Лекция 17 Целевые механизмы для точных перемещений

1.Оборудование для точного совмещения фотошаблона с заготовкой печатной платы

Общие сведения об установке ExpoALIGNER

Установка ExpoALIGNER, представленная на рис. 1, специально разработана для высокоточного совмещения фотошаблона внешних, внутренних слоёв, защитной паяльной маски с заготовкой и последующей фиксацией пакета.

Основной идеей разработки, изготовления и использования данной установки является желание вдохнуть вторую жизнь в обычные ручные рамы экспонирования, чтобы уйти от технологии применения кнопок для совмещения ф/шаблона и заготовки и добиться точности аналогичной бюджетным установкам экспонирования с автоматическим оптическим совмещением традиционной конструкции: совмещение в одной зоне, а экспонирование в другой.

Р ис. 1 Общий вид установки

Технические характеристики.

Точность совмещения:: ±7,5 мкм

Производительность: 60 заг/час

Максимальный размер заготовки: 700x700 мм

Минимальный размер заготовки: 250x250 мм

Максимальная толщина заготовок: 6,0 мм

Давление сжатого воздуха: 6 бар

Расход сжатого воздуха: 1 л/c

Электропитание: 220В, 50 Гц

Потребляемая мощность: 1,1 кВт

Габаритные размеры (ШхГхВ): 1000x800x500 мм

2.Принцип действия установки

Принцип действия установки (рис. 1) заключается в следующем: после включения установки заготовка и фотошаблон помещаются на столик и предварительно совмещаются по штифтам; затем производится контроль совмещаемости по реперным знакам с помощью системы оптического контроля: две камеры передают изображение реперных знаков на экран монитора, после чего рассчитывается величина рассовмещения и требуемое число шагов шаговых двигателей для перемещения столика; после запуска режима совмещения, штифты убираются, а штоки пневмоцилиндров опускаются до поверхности фотошаблона, захватывают его посредством вакуумной присоски и приподнимают над поверхностью платы. Откачка осуществляется через шток пневмоцилиндра. шаговые двигатели обеспечивают требуемое перемещение столика. Пружины предназначены для создания постоянного упора столика и его неподвижности после перемещения. После того, как шаговые двигатели совершили нужное число шагов, фотошаблон освобождается и производится проверка совмещения; если параметры находятся в пределах допуска, то фотошаблон закрепляется на плате и заготовка снимается.

Контроль достижения требуемого разрежения, созданного вакуумной системой осуществляется манометром. Для контроля и регулировки давления воздуха пневмосистемы в ней предусмотрены датчики контроля и регулировки. Датчики начальных положений предназначены для определения положения столика и контроля перемещения, обеспечиваемого шаговыми двигателями.

Монтажная схема привода

рис.2 Монтажная схема

На рис. 2 Представлена монтажная схема сборки с перечнем основных механизмов привода. Опишем их подробнее.

1. Шаговый двигатель

2. Кожух подшипника

3. Неподвижная направляющая

4. Подвижная направляющая

5. Считывающая направляющая

6. Фланец шагового двигателя

7. Драйвер шагового двигателя

8. Муфта

9, 10- Датчики

Подвижная, неподвижная и считывающая направляющая при сборке воедино образуют с собой кинематический блок, который крепится на подвижный столик, и именно при помощи этого блока происходит совмещение фотошаблона и заготовки.

3. Пример анализа и синтеза конструкции привода

перемещения координатного станка

3.1 Подбор аналогов элементов привода.

В монтажной схеме мы отобразили основные элементы привода. В настоящий момент они уникальны по геометрии и имеют аналоги лишь в некоторых деталях, которые отображены ниже

Привод

Катанные

Шаговые двигатели

Муфты

Опоры

ШВП

Шлифованные

Плавающие

Фиксированные

Соединительные

Шариковые винтовые передачи (ШВП

П

Рис. 3 ШВП

о способу производства ШВП (рис.3) делятся на 2 группы: катаные (получают методом проката) и шлифованные (получают методом многоступенчатого шлифования). Шлифованные шарико-винтовые передачи имеют на порядок более высокую точность, при этом и цена их существенно выше.О сновные достоинства шариковинтовой передачи:

• малые потери на трение;

• высокая нагрузочная способность при малых габаритах;

• размерное поступательное перемещение с высокой точностью;

• высокое быстродействие;

• плавный и бесшумный ход.

К недостаткам шариковинтовой передачи можно отнести:

• сложность конструкции гайки;

• ограничение по длине винта (из-за накапливаемой погрешности);

• ограничение по скорости вращения винта (из-за вибрации);

• высокую стоимость (исполнения с шлифованным винтом).

