應(yīng)用于液晶玻璃磨邊機(jī)的定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

郭 麗

(中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所,山西 太原 030024)

1 概述

隨著液晶技術(shù)的發(fā)展，在筆記本電腦、平板電視機(jī)大屏幕化需求的有力牽引下，生產(chǎn)廠家工藝技術(shù)要求逐步升級，TFT-LCD液晶玻璃要求做得更薄、更精細(xì)、可調(diào)尺寸范圍更大，引線間距更小，需要一種全自動磨邊設(shè)備完成磨邊工藝，避免加工中液晶玻璃板的欠損、分層，提高加工精度和生產(chǎn)效率、有效地控制廢品率。我們研制了此種全自動液晶玻璃磨邊機(jī)。

本玻璃磨邊機(jī)適用于中小尺寸液晶玻璃的制造，是液晶玻璃板制作過程中的重要工藝設(shè)備。它采用平面支撐、負(fù)壓吸附、自動進(jìn)給、自動轉(zhuǎn)位的全自動方式，避免加工中液晶玻璃板的欠損、分層，解決液晶玻璃切割之后，電極引腳張開互連形成的短路問題以及細(xì)小裂紋，提高加工精度和生產(chǎn)效率、有效地控制了廢品率，且便于更換產(chǎn)品規(guī)格時設(shè)備的調(diào)整。

2 磨邊機(jī)功能及主要技術(shù)參數(shù)

液晶玻璃自動磨邊機(jī)主要完成液晶玻璃的磨邊，對液晶玻璃進(jìn)行0°、180°兩邊四面的磨削。

設(shè)備的工作流程如下：

機(jī)械手上料—定位臺定位，吸附—機(jī)械手搬運(yùn)玻璃至載臺1—載臺1移至砂輪機(jī)構(gòu)磨邊—玻璃旋轉(zhuǎn)180°—載臺2吸附—移至砂輪機(jī)構(gòu)磨邊—機(jī)械手取出玻璃。

主要部件有：

1) 定位臺部件：用于玻璃的定位

2) 玻璃移送載臺部件：用于玻璃的傳送

3) 磨邊機(jī)構(gòu)部件：用于磨邊

4) 玻璃旋轉(zhuǎn)機(jī)械手：用于玻璃的旋轉(zhuǎn)

生產(chǎn)單引腳玻璃時，磨邊機(jī)的兩個平臺可以同時進(jìn)行工作，上下料機(jī)械手運(yùn)行行程大，上料機(jī)械手可以把定位后的玻璃放到兩個平臺上，下料機(jī)械手可以從兩平臺上進(jìn)行下料。

生產(chǎn)尺寸30 mm×30 mm以下的偏小型號時，一個平臺可以放兩片玻璃，以提高效率。小玻璃增加輔助壓接裝置，確保磨邊過程中玻璃位置不移動。

主要技術(shù)參數(shù)

1) 適用液晶玻璃外形尺寸：20 mm×20 mm～180 mm×100 mm

2) 適用液晶玻璃厚度：0.55 mm～1.1 mm

3) 液晶玻璃吸附方式：平臺吸附，有定位機(jī)構(gòu)

4) 可實(shí)現(xiàn)磨邊邊數(shù)：兩面四邊

5) 砂輪轉(zhuǎn)速：約4 000轉(zhuǎn)/分

3 定位機(jī)構(gòu)設(shè)置[1]

定位機(jī)構(gòu)用于玻璃的定位，在磨邊前對玻璃磨削邊進(jìn)行定位，采用機(jī)械定位方法，運(yùn)動方式為：玻璃由機(jī)械手放置在吸附平臺上，負(fù)壓開啟，工作臺Y向運(yùn)動至定位條處，定位。機(jī)構(gòu)簡圖如圖1所示。

圖1 定位機(jī)構(gòu)簡圖

定位邊采用非金屬耐磨材料PEEK，平面度要求為<=0.012 mm。

工作臺由電機(jī)帶動Y向運(yùn)行。

采用平面負(fù)壓分區(qū)吸附方式，適用多種尺寸產(chǎn)品。

4 關(guān)鍵技術(shù)

為適應(yīng)大小尺寸玻璃的磨削，保證玻璃在磨削過程中穩(wěn)定，不串動，對負(fù)壓吸附力及砂輪磨削力進(jìn)行計(jì)算。

平臺理論吸附力大小公式：

F≈10-2(101-P)S

式中：F為理論吸附力大小，kgf；P為絕對壓力：為真空泵的絕對真空度，kPa；S為吸盤面積：為吸盤有效面積，cm2；

以玻璃最小尺寸20 mm×20 mm為例，真空度為80 kPa計(jì)算；

F≈0.01×(101-80)×4=0.84 Kgf/cm2

砂輪磨削力計(jì)算[2]

