1、 新技术新工艺 2 0 2 3年 第1 1期 3 4 新技术新工艺 设计与计算分板机工装设计及定位技术研究刘 强,石乃征,赵晓刚,孙韶渝,王 冲,李 博(西安现代控制技术研究所,陕西 西安 7 1 0 0 6 5)摘 要:P C B A分板机的原工装存在不足和加工质量隐患,在分板机原顶针和定位方式的基础上,结合P C B A板的结构特点和分板过程,分别设计了专用和通用工装,因专用工装成本高且生产适应性差,最终聚焦在通用工装的使用及定位技术的研究上。对分板机通用工装的定位方式、定位原理、结构组成、定位精度、有益效果、使用方法等做了介绍,并验证汇总了分板机工装在生产应用中的实际情况。应用螺旋测微原
2、理与活动刻度盘配合可实现定位尺寸的精确调整,目测可调精度为0.0 1 mm,强力磁铁预紧使顶针和限位块固定的方式与分板机的高速铣削配合可保证定位装夹的安全性。分板机通用工装现应用于多个项目的批量生产,操作方便,安全可靠,在分板机工装的设计和应用方面有一定的推广价值。关键词:P C B A分板机;通用工装;定位技术;效果验证中图分类号:TH 1 2 2 文献标志码:AR e s e a r c h o n t h e T o o l i n g D e s i g n a n d P o s i t i o n i n g T e c h n o l o g y o f S p l i t t
3、e r sL I U Q i a n g,S H I N a i z h e n g,Z HAO X i a o g a n g,S UN S h a o y u,WAN G C h o n g,L I B o(X ia n M o d e r n C o n t r o l T e c h n o l o g y R e s e a r c h I n s t i t u t e,X ia n 7 1 0 0 6 5,C h i n a)A b s t r a c t:T h e o r i g i n a l t o o l i n g o f t h e P C B A s p l i
4、t t e r h a d s h o r t c o m i n g s a n d p o t e n t i a l p r o c e s s i n g q u a l i t y h a z a r d s.B a s e d o n t h e o r i g i-n a l e j e c t o r p i n a n d p o s i t i o n i n g m e t h o d o f t h e s p l i t t e r,a n d c o m b i n e d w i t h t h e s t r u c t u r a l c h a r a c
5、t e r i s t i c s a n d s p l i t t i n g p r o c e s s o f t h e P C B A b o a r d,w e r e s p e c t i v e l y d e s i g n e d s p e c i a l i z e d a n d u n i v e r s a l t o o l i n g.D u e t o t h e h i g h c o s t a n d p o o r p r o d u c t i o n a d a p t a b i l i t y o f s p e c i a l i z
6、e d t o l l i n g,w e u l t i m a t e l y f o c u s e d o n t h e u s e o f u n i v e r s a l t o o l i n g a n d r e s e a r c h o n p o s i t i o n i n g t e c h n o l o g y.I t w a s i n t r o d u c e d t h a t t h e p o s i t i o-n i n g m e t h o d,p o s i t i o n i n g p r i n c i p l e,s t r
