Лекция 11 РИК (Лекции РиК)

Лекция N 11

(продолжение предыдущего § )

Рассмотрим схему простейшего шарнирно-рычажного механизма, рис.4.6, выделим его ведущее и ведомое звенья, (соответственно, поз. 1 и 2) , и опеределим для него величину наименьшего перемещения. Согласно схемы: ₁ - перемещение входного звена; ₂ – перемещение выходного звена механизма. Тогда ₂= ₁   _ , где _ - суммарная (предельная) погрешность перемещения выходного звена, - характеризует предел микроперемещений;  = АС/АВ – передаточное отношение шарнирно-рычажного механизма (см рис.4.6).Величина суммарной (предельной) погрешности _ для рассматриваемого механизма определяется как:

где  _заз –погрешность из-за зазоров (или натяга) в шарнирах; _тр – погрешность из-за

трения в шарнирах; _упр – погрешность из-за упругих деформаций плеч рычага АВ;

_конт – погрешность из-за контактных деформаций в шарнирах (при передаче

внешнего усилия).

На величину суммарной погрешности механизма, таким образом, могут влиять как внешние факторы (например, внешнее нагружающее усилие, направление перемещения и т.п.), так и внутренние (точность выполнения сопряженных размеров направляющих, материалы пар трения, соотношения плеч рычагов и др.).

Поскольку отдельные составляющие суммарной погрешности (см последнюю формулу) в каждом конкретном механизме из-за погрешностей изготовления и сборки могут либо взаимно компенсироваться, либо складываться, величина микроперемещений условно принимается равной предельной величине суммарной погрешности (все составляющие погрешности со знаком “+”).

Продолжим рассмотрение механизмов ксерокса 2 к Лекции 10. Отметим, что представленные схемы механизмов точных перемещений можно разделить на две группы, в первой из которых редуцирование (требуемое передаточное отношение) осуществляется за счет подбора линейных (диаметральных) размеров элементов кинематических цепей; во второй,- для редуцирования используются свойства твердых тел, либо жидких и газообразных сред подвергаться упругой деформации под внешним воздействием ( в том числе нагревом, магнитным и электрическим полями и др.).

Для большинства механизмов второй группы (см ксерокс: МТП с деформируемыми передаточными звеньями) характерны:

• высокая точность и большие передаточные отношения при малом диапозоне

• перемещений;

• отсутствие погрешностей микроперемещений из-за зазоров или внешнего трения между

звеньями механизмов.

МТП с деформируемыми звеньями находят применение, как правило, в координатных столах для ПР , где выполняют точное (окончательное) позиционирование обьектов сборки в процессе их поэтапного позиционирования (загрузки в зону сборки). При этом доставка обьектов в зону сборки осуществляется менее точными, но имеющими большие диапозоны перемещений, МТП 1 группы с недеформированными передаточными звеньями.

Определение передаточных отношений МТП имеет некоторую специфику. Рассмотрим этот вопрос на отдельных примерах из ксерокса 2 предыдущей лекции.

Червячно-зубчатый механизм 1 группы.

МТП состоит из трех кинематических передач: червячной (передаточное отношение ₁), зубчатой (₂), зубчато-реечной (₃), при этом входное вращение вала червяка (₁) преобразуется в выходное линейное перемещение зубчатой рейки (₂) в соответствии с суммарным передаточным отношением, равным:

где к - число заходов червяка; m – модуль зубьев рейки, мм.

Суммарное передаточное отношение механизма может быть не более 1000

(для червячной передачи ₁ 65), при условии выборки зазоров в зубчатых зацеплениях предел микроперемещения рейки может составить всего 1 … 2 мкм, при этой точности диапозон перемещений рейки не более 30 … 50 мм. Специфика найденного передаточного отношения заключается в том, что оно имеет размерность (см выше) из-за того, что

механизм преобразует вращательное движение на входе в поступательное.

Для позиционирования микроминиатюрных обьектов сборки применяются, в частности, координатные столы с пьезоэлектрическими двигателями, основу которых составляет пьезоэлектрический МТП (см ксерокс 2 пред.лекции).

Пьезоэлектрический МТП – это пластина из пьзокерамического материала, например, титаната бария ВаТiО₃ или цирконата-титаната свинца (ЦТС), характеризующегося высокими пьезомодулем, диэлектрической проницаемостью, малой гигроскопичностью, сравнительно большой механической и электрической прочностью. Под воздействием переменного электрического поля пьезоэлемент изменяет свои линейные размеры.

