Разработка автоматизированной производственной ячейки для механической обработки деталей

Оглавление
Введение 3
1. Обоснование выбора операции для автоматизации на АПЯ 4
2. Описание и расчет планировочного решения 8
3. Выбор и описание приводов системы 14
4. Расчет и описание принципиальных схем проектируемых подсистем 26
5. Описание алгоритмов работы и состава системы управления ячейки (модуля) 35
6. Описание выбранной технологии проектирования и изготовления печатной платы для выбранного устройства 38
Выводы 49
Перечень использованной литературы 50
 

Наиболее стойко к действию влаги покрытие из эпоксидной смолы, обеспечивающее самое высокое поверхостное сопротивление. Несколько хуже защитные свойства перхлорвиниловых, фенольных и эпоксидных лаков. Плохо защищает покрытие из полистирола, но в отличие от остальных, при помещении изделия в нормальные условия оно быстро восстанавливает свои свойства.Далее приведены наиболее распространенные материалы, применяемые для защитных покрытий.Лак СБ-1с, на основе фенолформальдегидной смолы, нанесенный на поверхность сохнет при температуре 600 С в течение 4 ч, наносят его до пяти слоев с сушкой после каждого слоя, получается плотная эластичная пленка толщиной до 140 мкм.Лак УР-231 отличается повышенной эластичностью, влагостойкостью и температуростойкостью, поэтому может применяться для гибких оснований. Лак приготовляют перед нанесением в соответствии с инструкцией и наносят на поверхность пульверизацией, погружением или кисточкой. Наносят четыре слоя с сушкой после каждого слоя при температуре 18-230 С в течение 1,5 ч.Исходя из вышеперечисленных сравнений выбран для защитного покрытия от действия влаги лак УР-231.Основными данными для расчета элементов печатного монтажа являются: класс точности, установочные характеристики компонентов и допуски на отклонения размеров координат элементов печатного монтажа от номинальных значений. Допуски на отклонения определяются уровнем технологии, применяемым оборудованием и т.д. [2].Рисунок 8 – Элементы проводящего рисунка печатной платыОбласть печатного монтажа между двумя соседними контактными площадками показана на рисунке 8, где Dк - диаметр контактной площадки; t - ширина печатного проводника; S - расстояние между соседними элементами печатного монтажа; n - число проводников между соседними контактными площадками; l - расстояние между двумя контактными площадками для прокладки n-проводников.Минимальный диаметр контактной площадки рассчитывается по формуле:где :d – диаметр отверстия;Ddво - верхнее предельное отклонение диаметра отверстия (устанавливается в соответствии с табл.2.5);Ddmp - глубина подтравливания диэлектрика для многослойных печатных плат (принимается равной 0,03 мм);b - гарантийный поясок (табл.2;Dtво - верхнее предельное отклонение ширины проводника от номинального значения (табл.3);Dtно - нижнее предельное отклонение ширины проводника от номинального значения (табл.4);- диаметральное значение позиционного допуска расположения центров отверстий относительно номинального положения узла координатной сетки (табл.5);- диаметральное значение позиционного допуска расположения контактных площадок относительно его номинального положения (табл.2.9).Таблица 2 - Номинальные значения основных параметров элементов конструкции печатной платы для узкого места.