Типовыетехнологические и гибкие производственные модули ГИБКИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ(гпс) сборки и монтажа
Типовыетехнологические модули
В составтиповых технологических модулей ГПС сборки и монтажа ЭМ-1 входят комплексыавтоматического или автоматизированного технологического оборудования с ЧПУ(отдельные автоматы установки), для реализации технологических процессов. Вкачестве примера рассмотрим назначение, структуру и процесс функционированияустановки для ручной программированной сборки. Указанная установкапредназначена для укладки на печатную плату ИЭТ малой применяемости, а такжеИЭТ сложной формы. Технологическая схема и состав установки представлены нарис. 1.
Процессфункционирования установки следующий.
ППизвлекается вручную из накопителя 1 и устанавливается в фиксирующее устройство5. Световой луч указателя места установки ИЭТ б, перемещаясь по поверхности ПП,останавливается в заданных устройством управления точках. При этом одновременнооператору выдается из накопителя 2, 3 или 7 тот ИЭТ, который должен бытьустановлен на печатную плату в данной точке. В ленточном накопителе размещаетсяИС в корпусах типа 4 (401, 402, 405), в кассетном — ИС в корпусах типа 2, вконвейерном — дискретные элементы. Однако возможны другие варианты размещения,например, в конвейерном накопителе наряду с дискретными ИЭТ могут размещаться иИС.
Световойлуч несет информацию не только о месте установки ИЭТ, но и его расположении наПП — указывает место размещения первого вывода многовыводных ИЭТ или методразмещения положительного вывода для полярных двухвыводных.
Операцияустановки ИЭТ осуществляется вручную.
В случаенеобходимости с помощью дозатора клея 4 может быть реализована операцияприклеивания ИЭТ. Излишки выводов ИЭТ штырькового типа могут быть подрезаныпод ПП по завершении операций установки с помощью универсального приспособлениядля групповой подрезки 9.
ГПМсборки и монтажа ЭМ-1
Составтиповых ГПМ (РТС) ГПС сборки и монтажа ЭМ-1 по цехам и участкамсборочно-монтажного производства приведен на рис. 2 и включает в себя следующиевиды:
1. комплекстехнологического оборудования (ТО) для подготовки ИЭТ к автоматизированнойустановке на ПП, в том числе рихтовки, формовки и обрезки выводов ИЭТ, ихлужения;
2. комплекстехнологического оборудования для комплектации партии ПП ИЭТ, механическихдеталей, материалов;
3. ГПМ комплектацииИЭТ, вклеенных в двухрядную липкую ленту (резисторы, диоды конденсатора);
4. комплекс ГПМкомплектации и комплексной подготовки ИС в корпусах типа 4 (специализированныхдля ИС в корпусах 401, 402, 405 и т.п.);
5. комплексспециального ТО для установки и крепления на ПП контрольных контактов(специализированных для контактов разной формы);
6. комплексспециального ТО для установки и крепления на ПП разъемов (специализированныхдля каждого типа конструкции разъема);
7. ГПМ установки и крепленияна ПП ИЭТ, вклеенных в двухрядную липкую ленту (универсальный);
8. ГПМ установки наПП ИС в корпусах типа 2 (универсальный);
9. комплекс ГПМустановки и пайки ПП ИС в корпусах типа 4 (специализированных по типам корпусов401,402,405);
10. ГПМ досборки (дляручной программированной установки ПП ИЭТ малой применяемости — универсальный);
11. ГПМ (РТК) пайкиПП волной припоя;
12. ГПМ (РТК) очисткиПП водными растворами технических моющих
13. средств (ТМС);
14. стендтехнологического визуального контроля качества и ремонта для паяных соединений;
15. ГПМ (РТК)влагозащиты ЭМ;
16. ГПМ установкиразъемов на ПП;
17. ГПМ комплектацииИС с пленарными выводами;
18. ГПМ комплектацииИЭТ, вклеенных в двухрядную ленту.
