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在生產(chǎn)活動中的應(yīng)用早已屢見不鮮,波峰焊和回流焊,以及現(xiàn)在廣泛用于后焊工序的自動焊錫機器人,是人們常用的自動化焊錫設(shè)備。目前這些焊錫設(shè)備有個共同的特點,一款產(chǎn)品中的電子零件,在同一時間所使用的焊錫參數(shù)相同:焊錫機通常只有一個焊錫槽和一個溫度控制裝置,焊錫頭溫度只能設(shè)定為一個。然而,隨著很多電子產(chǎn)品焊接質(zhì)量要求的提高,同一產(chǎn)品上的不同電子元件焊接可能需要不同的溫度,一個焊錫槽和一個溫度控制裝置不能兼顧,只能采用兩個或多個焊錫設(shè)備分別、分時進行焊接,或者一些零件由機器焊接完成后,另一些零件再用人工進行補焊。焊接效率低下,焊接質(zhì)量也不穩(wěn)定。
為此,介紹一種新的自動焊錫機或焊錫方法,在一個焊錫頭內(nèi)使用一個溫度控制裝置,對不同器件以不同溫度分別進行焊接,以滿足不同器件對焊接溫度差異的要求。
1 焊接方案
焊錫設(shè)備如波峰焊中設(shè)置有一個焊錫槽,使用加熱裝置,將放入焊錫槽內(nèi)的焊料加熱熔化,使用溫度控制裝置實時地將焊錫槽內(nèi)焊料的溫度控制在設(shè)定范圍內(nèi),焊錫槽內(nèi)各處的溫度相等,這樣的焊錫機只能用設(shè)定的溫度對所有器件進行焊接作業(yè)。
對波峰焊機器的焊錫槽內(nèi)的焊料進行溫度檢測,會發(fā)現(xiàn)即使使用非常精密的溫度控制裝置,在焊錫槽內(nèi)不同處的溫度是有一定差異的,焊錫槽內(nèi)離加熱裝置越近的焊料溫度稍高些,而離加熱裝置遠的位置溫度稍低些,離溫度傳感器位置近的地方的焊料溫度得到有效的控制; 焊料波峰的溫度與焊錫槽內(nèi)的溫度也不一樣,波峰越高,峰頂?shù)臏囟纫苍?/span>低。由此,可以在焊錫槽內(nèi)再設(shè)置錫槽來獲得不同的溫度。把原來的焊錫槽稱為外錫槽, 將設(shè)置在其內(nèi)的錫槽稱為內(nèi)錫槽。焊錫機的加熱裝置對外錫槽內(nèi)的焊料進行加熱,溫度控制器對外錫槽內(nèi)的焊料進行溫度控制;一個或多個內(nèi)錫槽設(shè)置在外錫槽的焊料中,由外錫槽內(nèi)的焊料對內(nèi)錫槽中的焊料進行加熱。內(nèi)錫槽在外錫槽中可以上下、左右調(diào)節(jié)移動,將內(nèi)錫槽調(diào)節(jié)在適當位置來獲得不同的溫度,這樣,在同一焊錫機中可以獲得多溫度的焊料,可以實現(xiàn)分別對不同的器件進行焊接。
2 焊錫機的構(gòu)成及作業(yè)流程
2.1 作業(yè)流程
焊錫機的作業(yè)流程如圖1所示。
2.2 手工治具
手工治具可以盛放多個產(chǎn)品, 產(chǎn)品間呈矩形排列。在膠合板上制作與產(chǎn)品形狀相一致的定位裝置,產(chǎn)品放置在其上面后能夠有效地被定位,有利于機械手抓取和回放作業(yè)。手工治具可以設(shè)置多個,在生產(chǎn)作業(yè)時交替使用,以提高生產(chǎn)效率。
2.3 機械手
機械手由3個伺服馬達驅(qū)動,可以在X、Y、Z 三個維度運動,其運行空間距離根據(jù)手工治具工位、助焊劑
工位、焊錫槽工位所在位置設(shè)計;抓取裝置使用氣動手指,通過控制電磁閥的動作完成抓取任務(wù)。機械手的運
