Типовые технологические и гибкие производственные модули гибких производственных систем (ГПС) сборки и монтажа
Типовые
технологические и гибкие производственные модули ГИБКИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ
(гпс) сборки и монтажа
Типовые
технологические модули
В состав
типовых технологических модулей ГПС сборки и монтажа ЭМ-1 входят комплексы
автоматического или автоматизированного технологического оборудования с ЧПУ
(отдельные автоматы установки), для реализации технологических процессов. В
качестве примера рассмотрим назначение, структуру и процесс функционирования
установки для ручной программированной сборки. Указанная установка
предназначена для укладки на печатную плату ИЭТ малой применяемости, а также
ИЭТ сложной формы. Технологическая схема и состав установки представлены на
рис. 1.
Процесс
функционирования установки следующий.
ПП
извлекается вручную из накопителя 1 и устанавливается в фиксирующее устройство
5. Световой луч указателя места установки ИЭТ б, перемещаясь по поверхности ПП,
останавливается в заданных устройством управления точках. При этом одновременно
оператору выдается из накопителя 2, 3 или 7 тот ИЭТ , который должен быть
установлен на печатную плату в данной точке. В ленточном накопителе размещается
ИС в корпусах типа 4 (401, 402, 405), в кассетном - ИС в корпусах типа 2, в
конвейерном - дискретные элементы. Однако возможны другие варианты размещения,
например, в конвейерном накопителе наряду с дискретными ИЭТ могут размещаться и
ИС.
Световой
луч несет информацию не только о месте установки ИЭТ, но и его расположении на
ПП - указывает место размещения первого вывода многовыводных ИЭТ или метод
размещения положительного вывода для полярных двухвыводных.
Операция
установки ИЭТ осуществляется вручную.
В случае
необходимости с помощью дозатора клея 4 может быть реализована операция
приклеивания ИЭТ . Излишки выводов ИЭТ штырькового типа могут быть подрезаны
под ПП по завершении операций установки с помощью универсального приспособления
для групповой подрезки 9.
ГПМ
сборки и монтажа ЭМ-1
Состав
типовых ГПМ (РТС) ГПС сборки и монтажа ЭМ-1 по цехам и участкам
сборочно-монтажного производства приведен на рис. 2 и включает в себя следующие
виды:
1.
комплекс
технологического оборудования (ТО) для подготовки ИЭТ к автоматизированной
установке на ПП, в том числе рихтовки, формовки и обрезки выводов ИЭТ, их
лужения;
2.
комплекс
технологического оборудования для комплектации партии ПП ИЭТ, механических
деталей, материалов;
3.
ГПМ комплектации
ИЭТ , вклеенных в двухрядную липкую ленту (резисторы, диоды конденсатора);
4.
комплекс ГПМ
комплектации и комплексной подготовки ИС в корпусах типа 4 (специализированных
для ИС в корпусах 401, 402, 405 и т.п.);
5.
комплекс
специального ТО для установки и крепления на ПП контрольных контактов
(специализированных для контактов разной формы);
6.
комплекс
специального ТО для установки и крепления на ПП разъемов (специализированных
для каждого типа конструкции разъема);
7.
ГПМ установки и
крепления на ПП ИЭТ , вклеенных в двухрядную липкую ленту (универсальный);
8.
ГПМ установки на
ПП ИС в корпусах типа 2 (универсальный);
9.
комплекс ГПМ
установки и пайки ПП ИС в корпусах типа 4 (специализированных по типам корпусов
401,402,405);
10.
ГПМ досборки (для
ручной программированной установки ПП ИЭТ малой применяемости - универсальный);
11.
ГПМ (РТК) пайки
ПП волной припоя;
13.
средств (ТМС);
14.
стенд
технологического визуального контроля качества и ремонта для паяных соединений;
15.
ГПМ (РТК)
влагозащиты ЭМ;
16.
ГПМ установки
разъемов на ПП;
17.
ГПМ комплектации
ИС с пленарными выводами;
18.
ГПМ комплектации
ИЭТ , вклеенных в двухрядную ленту.
В состав
ГПМ может включаться также оборудование для технологического или
приемо-сдаточного контроля электрических параметров ЭМ-1, но чаще всего оно
выделяется в самостоятельную подсистему. Состав ГПМ для конкретных
производственных ситуаций определяется составом элементной базы ЭМ-1, подлежащих
изготовлению в ГПС, масштабом выпуска, принятым вариантом технологического
процесса.
ГПМ
установки и крепления на ПП ИЭТЭ, вклеенных в двухрядную липкую ленту
Предназначен
для установки на печатную плату и крепление на ней путем подгибки выводов ИЭТЭ,
вклеенных в двухрядную липкую ленту.