Для практических целей используются пакеты таких пластин, соориентированные на суммирование удлинений от каждой пластины, с одновременной подачей на них электрического потенциала. Пьезоэффект для указанных материалов определяется пьезо- коэффициентом “d” ( d = 1 … 6 10^-7 мм/в); при наборе элементов их этих пластин (например, в количестве 360 штук) можно обеспечить однокоординатное перемещение торца пьезоэлемента в диапозоне порядка 0… 65 мкм ( при напряжении тока на пластинах до 50 вольт).

На основе эффекта микроперемещений сборных пьезокристаллов в настоящее время разработан вибрационный пьезоэлектрический двигатель (ВПД), используемый в качестве приводов трехкоординатного стола для автоматических установок фотолитографии

(производство интегральных микросхем), рис.4.7.

Изображенный на рис.4.7 координатный стол имеет систему позиционирования по трем координатам: Х, У и , выполнен базе ВПД. Конструкция стола состоит из нижней (базовой) 1 и верхней 2 кареток, перемещающихся, соответственно, по осям Х, У и поворотного столика 3, вращающегося относительно вертикальной оси, смонтированного на каретке 2. Каретки перемещаются с помощью блоков вибродвигателей 5 и 6, а по угловой координате  - с помощью вибродвигателя 7.

В результате изменения линейных размеров (удлинения) одного из вибродвигателей блока 5 или 6 наблюдается перемещение каретки в сторону другого. Реверс осуществляется подачей напряжения на другой вибродвигатель, при этом амплитуда колебаний вибродвигателей составляет 4 … 6 мкм, при этом диапозон перемещения кареток 1 и 2 по осям Х и У, - 50 мм, а по кооринате  - неограниченно, с точностью 2  10^-7 радиан.

Точность перемещения по линейным координатам – не менее 0.5 мкм. Взаимное влияние координат при перемещениях по составляет менее 10. Система из ВПД питается от высокочастотного генератора напряжений 30 вольт и частотой до 30 кГц. Скорость перемещения кареток 30 мм/ с.

§ 5 Питающие устройства для подачи ленты, проволоки и

длинномерных прутков

Известно, что до 60% деталей в производстве электронных приборов получают способами формообразования без механической обработки (штамповка, литье, прокатка и т.п.). Заготовками для многих деталей служат ленточные, прутковые или проволочные материалы, находящиеся в состоянии поставки в виде бунтов из ленты, катушек с проволокой или прутков длиной от 1до 5 метров. Подача таких материалов в технологические установки (ТМ), как правило, осуществляется без предварительной подготовки (т.е. резки заготовок из ленты или прутка в “размер” детали), и имеет свою специфику.

Она заключается в том, что в питающих (загрузочных) устройствах этого класса отсутствуют средства ориентирования, поштучной выдачи и накопления заготовок (присущие вышерассмотренным ЗУ), однако появляются другие механизмы, в частности, для правки ленты или проволоки, размотки их с бабин, поддержания постоянства скорости размотки и подачи в ТМ и др.

§ 5.1 Питающие устройства для ленточных материалов

Подача ленты из бунта при штамповке деталей ТМ в автоматическом режиме

с заданным (дискретным) шагом подачи может осуществляться по схеме 1, представленной на рис.1(см ксерокс 1 к Лекции N11).

Структурная схема установки для подачи ленты к штампу состоит их набора следующих основных устройств: размотки бунта; правки ленты, устраняющей ее прогиб от намотки; валковой подачи с постоянной скоростью, каждый из которых имеет свой автономный привод движения. В рассматриваемой схеме только привод валковой подачи 2 включается периодически, в то время как приводы (и устройства) размотки и правки ленты

работают постоянно (тем самым исключаются нагрузки режима пуска-остановки двигателей, увеличивается ресурс работы устройств).

Величина запасовки ленты в петле после правильного устройства 7 регулируется приводом вращения валков правильного механизма , в кинематических цепях которого предусмотрены для скорости вращения для быстрой и медленной подачи ленты (см кинематическую схему привода валков правильного устройства, - ксерокс 1 к Лекции11, рис.1, внизу). Размер петли соответствует длине отрезка ленты, однократно подаваемой в штамп валками 2, работающими в дискретном режиме вращения.

Датчики 2 и 4 определяют размер петли ленты по вертикали и управляют пневмоцилиндрами 9 и 18, которые последовательно могут включать кинематические цепи с разными передаточными отношениями. В зависимости от сигнала датчиков валковые (подающие) валики 19 могут вращаться быстрее (если сработал датчик 2), тем самым увеличивая прогиб петли, или медленнее,- при срабатывании датчика 4, уменьшая запасовку материала в петле. В последнем случае вращение на валки передается через зубчатые колеса 8 и 11, и далее, через колеса 5 и 6.