Параметры элементов печатного монтажаРазмеры элементов проводящего рисунка для классов точности, ммШирина проводника, t 0,75 0,45 0,25 0,15 Расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка, S 0,75 0,45 0,25 0,15 Гарантийный поясок, bН0,30 0,20 0,10 0,05 Гарантийный поясок, bВ0,15 0,10 0,05 0,03 Таблица 3 - Предельные отклонения размеров диаметров монтажных и переходных отверстийРазмер отверстия, ммНаличие металлизации Класс точности˂ 1,0 Нет ± 0,10 ± 0,10 ± 0,05 ± 0,05 Есть + 0,10 - 0,15 + 0,10 - 0,15 + 0,05 - 0,10 + 0,05 - 0,10 ≥ 1,0 Нет ± 0,15 ± 0,15 ± 0,10 ± 0,10 Есть +0,15 - 0,20 + 0,15 - 0,20 + 0,10 - 0,15 + 0,10 - 0,15  Таблица 4 - Предельное отклонение ширины проводника от номинального значения Наличие покрытия Класс точностибез покрытия ± 0,15 ± 0,10 + 0,03 ± 0,03       - 0,05   с покрытием ± 0,25 ± 0,15 + 0,10 ± 0,05       - 0,08   Таблица 5 - Диаметральное значение позиционного допуска расположения центров отверстий относительно номинального положенияРазмер большой стороны платы, ммКласс точностиL > 180 0,20 0,15 0,08 0,05 180 < L ˂ 360 0,25 0,20 0,10 0,08 L > 360 0,30 0,25 0,15 - Таблица 6 - Диаметральное значение позиционного допуска расположения контактных площадок относительно номинальногоВид платыРазмер большей стороны, ммКласс точностиодно- L ˂ 180 0,35 0,25 0,20 0,15 и двусторонние 180 < L ˂ 360 0,40 0,30 0,25 0,20   L > 360 0,45 0,35 0,30 -   L ˂ 180 0,40 0,35 0,30 0,25 многослойные 180 < L ˂ 360 0,50 0,45 0,40 0,35   L > 360 0,55 0,50 0,45 - Расчет минимального расстояния для прокладки n-ого количества проводников между двумя отверстиями с контактными площадками диаметрами Dk1 и Dk2 производится по формуле:где: n - количество проводников;- диаметральное значение позиционного допуска расположения проводника относительно номинального положения (табл.2.10)Таблица 7 - Диаметральное значение позиционного допуска расположения проводника относительно номинального положения, ммВид платКласс точностиОдно- и двусторонние0,15 0,10 0,05 0,03 Многослойные 0,20 0,12 0,07 0,05 Произведём расчет элементов проводящего рисунка. Пусть необходимо рассчитать минимальный диаметр контактной площадки для металлизированного отверстия диаметром 0,8 мм и минимальное расстояние между центрами двух отверстий при прохождении двух проводников на многослойной печатной плате третьего класса точности размером 80 x 110 мм.Минимальный диаметр контактной площадки на наружном слое :а минимальный диаметр контактной площадки на внутреннем слое:Минимальное расстояние между центрами двух отверстий, необходимое для прохождения двух проводников на наружном слое :а минимальное расстояние на внутреннем слое:Разводка печатной платы приведена на рисунке 8.Рисунок 8 – Схема разводки печатной платыТехнологический процесс изготовления печатной платы комбинированным позитивным методом состоит из следующих операций [2]:Далее рассмотрена каждая операция более подробно [2].Резка заготовок.Для резки фольгированных диэлектриков используют роликовые одноножевые, многоножевые и гильотинные прецизионные ножницы. В данном технологическом процессе будем применять одноножевые роликовые ножницы при скорости резания 5 м/мин.Резка заготовок не должна вызывать расслаивания диэлектрического основания, образования трещин, сколов, а также царапин на поверхности заготовок.Пробивка базовых отверстий.Базовые отверстия необходимы для фиксации платы во время технологического процесса. В данном технологическом процессе заготовки сверлят в пакете на сверлильном станке С-106. Скорость вращения сверла при этом должна быть в пределах 15 000-20 000 об/мин, а осевая скорость подачи сверла - 5-10 мм/мин Заготовки собираются в кондукторе, закрепляются и на сверлильном станке просверливаются базовые отверстия.Подготовка поверхности заготовок.