В составГПМ может включаться также оборудование для технологического илиприемо-сдаточного контроля электрических параметров ЭМ-1, но чаще всего оновыделяется в самостоятельную подсистему. Состав ГПМ для конкретныхпроизводственных ситуаций определяется составом элементной базы ЭМ-1, подлежащихизготовлению в ГПС, масштабом выпуска, принятым вариантом технологическогопроцесса.
ГПМустановки и крепления на ПП ИЭТЭ, вклеенных в двухрядную липкую ленту
Предназначендля установки на печатную плату и крепление на ней путем подгибки выводов ИЭТЭ,вклеенных в двухрядную липкую ленту.
Технологическаясхема и состав ГПМ представлен на рис. 3. Процесс функционирования ГПМследующий. Печатная плата из накопителя 8 подается устройствомзагрузки-выгрузки 9 к координатному столу сборочного автомата 6 и фиксируетсяна нем с помощью фиксирующего устройства 5. Координатный стол перед этимвыводится в нулевое (крайнее справа и назад) положение. После фиксации ППкоординатный стол подается к укладочной головке 2, которая в соответствии сзаданной программой перемещения ПП производит вырезку ИЭТЭ из ленты, формовкувыводов, установку ИЭТ по направляющим выводам в монтажные отверстия ПП икрепление ИЭТ подгибкой выводов под ПП навстречу друг другу или по радиусу.Излишки выводов обрезаются перед подгибкой.
/>
Рис. 1 — Установка ручной программированной сборки ЭМ-1: 1 — накопитель ПП; 2 —накопитель ИС (ленточный); 3 — накопитель ИЭТ (конвейерный); 4 — устройстводозированного нанесения клея; 5 — устройство фиксации ПП; 6 — указатель местаустановки ИЭТ; 7 — накопитель ИС (кассетный); 8 — устройство управления; 9 —устройство групповой подрезки и подчистки выводов.
/>
Рис. 2 — Основной состав комплексов ТО и ГПМ ГПС сборки и монтажа ЭМ-1 (по участкам ицехам сборочного производства
/>
Рис. 3 — ГПМ установки и крепления на ПП ИЭТ вклеенных в двухрядную липкую ленту: 1 — накопитель ИЭТ (складского типа); 2 — автоматическая укладочная головка; 3 —накопитель ИЭТ (ленточный); 4 — подгибочная головка; 5 — устройство фиксацииПП; 6 — координатный стол; 7 — устройство управления; 8 — накопитель ПП; 9 — автоматическое устройство загрузки и выгрузки
ИЭТЭ дляустановки на ПП подаются к укладочной головке в соответствии с программойустановки из программно-скомплектованной ленты 3, либо из магазина складскоготипа 1 (сиквенсора). Программно-скомплектованная двухрядная лента в видекатушки располагается, как правило, на укладочной головке. Конец лентызаправляется в подающем устройстве, после чего автомат начинает работать посигналу системы управления. Программа передвижения ПП под укладочной головкойсогласована с программой вклейки элементов в ленту. Вклейка ИЭТ в лентупроизводится на ГПМ комплектации ИЭТ в двухрядной липкой ленте.
Сиквенсорсостоит из ряда катушек с ИЭТ, вклеенных в двухрядную ленту (в каждой катушкеодин тип ИЭТЭ), и обычно располагается сзади автомата на специальной штанге,которая служит направляющей для перемещения сиквенсора. Перемещается сиквенсортаким образом, чтобы катушка с ИЭТ требуемого для установки типа быларасположена на минимальном расстоянии от укладочной головки, точнее устройстваподачи ИЭТ. Программа перемещения сиквенсора и программа перемещения ПП должныбыть согласованы. По завершении программы установки ИЭТ координатный стол с ППвозвращается в нулевое положение, после чего устройство загрузки изымает ПП изфиксирующего приспособления и возвращает в накопитель. Накопитель перемещаетсяна 1 шаг, после чего цикл сборки повторяется для остальных ПП данной партии.