7、u c t u r a l c o m p o s i t i o n,p o s i t i o n i n g a c c u r a c y,b e n e f i c i a l e f f e c t s,u s a g e m e t h o d s,a n d o t h e r a s p e c t s o f t h e g e n e r a l t o o l i n g f o r t h e s p l i t t e r,a n d w e v e r i f i e d a n d s u mm a r i z e d t h e a c t u a l s i
8、 t u a t i o n o f t h e s p l i t t e r t o o l i n g i n p r o d u c t i o n a p p l i c a t i o n.T h e p r i n c i p l e o f s p i r a l m i c r o m e t e r c o m b i n e d w i t h a m o v a b l e d i a l c o u l d a c h i e v e p r e c i s e a d j u s t m e n t o f p o s i t i o n i n g d i m e
9、 n s i o n s,w i t h a v i s-u a l a d j u s t a b l e a c c u r a c y o f 0.0 1 mm.T h e m e t h o d o f p r e-t i g h t e n i n g w i t h a s t r o n g m a g n e t t o f i x t h e e j e c t o r p i n a n d l i m i t b l o c k,c o m b i n e d w i t h t h e h i g h-s p e e d m i l l i n g o f t h e
10、s p l i t t e r,c o u l d e n s u r e t h e s a f e t y o f p o s i t i o n i n g a n d c l a m p i n g.T h e u n i v e r s a l t o o l i n g f o r t h e s p l i t t e r w a s n o w u s e d f o r m a s s p r o d u c t i o n i n m u l t i p l e p r o j e c t s,w i t h c o n v e n i e n t o p e r a t
11、i o n,s a f e t y a n d r e l i a b i l i t y,w h i c h h a d c e r t a i n p r o m o t i o n v a l u e i n t h e d e s i g n a n d a p p l i c a t i o n o f t h e s p l i t t e r t o o l i n g.K e y w o r d s:P C B A s p l i t t e r,u n i v e r s a l t o o l i n g,p o s i t i o n i n g t e c h n o
12、l o g y,e f f e c t v e r i f i c a t i o n 分板机现已广泛应用于P C B A高精切割分板,包括电子、汽车、航空航天、医疗设备、智能手机、平板计算机等高要求的分板作业领域。多数分板机对P C B A产品进行分板时,其自带磁吸式顶针夹具,利用P C B A的印制板孔模糊定位,受强磁性和印制板上电路组件干涉等因素影响,顶针移动困难,定位、拔插不方便。另外,原顶针夹具的使用全凭工人目测和手感,不能量化精确定位,当装夹印制板的顶针分布较多时,容易对印制板造成划伤。以上两点易带来分板质量隐患,而且对于某些特殊形状的印制板,现有夹具不能满足装夹定位要求,迫切需要
13、进行分板机工装设计及定位技术研究。1 分板机工装定位原理1.1 P C B A板图1所示的P C B A板带有工艺边框,其与工艺边框之间有数个细筋相连,分板过程就是铣断细筋,使工艺边框分离1。图1 P C B A板1.2 原定位方式图2所示的顶针为铁质材料,通过嵌在底部的强力磁铁与工作台面贴合固定,上方圆柱台阶与印制板孔配合 定位,一般情 况下定位精 度为0.5 设计计算 新技术新工艺 设计与计算3 5 mm,通过目测和手感移动,最小定位区间取决于底座的外径。顶针主要托举分板后的产品。图2 顶针图3所示的磁力限位块为铁质材料,通过底部的磁铁与工作台面贴合固定,上方L形台阶与印制板边缘贴合,台阶
