一种在线式选择性波峰焊机机械结构设计.pdf

* 东莞职业技术学院示范建设专项资金资助：东莞职业技术学院2016年政校行企合作开展科研与服务项目（编号：政201604） 收稿日期：20170405 摘要：传统的波峰焊机自动化程度不高，焊接性能有限。为提高焊接效率，保障焊接质量，根据企业的流水线生产方式和波峰 焊工艺流程，设计了一种在线式选择性波峰焊机，实现了助焊剂喷涂、PCB预热和选择性焊接的一体化和全自动化，提高了焊 接的灵活性和焊接质量，可以无缝地嵌入到企业的流水式生产线上进行焊接生产。 关键词：在线式；选择性；波峰焊；机械结构 中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：10099492 ( 2017 ) 10005803 One Type Mechanical Structure Design of Online Selective Wave Soldering Machine ZUO Da-li，ZHANG Wei-wen，LI Xiao-mian （Department of Electromechanical Engineering，Dongguan Polytechnic，Dongguan 523808，China） Abstract:Traditional wave soldering machine is bad-automatic and its welding performance is limited. In order to improve the welding efficiency and ensure the welding quality，one type on-line selective wave soldering machine was designed according to the production line of the enterprise and the wave soldering process. It realizes the integration and full automation of flux spraying，PCB preheating and selective welding and improves the welding flexibility and welding quality. It can be seamlessly embedded into the enterprises production line for welding production. Key words:on-line；selectivity；wave soldering；mechanical structure 一种在线式选择性波峰焊机机械结构设计* 左大利，张伟文，李笑勉 （东莞职业技术学院 机电工程系， 广东东莞523808） DOI: 10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2017. 10. 015 0引言 波峰焊机是通孔元器件批量焊接生产时的常 用设备1。然而，随着电子产品制造业向着高精密 性、高可靠性、高自动化方向发展2，以及产品更 新换代周期的缩短和生产成本竞争的加剧，传统 的波峰焊机越来越不能满足产业的发展需要，主 要存在以下几个方面的问题3-4： （1）传统波峰焊机为半自动化设备，待焊接 PCB板需要人工上下料，自动化程度不高； （2）传统波峰焊机锡炉为敞开式，熔化的锡 液易被空气氧化产生焊渣，影响焊接质量； （3）传统波峰焊机助焊剂的喷涂为人工浸入 或涂抹方式，均匀性难以控制； （4）传统波峰焊机助焊剂喷涂工位与波峰焊 接工位分开，中间存在物料搬运，容易出现物料 堆积、生产效率不高，而且放置时间过久还会导 致助焊剂的挥发，降低了焊接性能。 为此，选择性波峰焊机以其高焊接品质、高 柔性化、高自动化的优势应运而生5。