ГПМустановки на ПП ИС в корпусах типа 2
Предназначендля установки на ПП и, при необходимости, крепления на ней подгибкой двухвыводов ИС в корпусах типа 2, уложенных в технологических кассетах.
Технологическаясхема и состав ГПМ представлен на рис. 4. Процесс функционирования ГПМследующий. ПП из накопителя 9 подается устройством загрузки-выгрузки ккоординатному столу 7 сборочного автомата и фиксируется на нем с помощьюфиксирующего устройства 6. Координатный стол перед этим выводится в нулевоеположение. После фиксации ПП координатный стол перемещается к укладочнойголовке 3, которая в соответствии с заданной программой производит выборнужного типа ИС из накопителя (линейного 1 или роторного 4), установку ИСвыводами в отверстия ПП. При необходимости, подгибочная головка 5 можетосуществить подгибку двух выводов с целью дополнительного крепления ИС на ПП.Для ИС с числом выводов 14 и более в дополнительном креплении необходимости нет— ИС держится на ПП за счет пружинения выводов, вставленных в отверстия.
Программаперемещения ПП согласована с программой выбора и установки ИС. При работеавтомата накопитель роторного типа поворачивается вокруг оси так, чтобымикрооборот автоматической укладочной головки мог извлечь из накопителя ИСзаданного программой типа. Накопитель линейного типа неподвижен — он по командесистемы управления выдает ИС нужного типа, которая с помощью транспортногоустройства 2 подается к укладочной головке. По завершении программы установкикоординатный стол возвращается в нулевое положение. УЗВ извлекает ПП изфиксирующего устройства и возвращает ее в накопитель. Накопитель перемещаетсяна один шаг, после чего цикл сборки повторяется для остальных ПП данной партии.
ГПМустановки и пайки ИС с планарными выводами на ПП
Предназначендля установки на ПП ИС в корпусах типа 401 (или 402, или 405) и пайки ихвыводов к контактным площадкам ПП.
Технологическаясхема и состав ГПМ представлен на рис. 5. Загрузка и выгрузка печатной платыописана выше. Укладочная головка 4 совмещает операции установки и пайки ИС,которые подаются по транспортному устройству 9 из накопителя ИС ленточного '2или кассетного 1 типов. В ленточном накопителе ИС уложены в тойпоследовательности, в которой будут устанавливаться на ПП. Кассетный накопительвращается по команде управляющей системы и выдает в транспортную систему ИСнужного типа из соответствующей кассеты. ИС, установленная на ПП, удерживаетсяна ней в процессе выполнения пайки (до ее затвердевания). Пайке подвергаютсявсе выводы ИС одновременно; способ — электроконтактный. Подача припоя и флюсапроизводятся непосредственно в зону пайки. ГПМ устанавливает и паяет на ПП ИСтолько одного типоразмера в корпусах 401 (или 402, или 405).
РТК пайкиПП волной припоя
Предназначеныдля выполнения монтажных соединений на ПП способом пайки за счетавтоматического выполнения операций загрузки-разгрузки, флюсования, подогрева,пайки и удаления излишков припоя.
Технологическаясхема и состав РТК пайки представлена на рис. 6. Печатная плата сустановленными на ней ИЭТ извлекается роботом 3 из накопителя 1,устанавливается в технологическую кассету (которая, в свою очередь, извлекаетсяиз накопителя 2) и через устройство загрузки 4 передается на транспортер 9линии пайки. Транспортер (цепной конвейер) последовательно перемещает ПП черезагрегаты линии пайки. В агрегате. флюсования 7 поверхность монтажных элементов,подлежащих пайке, смачивается флюсом, подающимся в виде пены к нижнейповерхности ПП. В агрегате подогрева 8 происходит испарение жидкости,используемой в качестве растворителя флюса, необходимого для предотвращенияразбрызгивания расплавленного припоя при попадании на него капелек жидкогофлюса с поверхности ПП, а также подогрев ПП до 75 — 125 °С с целью уменьшениятермоудара при погружении ПП в волну расплавленного припоя (t " 260 °С).Способ нагрева — терморадиационный. Температура подогрева должна бытьмаксимальной, но не выше той, которую допускают ИЭТ, установленные на ПП.
