【《某产品自动锡焊加工前处理机械系统设计案例》15000字（论文）】

某产品自动锡焊加工前处理机械系统设计案例摘要航空插头是一种电连接器，普遍应用在军事、航天、航海等领域。航空插头使用时要在其焊针表面焊接电缆。本次课题的对象是航空插头自动锡焊加工前处理机械系统。不同于航空插头常规的手工加工，本次设计的机械系统实现航空插头自动焊锡加工前处理。设计转台机构，可以安装夹持机构并将整个系统进行布局；设计位移机构，使其他各加工机构可以安装在其工作台上在空间进行三维移动；设计一种航空插头的夹持机构，使其能够完全定位并适于加工；设计清洗机构对航空插头表面进行清洁，使表面清洁度达到工艺要求；设计上锡机构进行上锡操作，使航空插头焊针表面附着适量焊锡；设计吸锡操作进行吸锡操作去除航空插头焊针表面多余焊锡。通过本系统处理，航空插头焊针表面附着适量的焊锡，使后续锡焊加工方便快捷。关键词：航空插头；焊锡工艺；加工前处理；机械系统目录摘要 第一章绪论1.1选题的目的和意义航空插头最早被应用在机舰制造等工业领域，由于它传输信号可靠稳定，现在在许多非民用的电力设备连接中广泛应用，例如航空母舰以及航海工业[1]。航插有固定和自由端两部分组成[2]。由于航插焊针数目庞大，且针距间隙小，加工与维修不易，且人工焊接效率不高[3]，导致航空插头制造成本高，加工不易，且目前常规加工均由手工操作，自动化程度低，生产效率低，影响了航空插头的大规模使用。针对这一现状，本课题旨在设计一种航空插头自动锡焊加工前处理机械系统，使航空插头加工自动化的同时，方便航空插头下一步锡焊操作，使航空插头使用更加方便快捷，大大节省劳动力，提高了生产效率。1.2国内外研究现状本课题研究设计一种航空插头自动锡焊加工前处理机械系统，航空插头是航空航天工业中最基础的元件，是联系继承控制和器械驱动的重要精密元件，随着航天事业的快速发展，航空插头在航天工业领域中使用非常广泛在航天工业领域中使用非常广泛。因为航空插头经常使用在环境较为复杂的太空中，所以航空插头的可靠性和稳定性一直是人们关注的重点，应为可能会出现因航空插头的质量问题导致正太设备损毁甚至出现重大安全事故，而航空插头的可靠性和稳定性主要依靠其焊接精准度和焊接完成之后的检测力度。当下航空插头主要通过人力实现其焊接，但采用人力焊接会出现焊接精度低、多芯电缆焊线和焊杯不对应以及焊接效率低下等问题，还因每个工序需要大量的劳动力使得生产成本变高，并且随着航空插头向着高密度小型化的方向发展，其焊杯的数目在不断的加多，使其焊接的难度叠加。而在航空插头完成焊接工作之后其检测工作主要依靠人工，使得检测效率并不高，特别是在焊杯较多的情况下，在检测时易出现疲劳烦躁等情况使得检测效率大大降低。本课题旨在完成航空插头自动锡焊加工前处理，使航空插头在后续焊接时更加方便快捷。1.2.1航空插头航插又名插头座，在各类工业电路中广泛使用，决定电路通断。制造厂是此类产品的连接稳定性第一源头，也可通过匹配合适航插来改善连接可靠性。其次，可通过准确筛选航空插头来提升航空插头可靠性。要想最大程度的施展航空插头所应有的功能，只有通过制造者以及使用者两边一起努力。航空插头有多种不同的分类方法。在形状方面，有圆形和矩形两种；在工况应用各方面，有电源级、音响级、机柜级和专用级[4]。此外还有低频和高频两种航插。航空插头的主要安全参数有以下17个：绝缘电阻：在加直流电压于绝缘的电介质之后，通过一端时间，使其进行的极化过程结束后，流过电介质的泄漏电流对应的电阻称绝缘电阻有很多因素会对其造成影响，其中绝缘材料，热度，湿度，污损等对其影响最大。耐压：耐压值是指接触对的绝缘层之间没被击穿前所能接受的最高电压，正常工况大于额定电压，有时候也指绝缘层与接地端之间。它主要的影响因素有爬电距离、接触对间距和几何形状，环境温度和湿度以及绝缘体材料和大气压力。燃烧性：所有航空插头在作业时都不能断电，这就导致火灾的可能性大大增加。因此不仅要求航插能防止引燃，还能在其被引燃或发生火灾时，能迅速自灭。航空插头在选择原料时要注意筛选使用阻燃能力强，自熄能力好的绝缘原料。机械参数：：就航插而言，衡量其质量的一个重要指标就是接触压力，然而在实际生产生活中，测量的接触压力误差会非常大，因为测量难度较大。因此，接触压力每每是有单脚分离力以间接测算的。