14、高度与顶针的圆柱台阶等高,通常采用4个磁力限位块固定印制板的4个直角边,主要托举分板前的P C B A产品工艺边框。图3 磁力限位块P C B A板上有3个以上的小孔,用3个分板机床自带的顶针插入孔中,可实现托举和初步定位的效果,铣断细筋后也能继续托举P C B A板,避免划伤、碰伤、铣伤等加工缺陷。然后用4个磁力限位块托举分板前的P C B A产品工艺边框,以实现加工定位。1.3 新定位方式及要解决的问题预先采用精确定位方式,按P C B A板上的定位小孔计算坐标点,通过调节特制顶针在限定区域内X、Y两个方向移动至坐标点上,实现3点以上的精确定位。然后盖上P C B A板,用4个磁力限位块托
15、举分板前的P C B A产品工艺边框,以实现加工定位。新定位方式主要解决现有分板机自带磁吸式顶针夹具不能精确定位、移动困难、定位和拔插不方便的问题。1.4 新定位原理分板机新工装定位原理图如图4所示:定位工装由基础板、顶针组件、磁力块和提手组合而成。在工作台面使用范围内基础板采取5+0.0 1 2 0 mm的孔矩形阵列分布,X、Y方向间距均为(1 00.0 1 6)mm。其依据基础板上的定位坐标孔为原点,转动顶针组件上的调节旋钮,可将顶针组件上的顶针定在基础板坐标孔之间的任何位置,3个顶针组件配装能达到最基本的定位需求,多个顶针组件配装可实现定位装夹的通用化。顶针组件的工作原理如下:Y向导向块
16、采用一面两孔的定位方式与基础板连接,条形磁铁塞入Y向导向块的凹槽部位,以增加两者贴合力,保证连接牢固;X向导向块与Y向导向块配合,通过X向调节旋钮和Y向调节旋钮,借助旋钮上的刻度可以将顶针定在基础板1 0 mm1 0 mm平面坐标内的要求位置。以此类推,结合Y向导向块在基础板上的不同位置变换,就能够实现将单个顶针组件定在基础板允许的范围内(3 4 0 mm2 9 0 mm)的任何位置2。顶针定位之后,再采用调整块、螺钉、螺钉、弹垫、平垫将顶针顶紧在既定的位置上,使之具备可靠的定位支承。依照这种方式进行顶针组件的组装复制,可以满足矩形、圆形印制板多点位的定位需求。图4 分板机新工装定位原理图2
17、分板机工装设计32.1 专用定位工装设计生产中出现如下情况时,可采取专用工装定位加工。1)定位间距小于顶针和磁力限位块的间距使用范围;2)印制板上的电路过于靠边,需要避免与工装定位面接触;3)现有分板机工装不能满足定位的其他情况。专用定位工装如图5和图6所示。图5 专用工装(支撑板)新技术新工艺 2 0 2 3年 第1 1期 3 6 新技术新工艺 设计与计算图6 专用工装(定位块)2.2 分板机新型通用定位工装的结构根据上述定位原理设计了分板机的新型定位工装(其结构见图4)。该结构采用圆形和条形强力磁铁达到预紧作用,如顶针组件、磁力限位块的底部均采用强力磁铁与工作台面贴紧,这种由强力磁铁产生的
18、预紧力可以满足分板过程的装夹固定。2.3 分板机新型通用定位工装的定位依据及精度在确定工装定位的线性尺寸时采用螺旋测微技术是实用可行的,并能获得较高的定位精度。螺旋测微所采用螺纹公称直径和螺距根据工装应用部位的空间大小和定位精度确定,常用螺距为0.5或1 mm,便于计算尺寸。螺旋测微与刻度盘配合使用,与螺旋测微器类似,刻度盘的刻度间距和定位精度与刻度盘外径相关。刻度盘自身能围绕轴线正反向旋转并能固定在旋转手柄上,目的是实现刻度归零,便于调节尺寸。X向调节旋钮和Y向调节旋钮根据螺旋测微原理,通过M 3螺纹联接推动顶针在平面X和Y方向位移,M 3的螺距是0.5 mm,转一圈5 0个刻度,目视可调节
19、精度为0.0 1 mm。考虑到工装的机械加工误差,计算的定位精度为0.1 mm,在工装的实际装调中,也的确在这个范围内波动,并且能完全满足印制板拼版分板作业的定位要求4。2.4 分板机新型通用定位工装的紧固设计圆形和条形强力磁铁在分板机定位工装上能起到预紧作用,如顶针、磁力限位块的底部均采用磁铁与工作台面贴紧,这种由强力磁铁产生的预紧力可以满足分板过程的装夹固定。与常用的压板装夹固定相比,强力磁铁预紧固定的方式更为灵活实用,且不占空间,操作方便。这种装夹定位方式的应用需要高速铣削的支持,主轴转速为1 5 0 0 01 0 0 0 0 0 r/m i n,分板机床高速旋转的主轴恰好能满足这一点。