选择性波峰 焊又称机器人焊接技术，主要用于通孔零件和异 形印刷线路板之点浸焊、拖焊、迷你波峰焊和群 焊等领域6。广泛用于汽车电子控制电路PCB的焊 接、网络模块 PCB 焊接、航空航天电子 PCB 焊 接、医疗器械PCB焊接等高端精密行业7-8。本文 根据企业的流水式生产方式，按照选择性波峰焊 的工艺流程设计了一款全自动选择性波峰焊机的 机械结构，以供企业流水线生产之用。 1 选择性波峰焊机总体结构设计 1.1 功能需求分析 选择性波峰焊的主要工艺流程如图1所示。 由图1的工艺流程可知，在线式选择性波峰 焊机至少应具有以下三大功能： 机电工程技术2017年第46卷第10期研究与开发 58 万方数据 （1）助焊剂喷涂功能：对由上道工序进来的 PCB进行助焊剂选择性喷涂； （2）预热功能：对喷涂过助焊剂的PCB进行 预加热至所需温度； （3）焊接功能：对预加热过的PCB进行选择 性精密焊接。 除上述选择性波峰焊工艺上所必须的功能之 外，在结构上还必须考虑企业的流水式生产线的 需求。为此，采用企业流水线常用的传输带或链 对PCB进行传送，使得焊机可以无缝地嵌入到企 业流水式生产线中，以提高焊接生产的自动化水 平和生产效率。 1.2总体结构设计 根据上述功能需求分析，设计的在线式选 择性波峰焊机总体结构如图2所示。按照流水式 工作方式分为上下结构：上面为 PCB 传送区， 下面为 PCB 焊接区；按照工艺流程分为左、 中、右三个部分：助焊剂喷涂区、预热区、选 择性焊接区。 工作原理简述如下： （1） 待焊接 PCB 从上段工位流入传送带 段，进入助焊剂喷涂区，阻挡机构 3 将 PCB 挡 停，助焊剂喷涂模块7按照预定程序对PCB进行 选择性助焊剂喷涂； （2） 阻挡机构 3 收回，PCB 进入传输线 段，预加热箱6对PCB进行加热； （3）PCB进入传输线段，阻挡机构4将PCB 挡停，选择性波峰焊接模块 5 按照预定程序对 PCB进行选择性焊接； （4） 阻挡机构4收回，PCB从传输线段流 入下段工序设备。 2 关键部件设计 2.1助焊剂喷涂模块设计 助焊剂喷涂模块 （图 2 中 7） 结构如图 3 所 示。 根据功能需求，主要分为三个部分： （1） X、Y 轴线性运动模组 （图 3 中 1、2、 3、5） ：实现平面内的运动与定位功能； （2）喷头活动安装架（图3中6） ：实现对喷 头的支撑及对喷出后回落的助焊剂的回收功能； （3）自动喷头（图3中4） ：实现助焊剂的选 择性自动喷涂功能。 2.2选择性波峰焊接模块设计 2.2.1总体结构设计 选择性波峰焊接模块 （图 2 中 5） 如图 4 所 示，主要由X轴线性模组、Y轴线性模组、Z轴线 性模组和焊接组件四大部分组成。 结构装配关系：X轴线性模组1安装于焊机机 架上，Y轴线性模组4安装于X轴线性模组1上， Z轴线性模组2安装于Y轴线性模组4上，焊接组 件3与Z轴线性模组2相联。 总体功能简述：首先通过控制X轴、Y轴及Z 轴线性模组的联动，实现将焊接组件3精确移动 图1选择性波峰焊主要工艺流程 段：助焊剂喷涂区段：预热区段：选择性焊 接区区：PCB传输区区：PCB焊接区1. 传输带 或链2. PCB3. 阻挡机构A4. 阻挡机构B5. 选择性 波峰焊接模块6. 预加热箱7. 助焊剂喷涂模块 图2选择性波峰焊机总体结构 1. X轴2. X轴驱动电机3. Y轴4. 自动喷头 5. Y轴驱动电机6. 喷头活动安装架 图3助焊剂喷涂模块 左大利等：一种在线式选择性波峰焊机机械结构设计研究与开发 59 万方数据 （下转第161页） 和准确定位的功能；然后控制焊接组件3中的锡 液泵送装置将在氮气保护下的锡液由喷嘴喷出确 定高度，实现选择性焊接功能。 2.2.2焊接组件设计 焊接组件（图4中3）是整个选择性波峰焊接 模块的核心部分，其整体结构如图5所示，剖视 图如图6所示。 其中锡泵组件（图6中5）的详细结构如图7 所示。 