如果接触对是圆形针孔，想要测定接触件能夹持多少砝码可以用标准插针检验，因为其重量按相关规定规范过的。通常情况下标准的航插插针半径是接触对中阳端的下限值取-2.5um，总分离力大概率不小于单脚分离力最大值和的两倍。航插的使用寿命是指插拔次数，一般在500~1000左右。如在质保期内航插的工作指标超过规定值是不允许的，例如接触与绝缘电阻、以及耐压值。接触对数目和针孔性：首先以电路连接需求为主来确定接触对数目，此外还需考量航插个头大小与总分离力，接触对数量与体积体量和总分离力体量呈正相关，如果体积不受限，且可靠性需求较高建议通过接触对并联的方式增大连接的可靠程度。航插的各个部件对互换性都有极高要求，工程应用中，通常靠插头与插座两端都带电来评判与选择。通常情况下，其选择由端部是否带电来决定若端部接通稳定电流，则选择的航插应有插孔，这是因为其接触元件外包覆至少一层绝缘层，使带电元件被隔离，相对较为安全。连接方式：航插一般由两部分组成，分别为自由端和固定端。电路通断依靠插头与插座的分合即可实现。因此多组合的航插连接方式就诞生了。以圆形航空插头为例，使用最广泛的有连接方法有三种中分别为螺纹式连接，弹子式连接以及卡口式。螺纹式连接因其结构最简单，使得加工工艺简单，从而造成制作成本低，而适用面最广，是其中使用最为广泛的，与此同时，连接时速率较慢不适用于需快速接连和频繁插拔的地方。三类连接方式里面速度最快的是弹子式连接，不需要通过旋转运动，就能达到所需试验所需的功能。他的连接方式决定了他能使用的航插种类较少。通常在小型航插中较多见。环境参数：环境参数的主要决定因素有热度、湿度、温度巨变以及销蚀环境等。影响航插性能的因素有很多，环境就是其中的一部分，所以航空插头的选择一定与现实的环境相对应。环境热度：航插的绝缘原料以及金属原料控制着航插的作业环境热度。潮湿：电击穿事故的发生在主要原因是相对湿度过高。如果工作环境持续高温高湿，那么安装在设备外部的航插在设计时就因考虑密封。拥有GB4208防护等级的外壳一般使用在水密型航插上。大气压力：在高空中，会导致焊接部件接触不良，造成电晕。塑料的性能会在到达某一特定高度骤降。因此若选择非密封航插在高空中时，不应满额负载。。腐蚀环境：航插使用时环境的腐蚀性不同，选择航插采用对应的塑料、金属和镀层结构，比如在盐雾中使用的航插，若表面耐腐蚀性不够，会损坏航插。若环境中含有特定含量的SO2，选用的航插接触对不应是镀银的。端接方式：如何使用正确的端接技术和合理的端接方法同样也是使用和筛选航插的重要方面。焊接：通常簧片式接触对的焊接端焊片式、冲眼焊片式以及缺口焊片式[5]三种；钻孔圆弧缺口式通常出现在针孔式接触对[6]。压接：压接是将金属进行压缩及位移，并将选定的导线与接触对连接的技术[7]。有时材料与导线能够产生对称形变，这是一种金属互溶现象，表示压接效果好[8]。这是所获得的裁量质量更高，能承受更加极端的条件，比较像冷焊连接。大电流必须使用压接[9]。压接时要选择专用压接机[10]。接触对的导线筒应根据导线切面来选择。值得注意的一点是压接方式只能使用一次，因为它是永久性连接[11]。绕接：绕接是以绕接柱在棱角的接触件上的为固定点，将导线缠绕在上面。刺破接连：刺破连接现已广泛应用于各种印制板用电连接器中，具有成本低、可靠性高的优势。本次研究对象为如图1.1所示Y36M-65芯型航空插头，焊针水平间距为3mm，如何在3mm的间距下对航空插头表面进行一系列处理是本课题的一大难点。图1.1Y36M-65芯型航空插头1.2.2焊接原理通过加热融化某种金属介质，使其流动至焊接点处缝隙，从而可以在恢复室温后两者连接在一起，形成合金[13]。因此，若表面含有影响合金形成的杂质，就会该金属介质与被焊接物质的合金的形成，导致焊接效果大大降低[14]。因此，只有在以下前提，又能拥有良好的焊接效果，1．拥有清洁的烙铁头：焊接时烙铁头的温度一直很高，同时还要很多易挥发分解的物质，使得表面极易产生杂质，致使焊接效果下降[15]。2．要有焊接桥充当传热介质：常规焊接时，每一个焊点形状都不一样，我们一般不会更换烙铁头[16]。此时就因使其形成焊锡桥能够传递热量，来使得烙铁头加热的效率增加。以烙铁头上留存的少量焊锡来作为加热烙铁头是与焊件之间传热的桥梁就是焊接桥[17]。3．焊件的可焊性：选用的金属介质能够在一定条件下与被焊接金属融合，例如：焊锡与铜、银之间的可焊性很好。