20、同时强力磁铁预紧的装夹方式也可应用于一般钻削、冲孔加工的场合,对某些小微尺寸产品的加工比较有利,一般压板则难以满足需求。2.5 分板机新型通用定位工装的重量要求5应用于分板机床的各类工装,应当在机床移动工作台所能承受的最大重量范围内进行设计。工装超重则加速机床传动部位的磨损,缩短机床寿命。所以,在能满足定位需求的前提下,工装应首先考虑重量因素。3 分板机工装的使用及验证3.1 机床原夹具的使用及缺点分板机原夹具的使用及缺点上文已经介绍,不再赘述。3.2 专用定位工装的使用及缺点专用定位工装以印制板外形定位,采取窄边托举的方式辅助完成分板,其定位精度能满足加工需求,但工装的加工成本和周期对生产存
21、在不利影响,也不能满足产品多样化设计的需求,通用性差。比如有1 0种产品,一般就需要1 0个专用定位工装,而且这1 0个工装从设计、下料、制造是需要一定成本和时间的,一旦产品发生了变化,就需要新的专用定位工装。3.3 新型通用定位工装的使用分板机新型通用定位工装包括基础板、顶针组件、磁力块和提手。顶针组件包括Y向调节旋钮、X向导向块、滑块、顶针、调整块、螺钉、螺钉、弹垫、平垫、Y向导向块、条形磁铁、X向调节旋钮,使用时主要操控顶针组件来达到多点定位的目的。顶针组件在使用前,需要5 mm4 0 mm的标准定位圆柱销插入X和Y向导向块的定位孔中统一定位基准,并将X和Y向刻度归零。图7所示为印制板尺
22、寸图,该印制板有5个2.5 mm孔,只需要选取正上方2个孔和最下方1个 孔 定 位 即 可。这3个 孔 的 换 算 尺 寸 分 别 为1 3 3.1 8、6 6.5 9和1 2 7.9 2 mm。图7 印制板尺寸图 设计计算 新技术新工艺 设计与计算3 7 图8所示给出了定位尺寸调节转换的方法。顶针组件的最大可调距离是5 mm,以1 3 3.1 8 mm为例,有2个尺寸可选:1 3 0和1 3 5 mm,选取原则是尽量选差距较小的尺寸,优先选1 3 5 mm,剩下1.8 2 mm的调节量通过旋钮将顶针回调3圈3 2刻度,螺钉、弹垫、平垫固定调整块,螺钉固定顶针。此时用游标 卡 尺 检 测,顶
23、针A和B的 间 距 尺 寸 即 在(1 3 3.1 80.1)mm的范围内。下来先将顶针C定在Y方向1 3 0 mm这排孔里,同时选取与顶针A距离为6 5 mm的这个定位孔上,就是相对于顶针A,以基础板上间距1 3 0 mm6 5 mm坐标孔定位,Y向调节旋钮促使顶针C回调4圈8刻度,X向调节旋钮促使顶针C往右位移3圈9刻度,螺钉、弹垫、平垫固定调整块,螺钉固定顶针。拿印制板试配,刚好放在预定的3个定位孔里。最后用4个磁力限位块加固印制板拼版,印制板拼版效果图和实物图分别如图9和图1 0所示6。图8 定位尺寸转换图图9 印制板拼版效果图图1 0 印制板拼版实物图多点定位可以在三点定位的基础上增
24、加顶针组件,调节方法是相同的。加工之前采用磁力固定块或者压板将通用工装固定在分板机床的移动工作台上,然后将待分离的P C B A板盖在预先定位的顶针上,用磁力限位块进行固定。3.4 分板机新型通用定位工装的效果验证分板机新型通用定位工装经过现场测试、验证,效果明显,并与机床原夹具和专用定位工装进行对比,汇总情况见表1。表1 分板机新型通用定位工装有益效果验证汇总工装类型定位方式操作定位精度存在的问题实际应用结论机床原夹具 磁 力 顶 针找 印 制 板 工艺孔定位 工 人 将 手 伸 入印制板下方,移动磁力 顶 针 插 入 印制板工艺孔内 顶 针 与 孔 的 配合间 隙 决 定 定 位精度为0.
25、5 mm 定位、拔插不方便,不能量化精确定位,容易对印制板造成划伤 使用不方便,存在加工质量隐患 原夹具需要进行改进专用定位工装 以 印 制 板外 形 和 工 艺孔定位 把 印 制 板 放 在专用 定 位 工 装 的配合 面 及 定 位 销上 设 计 定 位 销 和孔的 配 合 间 隙 决定定 位 精 度 为0.1 mm 工 装 的 加 工 成本和 周 期 对 生 产存在不利影响 不 能 满 足 产 品多样 化 设 计 的 需求,通用性差 专用定位工装有较大的局限性新型定位工装 印 制 板 工艺 孔 找 顶 针定位 工 人 将 印 制 板工艺 孔 直 接 套 在事先 定 好 位 置 的顶针上