От состояния поверхности фольги и диэлектрика во многом определяется адгезия наносимых впоследствии покрытий. В данном технологическом процессе подготовка поверхности заготовок производится декапированием заготовок в 5% соляной кислоты и обезжириванием венской известью. Для этого необходимо поместить заготовки на 15 сек в 5%-ный раствор соляной кислоты при температуре 180-250 С, затем промыть заготовки в течение 2-3 мин в холодной проточной воде при температуре 180-250 С, далее зачистить заготовки венской известью в течение 2-3 мин, снова промыть заготовки в холодной проточной воде при температуре 180-250 С в течение 2-3 мин, затем декапировать заготовки в 5%-ном растворе соляной кислоты в течение 1-3 сек при температуре 180-250 С, опять промыть заготовки в холодной проточной воде в течение 1-2 мин при температуре 20±20 C, промыть заготовки в дистиллированной воде при температуре 20±20 C в течение 1-2 мин, и затем сушить заготовки сжатым воздухом при температуре 180-250 С до полного их высыхания. После всех этих операций необходимо проконтролировать качество зачистки поверхности фольги. Контроль рабочий.Нанесение сухого пленочного фоторезиста. В данном технологическом процессе применяется сухой пленочныйфоторезист СПФ-2, наносимый на ламинаторе КП 63.46.4.В данном случае рисунок схемы получают методом фотопечати. После этого следует проконтролировать проявленный рисунок. После экспонирования заготовки необходимо удалить пленку, защищающую фоторезист.Нанесение защитного лака.Лак наносится для того, чтобы защитить поверхность платы от процесса химического меднения. В данном технологическом процессе в качестве защитного покрытия применяется лак СБ-1с. Для нанесения лака на поверхность заготовки необходимо окунуть заготовки в кювету с лаком на 2-3 сек, температура лака должна быть в пределах 18-250 С, а затем следует сушить заготовки в термошкафе КП 4506 в течение 1,5 часов при температуре 1200 С.Сверление отверстий.В данном технологическом процессе сверление отверстий производится на одношпиндельном сверлильном станке КД-10. Необходимо обеспечивать следующие режимы сверления: 20 000-25 000 об/мин, скорость осевой подачи шпинделя 2-10 мм/мин. При сверлении не должно образовываться сколов, трещин. Химическое меднение.В данном случае процесс химического меднения состоит из следующих операций: обезжирить платы; декапировать торцы контактных площадок в 10%-ном растворе соляной кислоты в течение 3-5 сек при температуре 18-250 С; промыть платы; активировать в растворе хлористого палладия, соляной кислоты, двухлористого олова и дистиллированной воды в течение 10 мин при температуре 18-250 С; промыть; обработать в растворе ускорителя в течение 5 мин при температуре 20±20 С; промыть; произвести операцию электрополировки с целью снятия металлического палладия с поверхности платы в течение 2 мин при температуре 20±20 С; промыть; протереть поверхность платы; произвести визуальный контроль электрополировки; произвести операцию химического меднения в течение 10 мин при температуре 20±20 С; промыть; визуально контролировать покрытие в отверстиях.Снятие защитного лака.Перед гальваническиммеднением необходимо снять слой защитного лака с поверхности платы. В данном технологическом процессе защитный лак снимается в растворителе 386. Гальваническая затяжка.Слой химически осажденной меди обычно имеет небольшую толщину (0,2-0,3 мкм), рыхлую структуру, легко окисляется на воздухе, непригоден для токопрохождения, поэтому его защищают гальваническим наращиванием (“затяжкой”) 1-2 мкм гальванической меди (отверстия не должны иметь непокрытий, осадок должен быть плотный, розовый, мелкокристаллический).Электролитическое меднение и нанесение защитного покрытия ПОС-61.После гальванической затяжки слой осажденной меди имеет толщину 1-2 мкм. Электролитическое меднение доводит толщину в отверстиях до 25 мкм, на проводниках - до 40-50 мкм, контролируют качество покрытия визуально (покрытие должно быть сплошным без подгара, не допускаются механические повреждения, отслоения и вздутия).Снятие фоторезиста.Перед операцией травления фоторезист с поверхности платы необходимо снять. В данном технологическом процессе фоторезист снимается в установке снятия фоторезиста АРС-2.950.000 в течение 5-10 мин при температуре 18-250 С, после этого необходимо промыть платы в холодной проточной воде в течение 2-5 мин при температуре 18-250 С.