4．焊料的合格性：锡铅焊料成份如果不合格或者杂质过多都会影响最终焊锡的质量[18]。常规焊锡的焊料为丝状焊锡丝，这种焊料会在中心放置一部分的松香，这样可以在焊接时不必提供松香，一物两用，为焊接提供便利。5．焊剂的合适性：针对不同材料的焊接需要选用的焊剂也不同，采用焊接工艺若不同，同种材料有时也会使用不同焊剂。例如烙铁焊接时，焊后清洗时和焊后不清洗两种情况就需的焊剂就不同[19]。以锡焊为例，大多数电子产品在焊接时就可使用松香酒精溶液。6．焊点的合理性：焊接的每一个焊点都必须要牢固来确保焊接质量。好的焊点应当有以下特点：锡点光亮、圆润而无毛刺，锡量适中。锡和被焊物融合牢固，不应存在虚假焊和夹生焊。1.2.3锡焊工艺要求人们根据金属焊接工艺的不同需求，比如焊接过程中能否不进行加热以及焊接母材是不是会融化，可以将焊接分成压焊、熔焊以及钎焊。其中，熔焊和钎焊主要的区别在于焊接过程中焊接母材是不是会融化。钎焊时的焊接温度应当介于钎料液相线和焊接母材的固相线而这之间，母材在钎焊时中会一直维持固态，但钎料在钎焊时会熔化成液态。钎焊时，因加热而熔化成液态的钎料在维持固态的母材表面流淌，与母材发生作用的同时产生金属化合物。焊接结束后，钎料与母材连接，形成牢固的接头[20]。线缆锡焊的本质就是通过钎焊的方式在被焊件的焊杯上堆焊一层焊锡。锡焊是使用熔点较低的金属焊料经过高温加热融化后，进入并填充进被焊件金属的连接处的间隙，在两者接触面处形成一个合金层的焊接方法[21]。有着联结、固定以及密封的作用，锡焊就是钎焊技术的一种。根据钎焊中使用的钎料熔点不同可以将常钎焊归为软钎焊以及硬钎焊两类，当钎料的熔点不高于450℃时就称为软钎焊，相应的，当钎料的熔点不低于450℃时称为硬钎焊，本文中的锡焊就属于软钎焊。锡焊方法较常见的有烙铁焊，波峰焊以及回流焊，本文的锡焊就是属于烙铁焊。自动锡焊机以及锡基钎料研究以及钎料与母材之间的作用是目前国内对锡焊技术的重要研究方向。国内电路板在焊接就会使用波峰焊、回流焊以及贴片机等自动化焊接机器。而当焊接的目标多变时，锡焊机器人可依据锡焊对象的差别专门设计制做出专用烙铁头以便完成特定的焊接任务，是一种能够完成各项锡焊轨迹任务的自动焊接设备。锡基钎料是一种合金，在常温中可塑性良好，吸收应力能力好，不存在加工硬化等问題[22]。但是传统的锡-铅钎料中的铅含量较高，长期使用会对环境以及人体健康造成较大危害，所以对于锡基钎料的研究多着眼于无铅钎料方面[23]。国内通常使用锡作为基体材料，之后为获得适当的熔点以及力学性能来加入铜、锌、银、铋和铟等金属元素。经过技术积累，现阶段的无铅钎料主要集中在锡-铜、锡-银和锡-银-铜这三大类[24]。关于钎料与母材之间作用方面的研究，不能用锡焊来完成所有材料连接工作，例如长简单金属中铜、金、银、锌和镍等锡焊效果较好，常见的金属中锡焊效果较差的有铬、铝、不锈钢和铸铁等，想要实现其锡焊工艺一般需要采用相应的助焊剂和采用特定的方法；在这些材料里面铝合金的材料表面非常容易发生氧化，从而焊接的时候电烙铁温度过高就容易在焊接面快速生成一层致密的氧化层，从而导致无法顺利进行锡焊[25]。首先，锡焊前要求对焊接表面进行清洁，使表面清洁度达到工艺要求。焊接时要有适量焊锡，将电线和航空插头连接起来。焊锡能够防止接头处被氧化，使接头能够更加牢固，可以减少接触电阻。焊接时要有加热元件，使接触体能够达到所需要的温度，将焊锡融化成液态，又不至于温度过高使焊件融化。1.2.4前处理的意义锡焊前处理的目的就是是去除材料外表面上的污垢以及氧化膜。和电镀预处理一样，不然锡在未经处理的材料表面上是不沾的，最好也只能是虚焊。当焊缝不饱满时，该处就会有存留残余溶液污染原溶液。焊接操作前，需要对航插焊针表面进行处理，总共有“刮”、“镀”、“测”三个方面：“刮”：指的是在焊接工作开始之前先清洁焊接部位，去除表面杂质。通常是先用小刀或砂纸清理集成电路上的焊接点，去除表面氧化物等，清理完后需将表面涂上助焊剂。“镀”：就是在刮净的元器件部位上镀锡。具体做法是将松香酒精溶液沾在清洗干净的元器件的焊点上，再将加热后的含铁头压在焊点上，并由其他机构送锡，同时转动元件，使元件表面镀上一层光滑均匀的焊锡。“测”：就是使用万用表检测已经镀锡的元件能否导电，如有不能导通电路的元件或者损坏，应使用同规格元件替换之。