微型步進馬達FPC與定子組自動焊錫設備設計

廖新明

（日本電產(chǎn)三協(xié)電子（東莞）有限公司，廣東東莞 523325）

0 引言

隨著企業(yè)生產(chǎn)成本的增加，各行各業(yè)秉持機械換人，把需要重復動作崗位交給機器，從而降低成本。微型步進馬達FPC與定子組焊錫行業(yè)也急需從人工手動焊錫不斷改造轉(zhuǎn)換，本文從減少公司人工成本、提升自動焊錫方向出發(fā)，設計研發(fā)雙焊錫烙鐵頭及雙工位受臺，獨特的自動焊錫烙鐵頭設計，提升了本行業(yè)FPC與定子組自動焊錫良品率，逐步向智能制造業(yè)邁進。為此，本文從自動焊錫出發(fā)，探究微型步進馬達FPC與定子組創(chuàng)新成果。

1 FPC與定子組自動焊錫方案

定子組FPC自動焊錫[1]始終以提升產(chǎn)品品質(zhì)、提高生產(chǎn)效率和減少工人勞動量為目的，采用雙軸導軌[2]和機械手移送為基本思路，同時設備出現(xiàn)故障時以快速維修為調(diào)整中心，最終在優(yōu)化設計、通力協(xié)作、有序運行前提下，實現(xiàn)設備每天最高工作效率生產(chǎn)，減少公司運營成本。

微型步進馬達定子組FPC焊錫由3個部件構(gòu)成：FPC、保護蓋、定子組（線圈1、雙鐵心、線圈2、單鐵心）。如圖1所示。工藝流程依次按順序組裝、人工組裝部件、自動焊錫機進行焊錫作業(yè)。

圖1 微型步進馬達定子組FPC焊錫機

1.1 設備整體

定子組FPC自動焊錫機主要由機械手、溫控器（溫度控制中心、烙鐵組、精密錫絲切割與送錫機）、機加工零件、光感元件、市購品標準件、氣動元件等部分組成，如圖2所示。

圖2 定子組FPC自動焊錫機

1.2 自動焊錫工藝困難點

（1）移送精度不足時，自動焊錫無從談起，所以機械手移送精度為首要條件。

（2）烙鐵頭先端形狀不同，會造成假焊、漏焊、連焊等眾多不良多發(fā)，如圖3所示。

圖3 FPC與定子組焊錫不良實物照片

（3）部件FPC焊盤加工精度差異，造成焊錫品質(zhì)問題發(fā)生。

（4）因FPC材質(zhì)較軟，組裝時因治具問題不能完全組入，造成焊錫不良。

2 重要機構(gòu)

2.1 焊錫

焊錫機構(gòu)由雙頭烙鐵頭、清潔機構(gòu)及煙霧排氣機構(gòu)組成，如圖4所示。

圖4 焊錫機構(gòu)

2.1.1 雙烙鐵焊錫

（1）經(jīng)過使用手工焊錫烙鐵頭發(fā)現(xiàn)，烙鐵頭先端焊錫位置[3]及焊錫方向?qū)稿a品質(zhì)有重要影響，會造成未焊錫、焊錫不足、尖焊等不良現(xiàn)象多發(fā)，所以經(jīng)過多次檢討會議及研究重新設計，以滿足自動焊錫設備達到高品質(zhì)、高產(chǎn)能需求，如圖5所示。

圖5 雙烙鐵焊錫機構(gòu)

（2）烙鐵頭角度可行性研究

為了確保定子組與FPC焊錫的品質(zhì)，減少焊錫再修理次數(shù)，同時延長烙鐵頭壽命[4]，使用同設備相同設定溫度，通過圖6所示1、2、3種烙鐵頭實驗研究后，第1種烙鐵頭底部很容易粘錫并且烙鐵頭較多大，更換烙鐵頭時可調(diào)整性不足；第2種烙鐵頭焊錫端面與端子距離過大，上錫困難；第3種烙鐵頭端面與端子距離適中，可調(diào)整性有，滿足FPC與定子組自動焊錫時需求。

2.1.2 清潔機構(gòu)及煙霧排氣機構(gòu)

自動焊錫烙鐵頭焊錫完產(chǎn)品后，烙鐵頭會殘留焊錫，再次作業(yè)時會導致烙鐵頭焊錫過多，造成焊錫不良。因此為了減少此項因素而導致的產(chǎn)品不良，此設備特別增加清潔機構(gòu)，在焊錫時進行烙鐵頭清潔，同時也可以保證烙鐵頭加熱錫絲熔化效果。工人組裝好待焊錫定子組與FPC后，按壓開始開關，程序自動進行雙頭烙鐵頭錫絲進給，使得烙鐵頭附著熔化錫絲后進行吹氣清潔，同時煙霧排氣機構(gòu)持續(xù)把產(chǎn)生的煙霧排出室外，減少工人人體危害。