Травление печатной платы.Травление предназначено для удаления незащищенных участков фольги с поверхности платы с целью формирования рисунка схемы.В данном случае применяется травление с барботажем. Для этого необходимо высушить плату на воздухе в течение 5-10 мин при температуре 18-250 С, при необходимости произвести ретушь рисунка белой краской НЦ-25, травить платы в растворе персульфата аммония в течение 5-10 мин при температуре не более 500 С, промыть платы в 5%-ном растворе водного аммиака, промыть платы в горячей проточной воде в течение 3-5 мин при температуре 50-600 С, промыть платы в холодной проточной воде в течение 2-5 мин при температуре 18-250 С, сушить платы на воздухе в течение 5-10 мин при температуре 18-250 С, контролировать качество травления (фольга должна быть вытравлена в местах, где нет рисунка. Оставшуюся около проводников медь подрезать скальпелем. На проводниках не должно быть протравов).Осветление печатной платы.Осветление покрытия олово-свинец проводится в растворе двухлористого олова, соляной кислоты и тиомочевины. Оплавление печатной платы.Оплавление печатной платы производится с целью покрытия проводников и металлизированных отверстий оловянно-свинцовым припоем. Применяем конвейерную установку инфракрасного оплавления ПР-3796.Механическая обработка.Механическая обработка необходима для обрезки печатных плат по размерам (отрезка технологического поля) и снятия фаски. Существует несколько способов механической обработки печатных плат по контуру.В данном технологическом процессе обрезка платы производится с помощью дисковых ножниц, а снятие фасок - на станке для снятия фасок типа ГФ-646. После этого следует визуально проконтролироватьпечатные платы на отслаивание проводников.Контроль качества сборки печатной платыВыборочный визуальный контроль качества паяных соединений ПП.Выборочный визуальный контроль допустимого расстояния между компонентами и элементами токопроводящего рисунка.Предельно допустимое минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка 0,25 мм, между компонентами схемы 1,2... 1,5 мм.Выборочный контроль сопротивления контактного перехода паяных соединений зондовым методом с помощью микроомметра GOM-802.Выборочный контроль контуров электрической цепи на отсутствие КЗ.Выборочный контроль сопротивлений ветвей электрической цепи.Выборочный контроль контуров электрической цепи на правильность функционирования.ВыводыВ процессе выполнения данной работы была разработана структура управления системой автоматического контроля инструмента.Выбрана видеокамера контроля.Разработана схема управления освещением объекта.Разработана схема управления сервоприводами, печатная плата схемы управления и фрагменты программы управления с помощью МК.Перечень использованной литературыЦветная камера BMR-1340LC-DF. Электронный ресурс: http://www.es-experts.ru/BMR-1340LC-DF.htmlГОСТ Р 53432-2009 Платы печатные Общие технические требования к производству.Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры: учебник для вузов. Под общей ред. В.А. Шахнова М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005.Магда Ю. С. Микроконтроллеры PIC:архитектура и программирование. – М.: ДМК Пресс, 2009 – 240 с., ил.Система технического зрения для автоматизации технического контроля.Модернизация универсальных микроскопов. Сурков И.В. Курочкин А.С. (ЗАО «ЧелябНИИконтроль»).Мошкин В.И., Петров А.А., Титов В.С., Якушенков Ю.Г.Техническое зрение роботов.Под ред. Ю.Г. Якушенкова . Машиностроение, 1995.Газиева Е.Э., Вилисов А.А., Пелявин Д.Ю.,Юрченко В.И.Адаптивная системауправления освещением на основе полупроводниковых источников света.Известия вузов, Физика. 2008. No 9/3.С. 132–133.