Технологическая
схема и состав ГПМ представлен на рис. 3. Процесс функционирования ГПМ
следующий. Печатная плата из накопителя 8 подается устройством
загрузки-выгрузки 9 к координатному столу сборочного автомата 6 и фиксируется
на нем с помощью фиксирующего устройства 5. Координатный стол перед этим
выводится в нулевое (крайнее справа и назад) положение. После фиксации ПП
координатный стол подается к укладочной головке 2, которая в соответствии с
заданной программой перемещения ПП производит вырезку ИЭТЭ из ленты, формовку
выводов, установку ИЭТ по направляющим выводам в монтажные отверстия ПП и
крепление 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 — устройство
дозированного нанесения клея; 5 — устройство фиксации ПП; 6 - указатель места
установки 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 и
цехам 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 фиксации
ПП; 6 — координатный стол; 7 — устройство управления; 8 — накопитель ПП; 9 -
автоматическое устройство загрузки и выгрузки
ИЭТЭ для
установки на ПП подаются к укладочной головке в соответствии с программой
установки из программно-скомплектованной ленты 3, либо из магазина складского
типа 1 (сиквенсора). Программно-скомплектованная двухрядная лента в виде
катушки располагается, как правило, на укладочной головке. Конец ленты
заправляется в подающем устройстве, после чего автомат начинает работать по
сигналу системы управления. Программа передвижения ПП под укладочной головкой
согласована с программой вклейки элементов в ленту. Вклейка ИЭТ в ленту
производится на ГПМ комплектации ИЭТ в двухрядной липкой ленте.
Сиквенсор
состоит из ряда катушек с ИЭТ, вклеенных в двухрядную ленту (в каждой катушке
один тип ИЭТЭ), и обычно располагается сзади автомата на специальной штанге,
которая служит направляющей для перемещения сиквенсора. Перемещается сиквенсор
таким образом, чтобы катушка с ИЭТ требуемого для установки типа была
расположена на минимальном расстоянии от укладочной головки, точнее устройства
подачи ИЭТ. Программа перемещения сиквенсора и программа перемещения ПП должны
быть согласованы. По завершении программы установки ИЭТ координатный стол с ПП
возвращается в нулевое положение, после чего устройство загрузки изымает ПП из
фиксирующего приспособления и возвращает в накопитель. Накопитель перемещается
на 1 шаг, после чего цикл сборки повторяется для остальных ПП данной партии.
ГПМ
установки на ПП ИС в корпусах типа 2
Предназначен
для установки на ПП и, при необходимости, крепления на ней подгибкой двух
выводов ИС в корпусах типа 2, уложенных в технологических кассетах.
Программа
перемещения ПП согласована с программой выбора и установки ИС. При работе
автомата накопитель роторного типа поворачивается вокруг оси так, чтобы
микрооборот автоматической укладочной головки мог извлечь из накопителя ИС
заданного программой типа. Накопитель линейного типа неподвижен — он по команде
системы управления выдает ИС нужного типа, которая с помощью транспортного
устройства 2 подается к укладочной головке. По завершении программы установки
координатный стол возвращается в нулевое положение. УЗВ извлекает ПП из
фиксирующего устройства и возвращает ее в накопитель. Накопитель перемещается
на один шаг, после чего цикл сборки повторяется для остальных ПП данной партии.
ГПМ
установки и пайки ИС с планарными выводами на ПП
Предназначен
для установки на ПП ИС в корпусах типа 401 (или 402, или 405) и пайки их
выводов к контактным площадкам ПП.
Технологическая
схема и состав ГПМ представлен на рис. 5. Загрузка и выгрузка печатной платы
описана выше. Укладочная головка 4 совмещает операции установки и пайки ИС,
которые подаются по транспортному устройству 9 из накопителя ИС ленточного '2
или кассетного 1 типов. В ленточном накопителе ИС уложены в той
последовательности, в которой будут устанавливаться на ПП. Кассетный накопитель
вращается по команде управляющей системы и выдает в транспортную систему ИС
нужного типа из соответствующей кассеты. ИС, установленная на ПП, удерживается
на ней в процессе выполнения пайки (до ее затвердевания). Пайке подвергаются
все выводы ИС одновременно; способ - электроконтактный. Подача припоя и флюса
производятся непосредственно в зону пайки. ГПМ устанавливает и паяет на ПП ИС
только одного типоразмера в корпусах 401 (или 402, или 405).
РТК пайки
ПП волной припоя
Предназначены
для выполнения монтажных соединений на ПП способом пайки за счет
автоматического выполнения операций загрузки-разгрузки, флюсования, подогрева,
пайки и удаления излишков припоя.