Из двух видов сразу отдаем предпочтение шлифованным ШВП, поскольку катанные уступают в точностных характеристиках.

Виды преднатяга шариковинтовых пар

Преднатяг (рис. 4) - внутренняя сила между гайкой и винтом, которая устраняет свободный осевой и радиальный люфт. Преднатяг конструкции обеспечивает воспроизводимость и повышенную жесткость системы. Преднатяг (рис. 12) достигается либо с использованием двух гаек и натяжением их по отдельности, либо изменением длины окружности в одной отдельной гайке.
Рис.4 Преднатяг Высокоточные ШВП имеют три класса преднатяга: люфтовой (без преднатяга), с преднатягом (незначительный преднатяг с четырьмя контактными позициями) и с прецизионным преднатягом (преднатяг с двумя точками контакта).

Рис.5 Образование преднатяга

С прецизионным преднатягом (тип V) - преднатяг по двум точкам контакта (рис.6). Люфт между гайкой и винтом отсутствует. Преднатяг составляет порядка 10% от величины динамической нагрузки, но может изменяться в диапазоне от 2 до 13%. Момент сопротивления контролируется внутри указанного диапазона. Обычно используются для позиционируемых устройств, где требуется воспроизводимость и высокая жесткость (высокая жесткость обеспечивает перемещение больших нагрузок с минимальными отклонениями). (Применяется только с типом гаек FL)	Рис.6. Тип V
С преднатягом (тип A) - имеется незначительный преднатяг по четырем точкам контакта (рис 7). Размер шариков несколько больше, чем размер канавок, это обеспечивает появление четырех точек контакта. Люфт между гайкой и винтом отсутствует. Преднатяг составляет порядка 5% от величины динамической нагрузки. Применяются, главным образом, для устройств позиционирования, где необходима воспроизводимость результатов. (Применяется с типами гаек FK, FH и ZG).	Рис.7 Тип А
Люфтовой класс (тип S) - без преднатяга (рис. 8). Размер шариков меньше канавки, следовательно, появляется зазор между гайкой и винтом. Между винтом и гайкой возможен осевой люфт, что неблагоприятно сказывается на воспроизводимости. Нельзя контролировать момент сопротивления. Точность хода незначительна, воспроизводимость приблизительно равна величине люфта (обычно, максимальный люфт лежит в диапазоне 0.09-0.18 мм и зависит от размеров). Используется для транспортных устройств и вертикального перемещения, где допустимо низкое сопротивление. (Применяется с типами гаек FK, FH и ZG)	Рис.8 Тип S

Таблица 1. Анализ ШВП

Серия Параметр	S TK	S LK	Z G	M BS
Особенности конструкции	фланцевая	фланцевая	безфланцевая	фланцевая
Наличие преднатяга	+/-	+/-	-	+/-
Класс точности	С5	С5	С5	С5
Шаг винта (мм)	5…10	10…40	5…10	1…5
Dв	16…80	16…62.5	16…80	6…12

Анализ, приведенный в табл.1, дает ясное представление, о том, какой вид ШВП больше всего удовлетворяет требованиям точности. Конечно, это ШВП серии MBS. Решающим параметром стал шаг винта, обеспечивающий импульсную подачу момента на направляющие.

Опоры

Таблица 2.Опоры

	Фиксированная	Плавающая
Фланцевая	FK	FF
В виде блока	BK	BF

рис.16 виды опор.

Опоры

Фиксированная

Плавающая

Блок

Фланец

Блок

Фланец

Таблица 3. Характеристики опор

	модель			Подшипник	1	2	3
10	Фиксированная	блок	BK	7000 ADF	6,566	-	2,726
		фланец	FK
	Плавающая	блок	BF	608 ZZ	-	3,283	-
		фланец	FF

1-Осевая динамическая нагрузка

2-Радиальная динамическая нагрузка

3-Допустимая нагрузка

Наиболее надежны и устойчивы фиксированные подшипники, закрепляемые на концах валов. Из всех предложенных к анализу моделей наиболее предпочтительна фланцевая модель FK. Возьмем ее за основу.

Муфты

М уфта – устройство для постоянного или временного соединения валов, труб, стальных канатов, кабелей и т.п. Различают муфты соединительные (рис.9), которые в зависимости от выполняемой функции обеспечивают прочность соединения, герметичность, защиту от коррозии, и муфты приводов машин и механизмов, которые передают вращательное движение (вращающий момент) с одного вала на сво- рис. 9 соединительная муфта

-бодно сидящую на нём деталь (шкив, шестерню) или на другой вал без изменения вращающего момента.