圖6 烙鐵頭角度檢證

2.2 FPC焊盤寸法對自動焊錫的影響分析

手工焊錫時工人拿取烙鐵角度視焊錫效果目視可調(diào)整，自動焊錫時因機械手帶動烙鐵自動運行位置固定，焊盤不飽和時假焊、包焊、尖焊等不良多發(fā)，分析后對FPC焊盤進行設計變更，把焊盤寸法進行調(diào)整，使得自動焊錫時焊錫能快速鋪滿焊盤，提升良品率。如圖7所示。

圖7 FPC焊盤寸法改善

2.3 錫絲切割機

在自動焊錫工作中發(fā)現(xiàn)，焊錫時錫絲熔化過程中會產(chǎn)生飛爆錫珠顆粒及助焊劑，導致焊錫不良。特在設備中增加錫絲切割機將錫絲從中間切開1/2深的槽，使錫絲內(nèi)部與外界空氣接觸，焊接時未產(chǎn)生微小封閉空間，則可以避免爆錫現(xiàn)象產(chǎn)生，減少焊錫不良品返修，提升設備焊錫效率。如圖8所示。

圖8 錫絲切割機

3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由三菱PLC FX3G[5-7]和威綸觸摸屏MT8100IE[8]組成。設備操作分手動調(diào)整模式和自動焊錫模式，運用威綸觸摸屏對各焊錫點獨立控制和位置補正，消減每次更換新烙鐵頭后調(diào)整設備時間，只需要對烙鐵頭位置確認后做適當參數(shù)修正，即可生產(chǎn)。

手動調(diào)整模式是為烙鐵頭更換或設備故障調(diào)機及設備初始調(diào)整使用，通過圖2所示手柄接口，技術(shù)人員操作手柄手動調(diào)整焊錫行走路線及焊錫位置后，輸入具體的位置參數(shù)至觸摸屏，保存后復位設備即可按照最新的設置程序運行。為了確保生產(chǎn)運行安全，F(xiàn)PC與定子組自動焊錫機在自動模式下不可操作觸摸屏。

4 設備測試及解決的關鍵技術(shù)

4.1 設備運行測試

自動焊錫機的實際測試步驟：（1）接通機器的電源，并檢測溫控系統(tǒng)；（2）通過觸摸面板系統(tǒng)設置確認相應參數(shù)；（3）機械手開始工作，依次交替運行左、右焊錫號位；（4）焊錫完成品，取出焊錫成品；（5）將合格品放入良品盒，不合格品放入不良品盒；（6）焊錫一定數(shù)量完成，關閉設備，記錄實驗結(jié)果。測試結(jié)果如表1所示。

表1 定子組與FPC自動焊錫機實測結(jié)果

4.2 關鍵技術(shù)

實施過程中主要解決了以下關鍵技術(shù)。

（1）機械手運行精確性得到保障，由伺服馬達提供動力，通過精密線軌及控制系統(tǒng)的結(jié)合，在整個運行過程中，不但可以確保機械手的穩(wěn)定運行，而且可以高效、準確、便捷地完成整個自動焊錫工作過程。

（2）精確的錫絲移送裝置，使得焊錫時錫絲移送量得以確保，同時在移送過程中進行錫絲V型切割，避免焊錫時飛爆發(fā)生，此項設計提升了自動焊錫時良品率。

（3）高精度的雙導軌為自動焊錫品質(zhì)提供了更好的保障，可以精確移送控制每個焊錫部件的焊錫精度，提高了作業(yè)銜接性和工作效率。

（4）獨特的雙烙鐵頭設計工藝，解決了微型步進馬達FPC與定子組自動焊錫的空白，為后續(xù)全自動焊錫提供了必要的保障。

（5）通過對FPC焊盤的重新設計改善，結(jié)合設計專用烙鐵頭配合，達到FPC與定子組自動焊錫的目的。

5 結(jié)束語

本文解決了機械手、錫絲移送精度問題，獨特的雙焊錫烙鐵頭及專用烙鐵頭的設計，實現(xiàn)了微型步進馬達FPC與定子組的自動焊錫。目前市場上有眾多自動焊錫機，適用于專業(yè)領域的設備還需深入研究，各行業(yè)自主研發(fā)設備推動著電子產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，實現(xiàn)產(chǎn)品的精密生產(chǎn)和批量生產(chǎn)。重要的是可以有效地緩解勞動力短缺，改善工人的工作環(huán)境，同時自動焊錫機的研發(fā)促使高技能人才不斷地成長。