Технологическая
схема и состав РТК пайки представлена на рис. 6. Печатная плата с
установленными на ней ИЭТ извлекается роботом 3 из накопителя 1,
устанавливается в технологическую кассету (которая, в свою очередь, извлекается
из накопителя 2) и через устройство загрузки 4 передается на транспортер 9
линии пайки. Транспортер (цепной конвейер) последовательно перемещает ПП через
агрегаты линии пайки. В агрегате. флюсования 7 поверхность монтажных элементов,
подлежащих пайке, смачивается флюсом, подающимся в виде пены к нижней
поверхности ПП. В агрегате подогрева 8 происходит испарение жидкости,
используемой в качестве растворителя флюса, необходимого для предотвращения
разбрызгивания расплавленного припоя при попадании на него капелек жидкого
флюса с поверхности ПП, а также подогрев ПП до 75 — 125 °С с целью уменьшения
термоудара при погружении ПП в волну расплавленного припоя (t " 260 °С).
Способ нагрева - терморадиационный. Температура подогрева должна быть
максимальной, но не выше той, которую допускают ИЭТ, установленные на ПП.
В
агрегате пайки 10 ПП нижней своей поверхностью проходит через волну
расплавленного припоя (навстречу ее течению), создаваемую специальным
устройством в виде насоса и сопла особой конструкции. Припой смачивает
монтажные поверхности и образует монтажные соединения, проникая в
металлизированные отверстия.
Рис. 4.
ГПМ установки на ПП ИС в корпусах типа 2: / — накопитель ИС (кассетный
линейный) ; 2 — устройство подачи ИС; 3 - автоматическая укладочная головка; 4
— накопитель ИС (кассетный, роторный) ; 5 — подгибочная головка; 6 — устройство
фиксации ПП; 7 — координатный стол; 8 — устройство управления; 9 - накопитель
ПП; 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 устройство
загрузки и выгрузки ПП; 9 — устройство подачи ИС
Рис. 6 -
РТК пайки ЭМ-1 волной припоя: 1 - накопитель ПП; 2 - накопитель технологических
кассет; 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 целью
предотвращения саздания сосулек на выводах ИЭТ, перемычек между выводами и
близко расположенными проводниками к месту выхода ПП из припоя подается струя
сжатого воздуха (t "в 250 - 300 ° С), которая сдувает излишки припоя с
поверхности ПП в ванну.
На
заключительном этапе запаянная ПП попадает в устройство выгрузки 12, в котором
робот 3 извлекает ее из технологической кассеты и загружает в накопитель 1.
Технологическая
кассета загружается тем же роботом в накопитель 2. Заполненный накопитель 2
возвращается подвесным роботом-трансманипулятором на вход линии пайки.
Заполненный накопитель 1 с помощью робота-трансманипулятора передается на РТК
очистки.
РТК
очистки ПП водными растворами ТМС
Предназначен
для очистки ПП электронных модулей после пайки и перед влагозащитен от
технологических загрязнений.
Технологическая
схема и состав РТК очистки представлена на рис. 7. ПП извлекается роботом 2 из
накопителя 1 и передается на устройство загрузки 9 ПП в линию, которое передает
ее на транспортер. В линии ПП последовательно проходит ванны с раствором ТМС,
горячей проточной водой, холодной проточной водой, деионизированной водой и
станцию сушки. После сушки ПП через устройство ориентации с помощью робота
загружается в пустой накопитель 1.
ГПМ
влагозащиты ЭМ
Предназначен
для нанесения на печатную плату и сушки лаковых многослойных покрытий для
защиты от влаги.
Технологическая
схема и состав ГПМ (ГАЛ) представлен на рис.8.
ЭМ
извлекается из накопителя 1 и на его участки, не подлежащие нанесению лака, и
на него крепятся средства технологической защиты, хранящиеся в накопителе 2.
Работа выполняется вручную на рабочем месте 3. ЭМ передается в накопитель, из
которого автоматически извлекается и навешивается на (исполнительный механизм
устройства нанесения лака. Исполнительный механизм погружает ЭМ в лак,
извлекает из лака и для удаления излишков и создания слоя лака минимальной
толщины центрифугирует его. Затем ЭМ передается в терморадиационное сушило, где
лак полимеризуется. Следующий слой лака может быть нанесен способом распыления,
для чего ЭМ . пропускается между форсунками устройства нанесения лака распылением
- и вновь подвергается сушке для полимеризации лака.
Конструкция
линии модульная, поэтому технологическая ее компоновка определяется количеством
требуемых слоев лака и способом его нанесения. Для трехслойной защиты возможны
любые комбинации модулей: 3 модуля лакировки методом погружения; 2 модуля
лакировки погружением и 1 модуль — распылением; 1 модуль — погружением, 2
модуля — распылением; 3 модуля лакировки методом распыления. Состав линии
определяется при формулировании заказа на ее изготовление. На (входе линии
производится удаление с ЭМ средств технологической защиты и они размещаются в
соответствующих 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 с
проточной холодной водой; 6 - ванна с деионизированной водой; 7 — станция деонизации
воды; 8 — станция сушки; 9 — устройство ориентации ПП; 10 — устройство
загрузки-выгрузки ПП
Рис. 8 -
ГПМ (автоматизированная линия) влагозащиты ЭМ-1: 1 — накопитель ПП; 2 -
накопитель средств технологической защиты; 3 — рабочее место защиты мест, не
подлежащих лакировке; 4 — автоматическое устройство нанесения лака погружением
с последующим центрифугированием; 5 — робот; 6 — сушило; 7 — автоматическое
устройство нанесения лака распылением
Рис. 9.