Вагрегате пайки 10 ПП нижней своей поверхностью проходит через волнурасплавленного припоя (навстречу ее течению), создаваемую специальнымустройством в виде насоса и сопла особой конструкции. Припой смачивает монтажныеповерхности и образует монтажные соединения, проникая в металлизированныеотверстия.
/>
Рис. 4.ГПМ установки на ПП ИС в корпусах типа 2: / — накопитель ИС (кассетныйлинейный); 2 — устройство подачи ИС; 3 — автоматическая укладочная головка; 4— накопитель ИС (кассетный, роторный); 5 — подгибочная головка; 6 — устройствофиксации ПП; 7 — координатный стол; 8 — устройство управления; 9 — накопительПП; 10 — автоматическое устройство загрузки и выгрузки ПП.
/>
Рис. 5 — ГПМ установки и пайки ИС с планарными выводами на ПП: 1 — накопитель ИС(кассетный); 2 — накопитель ИС (ленточный); 3 — координатный стол; 4 —автоматическая головка установки и пайки ИС; 5 — устройство фиксации ПП; 6 —устройство управления; 7 — накопитель ПП; 8 — автоматическое устройствозагрузки и выгрузки ПП; 9 — устройство подачи ИС
/>
Рис. 6 — РТК пайки ЭМ-1 волной припоя: 1 — накопитель ПП; 2 — накопитель технологическихкассет; 3 — робот; 4 — устройство загрузки ПП; 5 — устройство управления; 6 — информационное табло; 7 — агрегат флюсования ПП; 8 — агрегат подогрева; 9 — транспортер; 10 — агрегат пайки; 11 — горячий воздушный „нож"; 12 —устройство выгрузки
С цельюпредотвращения саздания сосулек на выводах ИЭТ, перемычек между выводами иблизко расположенными проводниками к месту выхода ПП из припоя подается струясжатого воздуха (t «в 250 — 300 ° С), которая сдувает излишки припоя споверхности ПП в ванну.
Назаключительном этапе запаянная ПП попадает в устройство выгрузки 12, в которомробот 3 извлекает ее из технологической кассеты и загружает в накопитель 1.
Технологическаякассета загружается тем же роботом в накопитель 2. Заполненный накопитель 2возвращается подвесным роботом-трансманипулятором на вход линии пайки.Заполненный накопитель 1 с помощью робота-трансманипулятора передается на РТКочистки.
РТКочистки ПП водными растворами ТМС
Предназначендля очистки ПП электронных модулей после пайки и перед влагозащитен оттехнологических загрязнений.
Технологическаясхема и состав РТК очистки представлена на рис. 7. ПП извлекается роботом 2 изнакопителя 1 и передается на устройство загрузки 9 ПП в линию, которое передаетее на транспортер. В линии ПП последовательно проходит ванны с раствором ТМС,горячей проточной водой, холодной проточной водой, деионизированной водой истанцию сушки. После сушки ПП через устройство ориентации с помощью роботазагружается в пустой накопитель 1.
Накопителина входе и на выходе линии по мере извлечения и заполнения перемешаются на 1шаг с помощью устройства загрузки-выгрузки 10. В случае отсутствия напредприятии централизованной поставки деионизированной воды в составе линииможет быть предусмотрена станция местной деионизации 7.
ГПМвлагозащиты ЭМ
Предназначендля нанесения на печатную плату и сушки лаковых многослойных покрытий длязащиты от влаги.