磨削力的主要特征及計(jì)算

砂輪上單個磨粒的切削厚度固然很小，但是大量的磨粒同時對被磨物體進(jìn)行擠壓、刻劃和滑擦，總的磨削力很大，為便于測量和計(jì)算，將總磨削力分解為三個相互垂直的分力Ff(軸向磨削力)，F(xiàn)p(徑向磨削力)，F(xiàn)c(切向磨削力)。(如圖2)

圖2 砂輪磨削力分解圖

有如下特征：

1) 徑向磨削力Fp最大，這是因?yàn)槟チ５娜欣獯蠖家载?fù)前角工作，而且刃棱鈍化后，形成小的棱面增大了與工件的實(shí)際接觸面積，從而使Fp增大。通常Fp=(1.6,3.2)Fc。

2)軸向磨削力Ff很小，一般可以不必考慮。

3)磨削力隨不同的磨削階段而變化，在初磨階段，磨削力由小至大變化較大，進(jìn)入穩(wěn)定階段看，工藝系統(tǒng)的彈性變形達(dá)到一定程度，此時磨削力較為穩(wěn)定，光磨階段實(shí)際磨削深度近趨于零，此時磨削力漸小。

磨削力的計(jì)算公式如下：

Fc=9.81[CF(vwfrB/v)+μFy]

Fp=9.81CF(π/2)(vwfrB/v)tga

式中：Fc,Fp分別為切向和徑向磨削力，N。vw,v分別為工件和砂輪的速度，m/s；fr為徑向進(jìn)給量，mm；B為磨削寬度，mm。a為假設(shè)磨粒為圓錐時的錐頂半角；CF為切除單位體積的切屑所需的能，kJ/mm2；μ為工件和砂輪間的摩擦系數(shù)。

由于磨粒幾何形狀的隨機(jī)性和幾何參數(shù)不合理，磨削時的單位磨削力值kc很大，根據(jù)不同的磨削用量，磨削鋼料時，單位磨削力約在7～20 kN/mm2之間。而其他切削加工方法的單位切削力均在7 kN/mm2以下。

根據(jù)實(shí)際使用情況及經(jīng)驗(yàn)值計(jì)算后得出：磨削力遠(yuǎn)大于負(fù)壓吸附力，考慮磨削的穩(wěn)定性，在吸附平臺上設(shè)置玻璃后定位裝置。如圖3。

采用氣缸推動產(chǎn)品方式。由氣缸推動玻璃進(jìn)行定位，兩側(cè)有導(dǎo)軌導(dǎo)向。動作方式為：氣缸伸出推動玻璃，平臺Y向運(yùn)行至定位邊處，推至定位邊后工作臺Y向退回。

圖3 玻璃后定位裝置

由于空間限制，且氣缸定位時設(shè)置的是小壓力，氣缸本身的輸出力無法抵消磨削力，我們在多次試驗(yàn)后選擇在導(dǎo)軌上設(shè)置夾持裝置，即在雙側(cè)導(dǎo)軌上采用導(dǎo)軌鉗制器[3]。如圖4。

圖4 導(dǎo)軌鉗制器

導(dǎo)軌鉗制器是指直接夾緊直線導(dǎo)軌或者光軸。用于固定滑臺、定位及防止振動。特點(diǎn)是小巧、種類豐富，適用性強(qiáng)。

選擇常閉型，供氣時解除夾緊，排氣時借助彈簧的作用力夾緊線性導(dǎo)軌。

增壓連接是指在彈簧保持力的基礎(chǔ)上增加空氣壓力產(chǎn)生的保持力，從而增大保持力的連接方法。

根據(jù)導(dǎo)軌尺寸選擇MCPS-0901-A微型鉗制器，增壓連接時單個保持力可達(dá)到200 N。滿足使用要求。

對于大尺寸玻璃的磨削，由于吸附力的增大，工件和砂輪的速度、徑向進(jìn)給量等可以適當(dāng)更改。

5 結(jié)論

對于平臺吸附產(chǎn)品磨邊，小尺寸產(chǎn)品單獨(dú)依靠吸附力是無法滿足加工要求的，需要額外增加定位裝置。定位裝置設(shè)置需要根據(jù)設(shè)備空間綜合考慮，定位保持力的選擇需要根據(jù)產(chǎn)品的特性進(jìn)行選擇。