航空插头使用时需在焊针上焊接电缆，焊接时需要有适量焊锡，进行前处理后可使航空插头焊针表面附着适量焊锡，使航空插头使用更加方便快捷，焊接流程更加简便。1.3准备工作开展课题的第一步是确定选题，我的毕设题目是航空插头自动锡焊加工前处理机械系统设计。设计的内容是航空插头自动锡焊加工前处理机械系统，任务包括航空插头夹持机构设计、转台机构设计、位移机构设计、清洗装置设计、上锡装置设计、吸锡装置设计。首先进行工作时查询了很多关于航空插头和焊锡的文献等资料。文献的来源主要包括中国知网、万方数据知识服务平台、谷歌学术和百度学术。在这些网站上阅读了大量的论文，对航空插头和焊锡工艺有了初步的了解。表1.1是本次课题的内容进行的时间规划。表1.1时间安排各阶段内容起止时间毕业实习、查阅资料，外文翻译3.1-3.19课题3.20-4.19毕业论文撰写4.20-5.13修稿、定稿，准备答辩5.14-6.41.4设计内容本次设计的内容是航空插头自动锡焊加工前处理机械系统。航空插头使用时需要有适量焊锡，提升锡焊可靠性。现阶段航空插头焊接时都是人工操作，市面上没有针对航空插头使用的自动焊锡机，本次课题旨在设计一种针对特定航空插头使用的自动锡焊加工前处理机械系统。第二章整体系统设计2.1需求与方案论证本课题旨在设计一套机械系统，对航空插头进行自动锡焊加工前处理，使其焊针附着适量焊锡，并使表面达到锡焊时的工艺要求。首先设计转台系统，固定整个系统与布局；接着在其上设计夹持系统用来限制航空插头的移动，并固定在转台上；之后设计位移系统能够控制其他加工系统移动，并拥有工作平台用以固定其他机构；再设计清洗机构，对航空插头表面进行清洗操作，使航空插头焊针表面表面清洁度达到要求；之后设计上锡机构对航空插头进行上锡操作，使其焊针表面镀上焊锡；最后设计吸锡机构吸取航空插头表面多余焊锡。航空插头焊接前要求表面清洁，所以本设计的第一步是进行表面清洁。在航空插头表面清洁度达到标准后，要对其表面上锡。上锡完成后，为防止焊锡过量，需吸取焊接表面多余焊锡，进行吸锡操作。对航空插头的纯利顺序为清洗-上锡-吸锡，先使其焊表面清洁度达到要求，再在其焊针表面镀上焊锡，最后吸取航空插头表面多余焊锡。2.2功能实现在如何清洁方面，采用助焊剂。表面清理时，用蠕动泵抽取选定的助焊剂，再通过注射器将其注射到航空插头的针头处清洁表面。在航空插头表面清洁度达到标准后，要对其表面上锡。航空插头表面清洗完成后，位移装置将航空插头送到上锡工位，上锡装置对航空插头进行上锡操作。上锡时，需要有焊锡及适当的温度，所以要有特定机构送锡和加热。在上锡完成后，为防止锡过量，需吸去焊接表面多余焊锡，进行吸锡操作。上锡完成后，位移装置将航空插头送到吸锡工位，吸锡装置对航空插头进行吸锡操作。2.3工艺流程焊接要求有干净的表面，所以锡焊前，要先对焊接表面来表面清洁处理，使其达到工艺要求。焊接时，需要有合适量的焊锡，提前进行上锡吸锡操作可以使焊接表面附着适量焊锡，使焊接时不再需要其他设备提供焊锡，使焊锡时更加方便快捷。首先，对航空插头表面进行表面清洁处理，用蠕动泵抽取选定的助焊剂，再通过注射器将其注射到航空插头的针头处清洁表面，使航空插头表面清洁度来达到焊锡工艺要求。表面清洁后，航空插头转动到上锡工位，上锡机构通过位移机构达到上锡时要求的工位，上锡机构运转，对航空插头表面进行上锡操作，电烙铁加热融化由送锡装置送来的焊锡，将其融化在航空插头表面，并通过位移装置，移动到下一个焊点。在上锡操作完成后，为防止锡过量，需吸去焊接表面多余焊锡，位移装置将航空插头送到吸锡工位，吸锡装置对航空插头进行吸锡操作：加热器运转，加热融化焊针表面焊锡，待焊锡融化后，负压泵运转，通过吸锡头，将多余的焊锡抽取到容锡室里。2.4设计的总体框架与布局总体框架与布局如图2.1下，上为系统框图，中间为转台机构，上有送料、清洗、上锡、吸锡4个工位，转台与转台轴相连，通过皮带轮与传动轴连接，传动轴通过联轴器与选定的电机相连。电机转动时带动传动轴旋转，传动轴通过皮带轮带动转台轴转动，转台轴带动转台旋转，根据固定传动比的皮带轮，可通过控制电机旋转来达到控制转台旋转的目的。图2.2依次分别为转台、位移机构、清洗机构、上锡机构、吸锡机构图2.1系统框图总体框架与布局图2.2转台位移机构清洗机构上锡机构吸锡机构第三章各系统设计3.1夹持机构夹持机构的主要作用是定位航空插头，使其固定并使航空插头焊针表面水平向上，同时固定在转台表面，可以跟随转台旋转。