工作原理简述： （1）电加热板（图6中11）将锡条加热至融 化状态，存贮在锅体容置腔（图6中10）中，并 保持持续恒温加热； （2）锡液泵送驱动电机（图5中5）通过锡泵 驱动转轴（图6中7，图7中4）带动叶轮（图6中 8，图 7 中 3） 高速旋转，将锡液通过锡液进口 （图6中9）泵送至锡液泵送腔室（图7中7） ； （3）锡液经过导流槽（图7中6） ，在锡泵持 续泵送的压力作用下，通过锡液出口 （图 6 中 4） ，在氮气保护装置（图6中2）的保护下，由锡 液喷嘴（图6中3，图7中1）喷出确定高度，实 现选择性焊接。 3结语 精密焊接是选择性波峰焊工艺的最大特色。 随着DIP封装类零件不断小型化、微型化，管脚 间距也是越来越密集，选择性波峰焊工艺的应用 将会越来越广泛。本文设计的选择性波峰焊机主 要有以下几个优点： （1）总体结构设计既考虑了企业流水式生产 1. X轴线性模组2. Z轴线性模组3. 焊接组件4. Y轴线性模组 图4选择性波峰焊接模块 1. 锡锅盖板2. 锡液泵送装置3. 锡液喷嘴4. 氮气保护装置 5. 锡液泵送驱动电机6. 电机安装座7. 焊接组件安装架 图5焊接组件 1. 锡锅盖板2. 氮气保护装置3. 锡液喷嘴4. 锡液出口 5. 锡泵组件6. 锡泵壳体面板7. 锡泵驱动转轴8. 叶轮 9. 锡液进口10. 锅体容置腔11. 电加热板12. 锡泵壳体 底座13. 焊接组件安装架14. 锡锅 图6焊接组件剖视图 1. 锡液喷嘴2. 叶轮安装腔室3. 叶轮4. 锡泵驱动转轴 5. 锡泵壳体底座6. 导流槽7. 锡液泵送腔室 图7锡泵组件 机电工程技术2017年第46卷第10期研究与开发 60 万方数据 （上接第60页） 制动系统的液压装置对清洁度的要求较高，更换 精滤芯的时间周期应当控制在三个月左右。液压 油也需要定期检查是否发生变质，一旦出现变 质，立即更换液压油。此外，油箱的液面应控制 在油箱高度的4/5左右，保证设备的正常运行。 3.2注意设备的使用安全 煤矿大倾角下运带式输送机对使用的条件和 环境都有一定的要求，需要根据实际的生产状况 进行调整。为了保证液压油的清洁，加油时需要 经过空气滤清器的滤网过滤，并定期清洗滤油设 备。液压油需要根据温度进行调整，温度过低时 适宜采用低凝液压油6。同时，注意检修工作的安 全，在设备断电后进行设备的检修和问题处理。 发现制动装置的漏油气出现故障时，要更换或清 洗密封件。 3.3及时进行设备维修和故障排除 煤矿大倾角下运带式输送机可能出现一些故 障，而常见的故障是由设备内部的结构出现问题 导致的。设备出现漏油现象，可能是液压密封件 没压紧或出现变形造成的，要对密封件进行修正或 更换。而制动器工作不够灵敏，则可能是制动器 摩擦处不够光滑或制动器内部有空气造成的，需 要对制动器进行清洗，并排出制动器内部的空气。 4总结 煤矿大倾角下运带式输送机在煤矿中的应用 效果十分显著，但在应用过程中需要对输送机的 使用条件和相关注意事项进行探究，提高输送机 的应用效果。输送机需要和外部电路相互连接配 合，而且输送机内部的各个部件也要相互协调， 需要在实际应用中对设备进行合规的调整。本文 对煤矿大倾角下运带式输送机的关键技术展开讨 论，希望能对相关从业者提供参考和借鉴。 参考文献： 1冯金义. 煤矿大倾角下运带式输送机关键技术的研究 J. 山东煤炭科技，2013（1） ：110-111. 2 邹光晨. 煤矿大倾角下运带式输送机关键技术研究 J. 能源与节能，2016（5） ：67-68. 3侯庆法，高云秀. 下运带式输送机盘式制动系统的控 制 技 术 研 究 J. 商 品 与 质 量 ， 2016 （18）： 202-203. 4边永梅. 煤矿井下可乘人运料带式输送机的关键技术 J. 煤矿机电，2016（02） ：15-18. 5 邹光晨. 煤矿大倾角下运带式输送机关键技术研究 J. 能源与节能，2016（05） ：67-68. 6 吴东平，杜颖. 大倾角上运带式输送机的技术研究 J. 技术与市场，2013（11） ：86-87. 作者