(jié)構如圖2所示。

采用BNFN 1605-3型滾珠絲杠。其具體參數(shù)為絲軸外徑Do為16mm，導程為5mm，絲杠軸慣性扭矩為，額定動載荷為8700N，絲杠底徑為13.8mm，滾珠中心徑16.5mm[3]。

圖2 滾動直線導軌的結(jié)構[15]

X軸采用電機和滾珠絲杠串聯(lián)。連接力求結(jié)構簡單，這樣傳動更平穩(wěn)、振動小，精度高。導軌安裝在鋁合金型材上，這樣來提高運行精度和整體剛性。工作平臺由四個滑塊于直線導軌相連。結(jié)構如圖3所示。

Y軸采用并聯(lián)，以減小底座尺寸。安裝同步帶輪。如圖4所示。

Z軸同樣采用并聯(lián)。以減小機器人長度，從而縮小總體高度。如圖5所示。

該電膠機的總體裝配如圖6所示。

4.滾珠絲杠的校核

對X軸的校核[4]：

X軸為承載工件的平臺。最大工作載荷為50千克。行程為400。

工作面的摩擦阻力：

1）扭矩

2）扭矩引起的絲杠扭轉(zhuǎn)變形量

3）扭轉(zhuǎn)變形引起的軸向移動滯后量δ

4）臨界轉(zhuǎn)速

遠遠大于電機的額定轉(zhuǎn)速3000。

5）壽命計算

壽命很長，充分滿足點膠機的壽命要求。

按照校核X軸的方法，分別對Y、Z軸進行校核，最后得出的結(jié)論是Y、Z軸均滿足點膠機的要求。

綜上所述三個滾珠絲杠副完全滿足設計要求。

5.結(jié)論

采用滾珠絲杠和直線導軌組合使用的方法完成了點膠機對直線往復運動的要求。臺式點膠機的工作性能為：

行程：X軸400mm Y軸400mm Z軸100mm；

工作范圍：工作空間；

速度：X軸、Y軸、Z軸500mm/s；

可搬重量：X軸50kg Z軸15kg；

驅(qū)動方式：伺服電機（Z軸電機采用制動器，保護作業(yè)物）；

控制器：內(nèi)置多軸控制器，采用PC操作[21]。

Y軸的電機Z軸的一樣也和滾珠絲杠采用并聯(lián)式連接，這樣大大的減小了點膠機的橫向尺寸。Y軸的直角坐標機器人和支架之間采用可拆裝的兩個定位板連接提高了安裝精度，降低了安裝難度。

三個直角坐標機器人都采用了鋁外殼，在機器人底座上安裝了鋁合金型材。采用T形螺母連接固定。確保了點膠機的點膠精度。外殼有一定的厚度，不采用SMC提供的卡殼式，為電機的并聯(lián)提供了方便。外殼強度比卡殼式高的多，機器人的兩頭不用安裝型材。在確保機器人的精度和整體剛性的同時，節(jié)省了材料。

噴射式點膠效率高，可調(diào)節(jié)作業(yè)速度和方法。例如采用不同的點膠模式可分別適用于流水線生產(chǎn)和單機生產(chǎn)。PC操作，可存儲多個加工產(chǎn)品型號。這樣有利于管理加工產(chǎn)品和統(tǒng)計加工數(shù)量。輸入作業(yè)位置簡單。

提供夾具安裝平臺，可根據(jù)不同的產(chǎn)品安裝不同的夾具。

該臺式點膠機廣泛應用于晶片封裝、LCD封裝、手機點膠等精密電子信息行業(yè)，也應用于機電、食品加工、醫(yī)藥衛(wèi)生等領域。

參考文獻：

[1]沈新海.點膠技術的基本原則[J].電子工藝與技術，1999，11（6）：250-253.

[2]沈正湘，李涵雄，丁漢，韓雷.電子封裝中的點膠過程分析和控制[J].控制工程，2005（9）：405-409.

[3]紀名剛，等.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2001，6：160-162.

[4]周開勤.機械零件手冊[M].北京：高等教育出版社，2001，7.

作者簡介：費飛（1965—），男，上海人，中學高級教師，從事教育工作20年，現(xiàn)任教于無錫機電高等職業(yè)技術學校，從事機械及機電技術應用教學工作。