如图3.1为本课题所需航空插头，航空插头两个水平焊针间距为3mm，外壳最大距离为45.534mm，所需夹持机构内径为46mm。图3.1航空插头焊接时，需固定航空插头，限制3个方向的水平移动。于此同时，航空插头上焊针平面需保持向上，需限制航空插头轴向转动，使焊点保持向上。航空插头外壳最大距离45.534mm，若设计夹具为圆柱形，则内径至少为46mm，若夹具为矩形，则长宽应不小于46mm。航空插头径向长度27.1mm，设计夹具轴向长度35mm。3.2转台机构实现航空插头清洗、上锡、吸锡、送料，需要有4个工位，初步设想是三个加工机构及送料机构呈线性排列，航空插头沿直线运动，在各个工位上完成对应加工动作，使得航空插头完成自动锡焊加工前处理，但设计时考虑到加工完成后，该工位上夹持机构需回到初始位置，若工位沿直线分布，则中间回转系统较为复杂，所以改变了工位分布状况，将其由直线分布改为圆周分布。此时加工动作完成后，该工位对应航空插头回到初始位置只需将航空插头夹持系统继续旋转一定角度即可。转台机构为系统的主体部分，确定了系统的整体布局。首先要支撑插头夹具，并在需要的时候旋转，将工位转换，其次，要有充足的空间放置3组位移机构，控制清洗、上锡、吸锡三组机构，使其能达到加工要求的位置。转台转动的部分开始设计的是用蜗轮蜗杆组成的分度机构，但后来对整个系统的工艺流程进行分析之后发现，分度机构实现的控制转台旋转角度可以通过控制电机转动来达到控制转台轴解决，遂舍弃分度机构，改用轴传动。轴间力矩传动选用皮带轮传动，相比于其他传动方式，运行更平稳，噪音低，振动低。转台机构主要由：支撑板、旋转盘、转台轴、皮带轮系、传动轴、联轴器及转台电机构成。3.2.1旋转盘旋转盘上要固定航空插头夹持机构，航空插头夹具轴向长度35mm，中间放置转台轴，设计转盘直径不小于150mm。3.2.2转台轴转台轴的作用是连接转台与从动轮，使从动轮传递过来的扭矩可以传递到转台上，使转台旋转。3.2.3皮带轮系转台的传动选用皮带轮系。他具有以下优点：皮带轮系中皮带轮的内周制作成齿状，从而可以与齿形带轮啮合。同步带的结构非常紧凑，耐油、耐磨性好，同时抗老化性能好。同步带能够精准传动，在工作的时候没有相对滑动，拥有固定的传动比。传动平稳的同时，具有一定的缓冲、减振能力，同时噪声很小。同步带传动效率高达98%，节能效果非常显著。。同步带后续的维修保养很方便，同时不需要润滑，这使得其维护的费用很低。将电机输出的扭矩，有传动轴传递，通过皮带轮系减速，传递给转台轴。皮带宽度12.7mm，齿数72ul，传动效率为1/4，主动轮的齿数10ul，宽25mm，从动轮的齿数40ul，宽20mm，3.2.4传动轴传动轴的作用是连接主动轮与电机输出轴，使电机的输出通过传动轴传递给皮带轮主动轮。3.2.5转台电机输出轴直径8mm为旋转盘旋转提供动力源，通过控制电机转动，控制旋转盘转动。转台电机选型使用系数fB减速电机许用输出转矩T由下式确定：T=T出XfBT出——减速电机输出转矩fB——减速电机使用系数传动比ii=n入/n出电机功率P(kw)P=T出*n出/9550*η输出转矩T出(N.m)T出=9550*P*η/n出式中：n入——输入转速η——减速机的传动效率在选用电机时，无论在何种工况下，都必须同时达到以下两个条件：1、T出≥T工作机2、T=fB总*T工作机式中：fB总——总的使用系数，fB总=fB*fB1*KR*KWfB——载荷特性系数，KR——可靠度系数fB1——环境温度系数;3.2.6联轴器联轴器又称联轴节。主要作用是将部件中的两根轴连接起来，使其一同旋转，于此同时传递运动和扭矩的部件。某些情况下，也会作为一种特殊机构用以保护被连接件，使得其负载在其额定载荷之内。有的时候也作为零件连接轴和其他部件。一般由两部分组成，分别用键或这夹紧配合等联接，紧固在两根轴的端部，再通过某种特定的方式将两部分联接起来。与此同时，联轴器还具有补偿两轴之间因制造安装问题导致不精确、工作时的产生的变形或热膨胀等因素所造成的偏移，以及缓和冲击、吸振的功能。本设计所选用联轴器最主要的功能是将转台电机输出轴与传动轴连接用电机扭矩传递至其他部件。