Технологическаясхема и состав ГПМ (ГАЛ) представлен на рис.8.
ЭМизвлекается из накопителя 1 и на его участки, не подлежащие нанесению лака, ина него крепятся средства технологической защиты, хранящиеся в накопителе 2.Работа выполняется вручную на рабочем месте 3. ЭМ передается в накопитель, изкоторого автоматически извлекается и навешивается на (исполнительный механизмустройства нанесения лака. Исполнительный механизм погружает ЭМ в лак,извлекает из лака и для удаления излишков и создания слоя лака минимальнойтолщины центрифугирует его. Затем ЭМ передается в терморадиационное сушило, гделак полимеризуется. Следующий слой лака может быть нанесен способом распыления,для чего ЭМ. пропускается между форсунками устройства нанесения лакараспылением — и вновь подвергается сушке для полимеризации лака.
Конструкциялинии модульная, поэтому технологическая ее компоновка определяется количествомтребуемых слоев лака и способом его нанесения. Для трехслойной защиты возможнылюбые комбинации модулей: 3 модуля лакировки методом погружения; 2 модуля лакировкипогружением и 1 модуль — распылением; 1 модуль — погружением, 2 модуля —распылением; 3 модуля лакировки методом распыления. Состав линии определяетсяпри формулировании заказа на ее изготовление. На (входе линии производитсяудаление с ЭМ средств технологической защиты и они размещаются всоответствующих накопителях.
/>
Рис. 7 — ГПМ очистки ЭМ-1 водными растворами ТМС: 1 — накопитель ПП; 2 — робот; 3 —ванна с раствором ТМС; 4 — ванна с проточной горячей водой; 5 — ванна спроточной холодной водой; 6 — ванна с деионизированной водой; 7 — станция деонизацииводы; 8 — станция сушки; 9 — устройство ориентации ПП; 10 — устройствозагрузки-выгрузки ПП
/>
Рис. 8 — ГПМ (автоматизированная линия) влагозащиты ЭМ-1: 1 — накопитель ПП; 2 — накопитель средств технологической защиты; 3 — рабочее место защиты мест, неподлежащих лакировке; 4 — автоматическое устройство нанесения лака погружениемс последующим центрифугированием; 5 — робот; 6 — сушило; 7 — автоматическоеустройство нанесения лака распылением
/>
Рис. 9.ГПМ установки разъемов на ПП: 1 — накопитель разъемов; 2 — устройство поштучнойподачи разъемов; 3 — автоматическая головка крепления разъемов; 4 — устройствофиксации ПП; 5 — координатный стол; б — устройство управления; 7 — накопительПП; 8 — автоматическое устройство загрузки и выгрузки ПП
ГПМустановки разъемов на ПП
Предназначендля установки на печатную плату и крепление на ней разъемов (вилок или колодок).
Технологическаясхема и состав ГПМ установки разъемов представлены на рис. 9. Координатный стол5 располагается под головкой крепления разъемов 3 и в соответствующие местаустройства фиксации ПП 4 устанавливается крепеж (винт, пистон, заклепка и тд.). После этого координатный стол выводится в нулевое положение и в устройстве 4фиксируется ПП, подаваемая УЗВ8 из накопителя 7 так, чтобы крепеж попал вкрепежные отверстия на ПП. Далее стол с ПП перемещается под устройствопоштучной выдачи разъемов 2, которое производит установку его на ПП совмещаякрепежные отверстия разъема с крепежом. При необходимости операция повторяетсядля 2-го, 3-го и т.д. разъемов. После установки разъемов стол с ПП перемещаетсяпод головку крепления, где производится либо накручивание гаек (с шайбой), либоразвальцовка пистонов, либо расклепка заклепок. Собранная ПП возвращается внакопитель, после чего цикл повторяется для остальных ПП партии.