動軌跡、速度、運動節(jié)奏由PLC控制。不同的產(chǎn)品使用不同形狀的治具,可通過觸摸屏設(shè)置參數(shù),通過不同的運動軌跡和焊接參數(shù),達到最佳的焊接要求。
2.4 助焊劑供應(yīng)裝置
助焊劑盛放在一個密封容器中,由PLC控制馬達將助焊劑泵到助焊劑作業(yè)工位,在助焊劑工位還設(shè)置回收槽并與密封容器相連接,當馬達泵出的助焊劑多余時,能自動回流到密封容器中。每當作業(yè)完畢,助焊劑也能自動回流到密封容器中,保證助焊劑不會在停工期間揮發(fā)掉。助焊劑作業(yè)工位的裝置依據(jù)產(chǎn)品的形狀進行設(shè)計,能有效地控制每個產(chǎn)品涂覆的助焊劑量相同,保證焊接的一致性。
2.5 預(yù)熱裝置
預(yù)熱裝置由焊錫槽的一部分構(gòu)成,以精簡設(shè)備結(jié)構(gòu),由機械手控制產(chǎn)品接近但不接觸焊錫面,停留一定的時間,使助焊劑能有效發(fā)生反應(yīng),將焊接點的氧化物或雜質(zhì)清除,有利于焊接作業(yè)。
2.6 焊錫爐
由通用的溫度控制裝置控制焊錫爐中外錫槽內(nèi)焊料的溫度,溫度控制精度在±2℃內(nèi),外錫槽固定在機架上不動。在外錫槽中再設(shè)置內(nèi)錫槽,內(nèi)錫槽通過一連接柄與氣缸連接,可通過調(diào)節(jié)氣缸的行程來調(diào)節(jié)內(nèi)錫槽相對于外錫槽的位置高度。內(nèi)錫槽的焊料由外錫槽的焊料加熱,溫度由內(nèi)錫槽入浸外錫槽的位置和深度控制,內(nèi)錫槽相對于外錫槽焊料液面越高,其中的焊料溫度就越低。外錫槽和內(nèi)錫槽也可以使用不同熔點的焊料,滿足不同電子零件的焊接要求。
2.7 刮錫機構(gòu)
錫槽中的焊料經(jīng)加溫一段時間后,其表層的焊料與空氣中的氧氣接觸并產(chǎn)生氧化作用,會在其表面上形成一層薄的氧化層,該氧化層的存在會阻礙電子零件的有效焊接,產(chǎn)生虛焊、假焊現(xiàn)象,因此,在焊接作業(yè)前應(yīng)將該氧化層除去掉。為此,焊錫機需設(shè)計相應(yīng)的刮錫機構(gòu), 該機構(gòu)由2個氣缸和1個刮錫板構(gòu)成,設(shè)置在外錫槽的邊緣,用PLC控制氣缸運動,驅(qū)動刮錫板前后、上下移動,將錫槽中焊接部位的氧化層刮到錫槽的邊緣。刮錫板形狀的大小和前后移動距離應(yīng)合理設(shè)計, 除保證能有效除掉焊接位置的氧化層外,應(yīng)盡量減少將不作業(yè)位置的氧化層除掉。
2.8 循環(huán)作業(yè)要求
當一個產(chǎn)品的所有零件都焊接完成后,機械手將產(chǎn)品放回原抓取位置上, 為一個正常的焊接周期;當這個周期結(jié)束后,機械手自動移動到治具上的下個位置上抓取下一個產(chǎn)品,執(zhí)行相應(yīng)的焊接任務(wù);當一個治具上的所有產(chǎn)品都焊接完成后,焊錫機給出作業(yè)完成信號,操作者將該治具取出,裝上未焊接的治具重新進行新的作業(yè)。如果治具上某個位置上缺產(chǎn)品,機械手能自動識別并移動到下一位置執(zhí)行,直到將治具上所有位置都檢查完畢,給出焊接完畢的信號。
3 焊錫機具體方案