3.2.7支撑台支撑位移机构，同时固定位移机构整体的位置，使其固定在合适的位置。同时确定了整个系统所占用的空间。3.3位移机构位移机构是整个系统中运动最多的机构，能够控制其工作台在空间三维直角坐标系的移动并定位，从而达到控制清洗、上锡、吸锡三个加工机构的移动，使其在需要的时候达到所需位置。3.3.1位移典型结构使用较为广泛的直线移动机构有以下11种：梯形丝杠、滚珠丝杠、同步带、电动推杆、电动缸、直线电机、齿轮齿条、凸轮机构、气缸机构、液压缸、气压撑杆。他们各有以下特点及使用场合：梯形丝杠：传动效率为26%~46%；工作时升温程度较大，故不能用在高速传输的地方；滑动摩檫导致表面损伤较大，所以寿命较低；使用时应注意清洁润滑；因传动效率较低，故用有一定程度的自锁性；生产一次完成，制造工艺效率高，所以成本较低。滚珠丝杠：其组成成分为钢球、预压片、反向器以及防尘器等。特点是：摩擦损失小、传动效率高；之所以其运动效率可以相对较高，是由于其副丝杠轴和丝杠螺母中间的众多滚珠，在同时进行滚动运动，一般情况下，可以达到90%到96%不等；根据前文提到的滚珠运动，可以指导滚珠丝杠副的启动力矩十分小，不存在爬行现象，可以实现精确的微进给，因此或许可以实现高速或者微进给；不能自锁，具有传动的可逆性。同步带：用钢丝绳或者玻璃纤维做为强力层，表面覆盖聚氨酯者橡胶，皮带的内周制作成齿状，使其能够与齿形带轮相啮合；同步带的结构相对紧凑，耐油、耐磨性好，同时抗老化性能好，同步带一般使用的温度为-20℃―80℃；皮带轮传动准确，在工作的时候没有相对滑动，拥有固定的传动比；传动平稳，具有一定的缓冲、减振能力，同时噪声很小；其传动效率可以达到0.98，节能效果比较明显；其保养维护相对轻松，并且经济压力低；其传动对于长距离依旧使用，中心距在10m以上。电动推杆：又名推杆电机，其体积小，推力大，自锁性能十分良好，只需电机推动，但是，承受不了径向负载。电动缸：也叫电动执行器。利用的是闭环伺服控制，它的控制精度可以达到0.01mm；如果增加一个压力传感器，则其推力控制精度，可以达到1%；其特点是：有微弱噪音，较高的刚性，可以抗冲击力。工业领域应用较多。直线电机：又线性电机。其不需要任何中间转换机构的传动装置。结构简单：直线电机可以一步生成线性运动，因此具有简单的结构，并且可以获得相对高的加速度、动态响应性以及定位精度。定子与动子在运动之时没有机械接触，所以无摩擦以及噪声，其寿命较高。齿轮齿条：承载力大；结构简单，运行可靠；对于任何长度都可以对接延续。缺点：具有较低的精度，所以在传动时会产生较大的噪声以及磨损；则其有必要添加润滑油，但容易污染现场的环境，不利于在无尘环境中使用。凸轮机构：结构较简并且其设计十分方便。缺点：凸轮间的接触为高副，因此其会产生较大的压力，高副接触易磨损；并且凸轮在加工轮廓的时候十分困难，经济压力大；行程不大。气缸机构：使用简单，易于安装维护；适应性强。气缸适用饭费较广，能够在高温及低温环境中正常工作并且同时具有防尘、防水的能力，可适应各种恶劣的环境。缺点：控制精度低，一般为两点控制；必须配备空压机，并且启动传输的时候有漏气的风险；需要对各种气动管线进行安装和维护；需要持续不断的压力供给；反应速度慢，不应用在元件级数多的场合。液压缸：低速重载，推力能达到数十万顿，通常用在重工行业，例如锻造等。气压撑杆：常用于门窗开合。对市面上已有的位移机构特点进行分析，最终确定以图3.1滚珠丝杠滑块导轨机构为原型，设计空间三自由度位移机构。图3.1所示机构由底板、滚珠丝杠、支撑端、固定座、丝杠螺母、螺母座、工作板、联轴器、电机、电机座及两组导轨滑块组成，其中，滑块有油嘴、滑块、刮油片、防尘片及挡块几个部分。图3.1滚珠丝杠滑块导轨机构3.3.2多自由度机构设计在滚珠丝杠滑块导轨机构的基础上，将三组机构组合为一个整体即可实现空间的三位移动，但组合时连接的部分如何选择是一个问题，以两组机构为例：第一种组合方式为第二组机构整体放于第一组机构上，即第二组机构底座与第一组工作板连接；第二种组合方式为两组机构丝杠螺母相互连接。不同的连接方式会导致动作时的效果不同：若采用第一种连接方案，当第一组机构运动，即丝杠螺母运动时，第二组机构整体移动，包括底板、导轨、滑块等；若采用第二种连接方案，当第一组机构运动时，仅丝杠轴向连接部件：丝杠、固定座、支持端、联轴器、电机、电机座跟随运动，底板、导轨、滑块等无需跟随运动。