26、设 计 定 位 销 和孔的 配 合 间 隙 决定定 位 精 度 为0.1 mm 暂无 应 用 于5个 生产项目共计1 2 9 0件产品 新型工装解决了机床原夹具存在的问题,能够满足各类印制板拼版对分板机分板定位适应性、准确性、安全性、可靠性等方面的要求 新技术新工艺 2 0 2 3年 第1 1期 3 8 新技术新工艺 设计与计算4 结语本文从分板机原定位工装的不足提出了基于P C B A分板机的专用工装、通用工装设计和定位技术研究的概要,解决了现有分板机自带磁吸式顶针夹具不能精确定位、移动困难、定位和拔插不方便的问题。通用工装可根据不同印制板组合形成相应的定位组合,节省了专用工装成本,能有效避
27、免印制板的应力产生及划伤现象。与现有技术相比较,通用定位工装能使单个顶针在定位基础板使用范围内无死角定在任何需要的位置,应用于多个项目生产,质量稳定,验证了该工装能够满足各类印制板拼版对分板机分板定位适应性、准确性、安全性、可靠性等方面的要求,对于有分板机工装设计和应用的场合,具备较好的推广价值。随着通用工装专利授权后的应用和推广,在分板机加工领域势必会带来良性的社会效益。参考文献1 王毅.电子装联操作工应会技术基础M.北京:电子工业出版社,2 0 2 0.2 陈宏钧.实用机械加工工艺手册M.北京:机械工业出版社,2 0 1 6.3 陈旭东.机床夹具设计M.北京:清华大学出版社,2 0 1 6
28、.4 关月华.机械制造工艺与夹具课程设计指导M.北京:国防工业出版社,2 0 1 5.5 子谦.工装夹具那些事儿M.北京:机械工业出版社,2 0 2 0.6 薛岩.机械加工精度测量与质量控制M.北京:化学工业出版社,2 0 1 6.作者简介:刘强(1 9 7 7-),男,高级工程师,大学本科,主要从事机械加工工艺及装备设计等方面的研究。收稿日期:2 0 2 3-0 5-0 5责任编辑 郑练先进内燃动力全国重点实验室2 0 2 4年开放课题申请指南 一、简介先进内燃动力全国重点实验室(原内燃机燃烧学国家重点实验室)于1 9 8 6年获国家批准建设,1 9 8 9年建成并对外开放,是国内内燃机领域
29、唯一依托高校建设的全国重点实验室,是我国内燃机及先进动力基础研究和应用基础研究的重要基地。实验室主要研究方向包括:内燃动力高效清洁燃烧理论与技术、超高热效率先进动力循环理论、内燃动力排放控制技术、净零碳燃料内燃动力技术、超高电流密度燃料电池技术、新型净零碳动力系统技术、高强化特种动力设计与集成技术、高效混合动力与先进设计技术、动力系统智能控制与运维等。为充分发挥全国重点实验室作为国家公共研究平台的作用,促进科研合作和学术交流,按照“开放、流动、联合、竞争”的全国重点实验室运行机制,先进内燃动力全国重点实验室设立开放课题,支持与实验室主要研究方向、重点发展领域相关的基础研究和关键技术研究,并鼓励
30、学科交叉和产学研合作研究。二、开放课题申请指南制定的原则本指南突出下列原则:1.根据本全国重点实验室发展方向,以及急需解决重大基础性问题或行业关键共性瓶颈技术而设立支持项目,面向国际学科发展前沿和国家重大需求。2.支持具有开拓性、前瞻性、创造性的新理论、新技术和新方法的研究。3.欢迎开展多学科交叉联合的合作研究,支持有利于开展国际科技合作与交流的项目,支持企业技术人员来实验室从事技术研究工作。4.支持青年科学家和青年工程技术人员,欢迎承担开放课题的博士、博士后来实验室工作,以培养高层次科学技术研究开发人才。5.对往年开放基金执行情况好的课题,如有需要可以继续申请支持。6.本年度拟设立重点项目(
31、资助额度1 5-2 0万元/项)以及一般项目(资助额度8-1 0万元/项)。所有项目将按照“先进内燃动力全国重点实验室开放课题管理办法”进行管理。三、资助领域本年度重点项目资助方向将围绕发动机的智能制造集成解决方案研究、氨氢融合零碳动力关键技术领域设置,具体包括以下2个方面:1.面向发动机的智能制造集成解决方案研究:面向发动机制造全链条全环节全要素数字化转型的发展趋势,以智能化和双碳为目标,探索发动机智能制造技术路线与体系,形成覆盖制造技术评价体系、制造执行系统与优化、智能决策与优化、智能制造系统集成设计等核心关键技术方案,实现发动机设计与制造的智能一体化;构建发动机制造全链条全环节全要素数字化转型标准框架;建设发动机智能制造创新联合体,构建智能产业链与智能工厂顶层设计、智能工厂实施落地、专家技术诊断服务等能力,(下转第4 2页)