ГПМ установки разъемов на ПП: 1 - накопитель разъемов; 2 - устройство поштучной
подачи разъемов; 3 - автоматическая головка крепления разъемов; 4 - устройство
фиксации ПП; 5 - координатный стол; б - устройство управления; 7 - накопитель
ПП; 8 - автоматическое устройство загрузки и выгрузки ПП
ГПМ
установки разъемов на ПП
Предназначен
для установки на печатную плату и крепление на ней разъемов (вилок или колодок).
Технологическая
схема и состав ГПМ установки разъемов представлены на рис. 9. Координатный стол
5 располагается под головкой крепления разъемов 3 и в соответствующие места
устройства фиксации ПП 4 устанавливается крепеж (винт, пистон, заклепка и тд.)
. После этого координатный стол выводится в нулевое положение и в устройстве 4
фиксируется ПП, подаваемая УЗВ8 из накопителя 7 так, чтобы крепеж попал в
крепежные отверстия на ПП. Далее стол с ПП перемещается под устройство
поштучной выдачи разъемов 2, которое производит установку его на ПП совмещая
крепежные отверстия разъема с крепежом. При необходимости операция повторяется
для 2-го, 3-го и т.д. разъемов. После установки разъемов стол с ПП перемещается
под головку крепления, где производится либо накручивание гаек (с шайбой), либо
развальцовка пистонов, либо расклепка заклепок. Собранная ПП возвращается в
накопитель, после чего цикл повторяется для остальных ПП партии.
ГПМ
установки контрольных контактов на ПП
Предназначен
для установки и крепления на ПП контрольных контактов.
Загрузка
и выгрузка ПП описана выше. Координатный стол 5 с ПП, зафиксированный в
устройстве 4, перемещается по заданной программе под автоматической головкой /,
которая производит установку контактов в отверстие ПП. Крепление контактов
производится под платой подгибкой (для плоских) или развальцовкой (для
круглых). Конструкция контактов должна обеспечивать возможность их бункеровки,
ориентации и поштучной выдачи.
ГПМ
комплектации ИС с пленарными выводами
Предназначен
для Программируемой комплектации ИС в корпусах типа 4 (401 или 402, или р|05) и
подготовке их к установке на печатные платы путем извлечения из тары-спутника,
формовки, обрезки и лужения выводов и укладки в ленточную кассету в заданной
программной последовательности.
Технологическая
схема и состав ГПМ представлены на рис. 11. В магазине 1 сосредоточены
накопители ИС различных типономиналов (но одного конструктивно-технологического
исполнения, например, в корпусе |401) каждый накопитель имеет свой узел
поштучной выдачи, срабатывающий по сигналу системы управления. ИС в
таре-спутнике из накопителя по пневмотранспортеру 2 поступают в узел распаковки
3. Далее на линии вы-1полняется комплекс технологических операций формовки,
обрезки и лужения выводов, после выполнения которых ИС укладываются в ячейки
ленточного накопителя 8 в последовательности, определенной программой выдачи ИС
из магазина накопителей. Возможен вариант компоновки ГПМ, когда взамен
ленточного накопителя может быть использован кассетный накопитель роторного типа
9.
Рис. 10
- ГПМ установки контрольных контактов на ПП: 1 — автоматическая головка
установки контрольных контактов; 2 - устройство ориентации и поштучной выдачи
контрольных 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 (в
таре-спутниках) ; 2 - транспортер; 3 — устройство распаковки ИС; 4 — устройство
формовки ИС; 5 — устройство управления; 6 — устройство флюсования и лужения выводов
ИС; 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 для
студентов вузов. – К.: ИД "Профессионал", 2004. – 304 с.
3.
Роботизированные
технологические 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.
Проектирование
металлорежущих станков и станочных систем: Справочник-учебник в 3-х т. Т. 3:
Проектирование станочных систем /Под общей ред. А.С. Проникова - М.: Изд-во
МГТУ им. Н.Э.Баумана; Изд-во МГТУ "Станкин", 2000. - 584 с.
6.
Гибкие
производственные комплексы /под.ред. П.Н.Белянина. – М.: Машиностроение, 1984.
– 384с.
7.
Гибкое
автоматическое производство/под.ред. С.А.Майорова. – М.: Машиностроение, 1985.
– 456с.