一種全自動焊錫機,包括機架、PLC控制器、觸摸屏、機械手、溫度控制器、外錫槽和內(nèi)錫槽。外錫槽設(shè)置在機架上,外錫槽處設(shè)有由溫度控制器控制的加熱裝置,內(nèi)錫槽設(shè)置在外錫槽內(nèi),通過外錫槽內(nèi)的錫給內(nèi)錫槽內(nèi)的錫加熱;內(nèi)錫槽和外錫槽之間設(shè)有可用于調(diào)節(jié)內(nèi)錫槽和外錫槽相對高度和位置的控制裝置。內(nèi)錫槽內(nèi)設(shè)有第一錫杯, 第一錫杯與第一升降裝置連接,第一升降裝置能夠帶動第一錫杯升降,使第一錫杯伸出內(nèi)錫槽上方或收入內(nèi)錫槽內(nèi)。第一錫杯伸出內(nèi)錫槽上方時與機械手抓取的產(chǎn)品的零件焊點接觸并完成焊接作業(yè),當?shù)谝诲a杯收入內(nèi)錫槽內(nèi)時,給第一錫杯加滿錫,使每次焊接的焊錫量相同。
內(nèi)錫槽上方設(shè)有第一刮錫板,與第一伸縮裝置連接。伸縮裝置由兩個氣缸帶動,一個氣缸控制上升,另一氣缸控制前后移動。PLC控制這兩個氣缸的運動軌跡,可將內(nèi)錫槽上被氧化的錫刮除。
外錫槽內(nèi)還設(shè)有第二錫杯,與第二升降裝置連接。第二升降裝置能夠帶動第二錫杯升降,使第二錫杯伸出外錫槽上方或收入外錫槽內(nèi)。第二杯伸出內(nèi)錫槽上方時與機械手抓取的產(chǎn)品的零件焊點接觸并完成焊接作業(yè),當?shù)诙a杯收入內(nèi)錫槽內(nèi)時,給第二錫杯加滿錫,使每次焊接的焊錫量相同。
相應(yīng)地,在錫槽上方設(shè)有第二刮錫板,與第二伸縮裝置連接。伸縮裝置由兩個氣缸帶動,一個氣缸控制上升,另一氣缸控制前后移動。PLC控制這兩個氣缸的運動軌跡,可將內(nèi)錫槽上被氧化的錫刮除。
第一升降裝置帶動第一錫杯進行焊接的時間與第二升降裝置帶動第二錫杯進行焊接的時間能夠分別控制,實現(xiàn)兩個錫杯的焊接時間不同,可滿足不同產(chǎn)品的焊接時間要求。
機架上安裝有助焊劑杯,與助焊劑泵連通,可通過助焊劑泵將設(shè)置在機架下方的助焊劑容器中的助焊劑供應(yīng)給助焊劑杯。助焊劑杯下方設(shè)有助焊劑回收槽,與助焊劑容器相連通。助焊劑杯與助焊劑泵之間有連通過度機構(gòu),過度機構(gòu)內(nèi)的助焊劑液面與助焊劑杯內(nèi)的助焊劑液面相同或略高于助焊劑杯內(nèi)的助焊劑液面,助焊劑泵將助焊劑泵入過度機構(gòu)中,過度機構(gòu)將助焊劑傳入助焊劑杯內(nèi)。過度機構(gòu)能平緩地將助焊劑供應(yīng)到助焊劑杯中;當助焊劑杯的助焊劑滿出時,流入助焊劑回收槽內(nèi),再自動回到助焊劑容器中。助焊劑容器為一個密封型容器,能防止助焊劑的揮發(fā)。
4 應(yīng)用效果
該焊錫機在同一錫槽內(nèi)可以實現(xiàn)兩種不同溫度控制,可以對產(chǎn)品上兩種部件采決了兩種不同耐溫等級的器件同時在一錫爐中進行焊接作業(yè)的技術(shù)難題,提高了生產(chǎn)效率和焊接的可靠性。
該技術(shù)方案還可以對兩個焊錫杯的焊錫時間分別控制, 實現(xiàn)同一產(chǎn)品上兩種器件按不同時間焊接,滿足不同器件不同的焊接質(zhì)量要求。
該技術(shù)方案在兩個錫槽上分別設(shè)有刮錫裝置,每次在焊接前,將焊錫面的氧化層刮掉,可使焊接的質(zhì)量更可靠。
通過助焊劑回收裝置,多出的助焊劑被助焊劑回收裝置回收,避免了助焊劑的浪費;同時,由于連通過度機構(gòu)的低端面處的助焊劑液面高度一致,產(chǎn)品每次沾的助焊劑量均一致,能保證焊接的質(zhì)量一致。
5 結(jié)語
按該技術(shù)方案制作的自動焊錫機,在屏蔽盒的生產(chǎn)實踐中得到運用,驗證了該技術(shù)方案的可行性。