根据两种连接方案所产生的效果来看，最终确定了第一组机构与第二组机构采用第二种连接方式，第三组机构与第一二组的整体采用第一种连接方式固定在第二组机构的工作板上。3.3.3工作平台工作平台为位移机构组合后螺母座所连接平板，三组位移机构上分别放置清洗、上锡、吸锡三个加工机构，用于固定加工头，使其跟随位移平台运动。3.3.4设计计算滚珠丝杠直径12mm，导程4mm，螺纹直径2mm，电机输出轴直径8mm，根据进给条件选择进给量为式中S——螺距=4（mm）N——电机转速（mm/min）——进给量（mm/min）计算得=，电机转速n=电机功率计算：阻力功率：式中T——扭矩（N·m）F——摩擦系数——惯性半径（m）——工作台承重（N）——工作台自重（N）——当量摩擦角——角速度——阻力功率自重功率计算式中m——螺杆质量（kg）V——螺杆体积（kg/m³）J——转动惯量（kg/m³）E——动能（焦耳）3.4清洗机构清洗机构为航空插头自动锡焊加工前处理系统的第一个加工机构，目的是去除航空插头焊针表面影响焊接质量的杂质，使航空插头焊针表面清洁，使表面清洁度达到锡焊的标准。采用的方法是滴注助焊剂。清洗机构由储液桶、软管、蠕动泵及滴注针头构成，储液桶内储存选用的助焊剂，选定规格的蠕动泵通过软管吸取储液桶内助焊剂，将助焊剂压至滴注针头，通过滴注针头，将助焊剂滴注至航空插头焊针表面，完成表面清洗工作。3.4.1助焊剂助焊剂用松香以及其他元素混合而成，可以辅助焊接过程顺利完成。助焊剂在焊接中主要起到清除焊料以及被焊母材表面的氧化物的作用，可以让金属的表面得到所需的清洁度。也可以防止焊接表面发生二次氧化，可以适当降低焊料表面的张力，并且提高焊接的性能。助焊剂可以分为松香型、树脂型、有机物型和无机物型。根据助焊剂主要组成材料以及活性等级，得到分类汇总的表，如下图表3.1；根据助焊剂的活性分类，通过测试要求得到表3.2。表3.1电子装联高质量内部互连用助焊剂标识、组成、活性等级分类汇总表焊剂组成活性等级卤素含量质量分数%标识松香型（RO）低（L）L0<0.01ROL0L1<0.15ROL1中（M）M0<0.01ROM0M10.15~2.0ROM1高（H）H0<0.01ROH0H1>2.0ROH1树脂型（RE）低（L）L0<0.01REL0L1<0.15REL1中（M）M0<0.01REM0M10.15~2.0REM1高（H）H0<0.01REH0H1>2.0REH1有机物型（OR）低（L）L0<0.01ORL0L1<0.15ORL1中（M）M0<0.01ORM0M10.15~2.0ORM1高（H）H0<0.01ORH0H1>2.0ORH1无机物型（IN）低（L）L0<0.01INL0L1<0.15INL1中（M）M0<0.01INM0M10.15~2.0INM1高（H）H0<0.01INH0H1>2.0INH1表3.2助焊剂活性分类测试要求活性等级卤化物腐蚀试验达100MΩ表面绝缘电阻合格要求条件铬酸银试纸试验（Br，Cl）含氟试验（F）卤素含量%铜镜腐蚀铜板腐蚀低（L）L0无变化a无变化a<0.01无穿透性腐蚀无腐蚀清洗和不清洗均要求L1无变化a无变化a<0.15中（M）M0无变化a无变化a<0.01穿透性腐蚀面积<50%轻微腐蚀清洗或不清洗M1有色斑b变色b0.15~2.0高（H）H0无变化a无变化a<0.01穿透性腐蚀面积>50%严重腐蚀清洗H1有色斑b变色b>2.0a定性定性试验有可能受到非卤素成分影响而出现变色。b根据含有卤素种类的不同，定性试验可以是一个或两个都变色3.4.2蠕动泵蠕动泵属于新型工业用泵，其在食品和化工等各大行业收到广泛的利用。其可以输送敏感性和强腐蚀性的以及具有颗粒状物料的介质。蠕动泵的流量基本控制在0.15-40m3/h，其流量与转速始终保持线形关系，因此其转速是一个可以确定的值。蠕动泵的优点：可输送强腐蚀性的介质，清洗、拆卸简单快捷；转速以及流量可以轻易控制。用在蠕动泵上的电机在通过减速机减速之后，转速很低，一般最大转速低于166转/分钟，在易破损介质的运输中使用，可以有独特的效果。3.4.3滴注针头滴注针头主要作用是引导助焊剂，将其滴注到航空插头焊针表面。滴注针头选用注射器针头，其外径小，符合航空插头焊针内径要求。