ГПМустановки контрольных контактов на ПП
Предназначендля установки и крепления на ПП контрольных контактов.
Загрузкаи выгрузка ПП описана выше. Координатный стол 5 с ПП, зафиксированный вустройстве 4, перемещается по заданной программе под автоматической головкой /,которая производит установку контактов в отверстие ПП. Крепление контактовпроизводится под платой подгибкой (для плоских) или развальцовкой (длякруглых). Конструкция контактов должна обеспечивать возможность их бункеровки,ориентации и поштучной выдачи.
ГПМкомплектации ИС с пленарными выводами
Предназначендля Программируемой комплектации ИС в корпусах типа 4 (401 или 402, или р|05) иподготовке их к установке на печатные платы путем извлечения из тары-спутника,формовки, обрезки и лужения выводов и укладки в ленточную кассету в заданнойпрограммной последовательности.
Технологическаясхема и состав ГПМ представлены на рис. 11. В магазине 1 сосредоточенынакопители ИС различных типономиналов (но одного конструктивно-технологическогоисполнения, например, в корпусе |401) каждый накопитель имеет свой узелпоштучной выдачи, срабатывающий по сигналу системы управления. ИС втаре-спутнике из накопителя по пневмотранспортеру 2 поступают в узел распаковки3. Далее на линии вы-1полняется комплекс технологических операций формовки,обрезки и лужения выводов, после выполнения которых ИС укладываются в ячейкиленточного накопителя 8 в последовательности, определенной программой выдачи ИСиз магазина накопителей. Возможен вариант компоновки ГПМ, когда взаменленточного накопителя может быть использован кассетный накопитель роторного типа9.
/>
Рис. 10- ГПМ установки контрольных контактов на ПП: 1 — автоматическая головкаустановки контрольных контактов; 2 — устройство ориентации и поштучной выдачиконтрольных контактов; 3 — устройство крепления контрольных контактов; 4 —устройство фиксации ПП; 5 — координатный стол; б — устройство управления; 7 —накопитель ПП; 8 — автоматическое устройство загрузки и выгрузки ПП
/>
Рис. 11- ГПМ комплектации ИС с планарными выводами: 1 — магазин накопителей ИС (втаре-спутниках); 2 — транспортер; 3 — устройство распаковки ИС; 4 — устройствоформовки ИС; 5 — устройство управления; 6 — устройство флюсования и лужения выводовИС; 7 — устройство загрузки ИС в накопитель; 8 — накопитель ИС (ленточный); 9— накопитель ИС (кассетный)
Список литературы
1. Н.П.Меткин,М.С.Лапин, С.А.Клейменов, В.М.Критський. Гибкие производственные системы. – М.:Издательство стандартов, 1989. – 309с.
2. Харченко А.О.Станки с ЧПУ и оборудование гибких производственных систем: Учебное пособие длястудентов вузов. – К.: ИД „Профессионал“, 2004. – 304 с.
3. Роботизированныетехнологические комплексы/ Г. И. Костюк, О. О. Баранов, И. Г. Левченко, В. А.Фадеев – Учеб. Пособие. – Харьков. Нац. аэрокосмический университет „ХАИ“,2003. – 214с.
4. Алексеев П.И.,Н.П.Меткин, М.С.Лапин. Технологическое проектирование ГПС. – Л.: ЛДНТП, 1984. –36с.
5. Проектированиеметаллорежущих станков и станочных систем: Справочник-учебник в 3-х т. Т. 3:Проектирование станочных систем /Под общей ред. А.С. Проникова — М.: Изд-воМГТУ им. Н.Э.Баумана; Изд-во МГТУ „Станкин“, 2000. — 584 с.
6. Гибкиепроизводственные комплексы /под.ред. П.Н.Белянина. – М.: Машиностроение, 1984.– 384с.
7. Гибкоеавтоматическое производство/под.ред. С.А.Майорова. – М.: Машиностроение, 1985.– 456с.