Точность дискретной валковой подачи ленточного материала толщиной до 2 мм в штамп невысока и составляет величину порядка ± 0.5 мм. (в основном из-за переменности тягового усилия подачи ленты в штамп, зависящего от коэффициента трения между лентой и валками). Более точная подача ленточного (а также пруткового материала) достигается средствами контактного захвата ленты специальными устройствами специальными устройствами (клещами, клиновыми упорами и т.п.). Образцы этих устройств

представлены на ксероксе 2 к Лекции N 11 (изучить самостоятельно).

§ 5.2 Подающие устройства для проволоки и пруткового

материала

В большинстве технологических машин (автоматы намотки трансформаторов, электромагнитных катушек и др.) подача проволоки из бунта производится непрерывно, с постоянной скоростью. Для поддержания постоянства скорости сматывания проволоки с бунта и ее натяжения при подаче в ТМ применяют специальные устройства.

Рассмотрим их конструкцию на примере работы автомата навивки вольфрамовых спиралей (для осветительных ламп накаливания) на проволоку-керн, подаваемую с входной катушки на приемную с постоянной скоростью и натяжением (см рис.2 ксерокса 1 к лекции 11).

Проволока-керн диаметром 0.5…0.8 мм непрерывно подается через вращающийся шпиндель автомата, на котором закреплена катушка с тонкой вольфрамовой нитью. Эта нить наматывается на проволоку-керн с постоянным шагом между витками (порядка 0.08…0.1 мм) за счет вращения шпинделя и постоянной скорости протяжки проволоки-керна. На шпинделе 9 имеется диск 11 электромагнитной муфты, предназначенной для кратковременного торможения шпинделя и образования “проскока” в намотке спирали из нити. В дальнейшем по местам проскока (где нить не имеет навивки на проволоку) производится резка, а затем вытравливание проволоки-керна в растворе кислот с получением после отжига готовой спирали с линейными участками нити на концах для крепления в колбе осветительной лампы.

Механизм равномерной протяжки проволоки-керна содержит две приводные катушки,- тянущую 1 (вокруг которой проволока обведена при заправке на один виток для исключения проскальзывания по тянущей катушке) и приемную 3, а также подающую катушку 2, ось вращения которой связана с тормозом. При разматывании с нее проволоки-керна с помощью катушки 1 тормоз создает сопротивление вращению и обеспечивает таким образом натяжение проволоки. Второй тормоз на катушке 3 служит для компенсации изменения скорости намотки проволоки из-за увеличения диаметра ее намотки на катушку (скольжение оси по тормозу увеличивается во времени с увеличением диаметра намотки проволоки на катушку 3 при постоянной частоте вращения последней).

Рассмотренная выше схема подачи проволоки-керна является типичной и для осуществления подачи тонкого ленточного материала. Ее особенностью является наличие независимой тянущей катушки (или барабана) и средств(тормозов) для натяжения и проскальзывания , соответственно, подающей и приемной катушек в условиях непрерывной подачи материала в рабочую зону ТМ.

В качестве примера подачи пруткового материала (длиной до 3 метров) рассмотрим механизм питания одношпиндельного токарного автомата модели 1А136, рис.3 ксерокса 1.

Подающая цанга 1 закреплена на трубе 2, левый конец которой установлен в опоре каретки,

Которая получает перемещение от кулачка 10 через рычаг 9. На валу 11, кроме кулачка 10 установлен кулачок 11, от которого через рычаг 12, муфту 5, рычажки 4 и трубу 3 получает перемещение зажимная цанга 2.

Периодическая подача и зажим прутка производятся в начале каждого цикла работы токарного автомата. При включении однооборотной муфты М на вспомогательном валу вал11 делает пол-оборота и от кулачка 10 через рычаг 9 получают перемещение влево каретка, труба 2 и подающая цанга 1, которая при этом с трением проскальзывает по прутку.

После полного перемещения подающей цанги 1 влево от кулачка 11 подается движение через рычаг 12, муфту 5, рычажки 4 и трубу 3 на разжим зажимной цанги 2.

Затем происходит повторное включение однооборотной муфты М, вал 11 получает 0,5 оборота и каретка перемещается вправо, а подающая цанга подает прутком до упора (на схеме условно не показан). Зажимная цанга зажимает пруток, начинается токарная обработка выдвинутого до внешнего упора конца прутка.

Перемещением гайки 8 вверх обеспечивается (через рычаг 10) увеличение хода каретки, а вниз – уменьшение ее хода и, соответственно, изменение длины выдвигаемого из механизма подачи прутка. Для обеспечения поддержки свободного конца вращающегося при обработке прутка применяют внешние направляющие трубы, которые выполняют с виброгасителями колебаний прутка.