3.4.5设计计算助焊剂密度0.82g/cm3每个焊点助焊剂0.03g所占体积0.0365cm33.5上锡机构上锡是航空插头锡焊前处理的一个重要操作，航空插头锡焊时表面要求有适量的焊锡，上锡操作正是为此，在其表面附着适量焊锡，使航空插头进行锡焊使用时减少了送锡的操作，使航空插头使用更加方便快捷，有助于航空插头的大范围使用。上锡机构由电烙铁、焊锡及送锡机构组成。电烙铁内部具有加热装置，使其可以直接加热，达到合适的温度，将送锡机构运送过来的选定的焊锡融化，附着在航空插头焊针表面。送锡机构在送锡的过程中，将焊锡剖开，使其内部松香等物质能相对均匀或把封闭的空间打通。3.5.1电烙铁电烙铁作为电子制作以及电器维修中的必备工具，有焊接元件以及导线的作用。按机械结构分类可分为：内热或外热式电烙铁。按温度控制分类可分为恒温式电烙铁、调温式电烙铁和双温式电烙铁。本设计采用的即为内热式电烙铁。3.5.2焊锡焊锡作为焊接线路以及连接电子元件中重要的工业原料，其是熔点较低的焊料，通常是锡基合金做的焊料。焊锡材料在电子行业的生产和维修工作中不可或缺，常用的焊锡材料分为锡铅合金焊锡、加锑焊锡、加镉焊锡、加银焊锡和加铜焊锡。焊锡主要的产品分为焊锡丝，焊锡条，焊锡膏三个大类。使用在各类电子焊接，应用在手工焊接，波峰焊接和回流焊接等工艺上。本设计采用的是无铅焊锡丝。其熔化后有更少的出渣量，有更好的抗氧化性。3.5.3送锡机构送锡机构是上锡机构中的关键部分，功能是将焊锡输送到加工位置，并在送锡途中将焊锡剖开，使内部松香等物质均匀。3.5.4设计计算焊锡丝直径0.8mm，电烙铁温度200℃-250℃、功率为25w，加工时送锡速率为0.02mm/s。3.6吸锡机构吸锡机构是航空插头自动锡焊前处理的最后一个加工机构，他的主要功能是吸取航空插头焊针表面附着的过量焊锡，使航空插头表面焊锡适量。吸锡机构主要有吸锡头、容锡室和负压泵组成。吸锡头采用吸锡式电烙铁，容锡室用于储存抽取的焊锡，负压泵用于形成负压，抽取焊锡。3.6.1吸锡式电烙铁吸锡式电烙铁是一种拆卸工具，其是将吸锡器与电烙铁融为一体组合而成的，其内部有加热元件，可以加热烙铁头，使航空插头焊针表面多余焊锡融化成液态，方便后续进行抽取操作。3.6.2容锡室容锡室最主要的作用是存储抽取的焊锡，同时为了防止焊锡进入负压泵中损坏负压泵，需在离开容锡室处安装过滤网，使焊锡留在容锡室内。3.6.3负压泵负压泵的的主要功能是形成负压，抽取航空插头焊针表面液态焊锡。第四章各系统建模4.1建模软件Inventor本次设计建模我采用的软件是美国Autodesk公司推出的一款三维可视化实体模拟软件AutodeskInventorProfessional（AIP），AutodeskInventorProfessional包AutodeskInventor三维设计软件；通过此软件，对夹持机构、转台机构、位移机构、清洗机构、上锡机构及吸锡机构进行了建模。4.2夹持与送料机构夹持机构设计如图4.2.1从左至友依次为夹持机构、定位销a、定位销b、航空插头，航空插头置于夹持机构内部，航空插头外壳最大距离为45.534mm，夹持机构内径为46mm。加工时，夹持机构侧部小孔可加装螺丝用于径向固定航空插头；定位销a底部凸起与航空插头背面顶部凹槽配合，锁定航空插头旋转，使航空插头焊针加工面始终向上，小孔与夹持机构通过螺丝固定；定位销b前端与航空插头顶部凹槽配合，将其轴向固定，同时，后部小孔通过螺丝与夹持机构固定，定位销b与夹持机构的距离通过螺丝旋进距离确定，定位效果如图4.2.2。图4.2.1夹持机构定位销a定位销b航空插头图4.2.2定位效果4.3转台机构转台传动部分由电机驱动，带动传动轴，使皮带轮系主动轮转动，经由同步带传动，带动从动轮转动，使转台轴跟随旋转，使得转台转动，结构如图4.3.14.3.1转台传动结构图首先是如图4.3.2转台轴的设计，转台轴轴向长度较长，故轴承可安装在中部，使其径向固定，两端可分别定位工件。图中左侧键槽与从动轮连接，右侧键槽与转盘连接。从动轮一端通过盖板进行一侧轴向定位，另一端由轴肩进行定位。转台轴另两个轴肩处分别放置轴承，并对轴承的轴向一侧进行固定，轴承另一端轴向定位由轴承座固定。转盘一端通过盖板与转台轴轴向定位，另一端通过支撑座进行定位。图4.3.2转台轴接着是图4.3.3左传动轴的设计，右为传动轴