CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Đối tượng nghiên cứu: Trong các nhà máy sản xuất board mạch điện tử hiện nay, hầu hết việc găn các linh kiện điện tử vào board mạch đều được thực hiện bằng tay bởi công nhân. Bên cạnh đó việc gắn các linh kiện điện tử có chính xác hay không cũng phụ thuộc phần lớn vào tình trạng sức khỏe, độ tập trung của công nhân. Do đó việc gắn linh kiện điện tử vào board mạch điện tử không đảm bảo được độ chính xác cao. Phương pháp gắn linh kiện điện tử bằng máy móc tự đông là phương pháp tối ưa nhất.
Việc sử dụng máy móc tự động vào quá trình hàn gắn linh kiện được ứng dụng từ lâu ở nước ngoài. Phương pháp gắn linh kiện điện tử hiện nay đang được đưa vào sử dụng nhiều hơn và cũng bước đầu được đưa vào sử dụng ở các nhà máy Việt Nam.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước: 1.1 Nước ngoài: Quy trình hàn gắn linh kiện điện tử rất là phổ biến ở nước ngoài.1 là một thiết bị của Samsung được dùng để gắn chip.1 Thiết bị gắn chip SM421 của Samsung. 1 do an Hình 1.2 Board mạch sau khi hàn gắn bằng máy tự động Hiện nay, các ngành công nghiệp điện tử trên thế giới hầu hết đều ứng dụng máy móc tự động vào việc gắn linh kiện điện tử.1 Các máy tự động được dùng hiện nay : Trong các nhà máy sản xuất board mạch điện tử trên thế giới, thường sử dụng máy móc tự động được dùng để gắn chip hiện nay là : a. Máy cấp linh kiện : Mỗi linh kiện điện tử được đặt trong một túi trên một cuộn băng để đưa vào máy và linh kiện được hút ra bằng vòi chân không trên đầu cắm.
Một hệ thống kiểm tra quang học kiểm tra lại cách bố trí và vị trí của mỗi linh kiện, sắp xếp chính xác cho đúng với vị trí.3 là loại máy có thể cung cấp linh kiện SMD tự động tại nhà máy Sony ở Pencoed, xứ Wales, nước Anh. 2 do an Hình 1.3 Máy cấp linh kiện SMD. Máy gắn linh kiện: Hình 1.4 Máy gắn linh kiện. Các linh kiện điện tử được gắn lên board bằng máy tự động (Hình 1.
các máy này có thể cắm được gần 25000 linh kiện mỗi, gắn từng linh kiện một cách chớp nhoáng và chính xác. Máy tự động (Hình 1.4) được sử dụng tại nhà máy sản xuất Raspberry Pi ở nước Anh.2 Trong nước: Tại các nhà máy sản xuất board mạch ở Việt Nam, quá trình hàn gắn linh kiện điện tử vào board phần lớn đều có sự tham gia của công nhân. Việc lựa chọn phương pháp thủ công sử dụng công nhân vào việc gắn linh kiện điện tử là để tiết kiệm chi phí ban đầu cho việc gắn linh kiện.5 Một dây chuyền gắn linh kiện ở Việt Nam 1.3 Mục tiêu đề tài: Với những ưu điểm đã nêu ở trên, đề tài sẽ đi vào nghiên cứu và chế tạo theo những tiêu chí sau: Phương pháp tối ưu hóa quá trình gắn chip tự động. Tự động hóa quá trình gắn chip vào board mạch có sẵn.
Nâng cao chất lượng cũng như năng suất, hiệu quả kinh tế trong quá trình gắn chip. 4 do an 2 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ VÀ CHẾ TẠO Để thực hiện gắn chip vào khe cắm chip, ta cần một hệ thống cơ khí có khả năng di chuyển đầu công tác từ vị trí khay chứa chip rồi mang chip tới vị trí của khe chip trên board.1 Các phương án di chuyển của trục tọa độ: 2.1 Phương án board cố định: Hình 2.1 Phương án board cố định. Đặc điểm của phương án này: - Board được cố định nên giảm thiểu sai số vị trí và sai số khi di chuyển. - Trục Y ngoài chuyển động của nó còn kèm theo chuyển động trục X và trục Z do đó cần chế tạo cơ hệ có kết cấu vững chắc đảm bảo sự di chuyển ổn định của cơ hệ.
- Trục Z mang theo đầu giác hút. - Phương án này board phải thay liên tục bằng tay nên không khả thi.2 Phương án board di chuyển trên 1 trục: Hình 2.2 Phương án board đặt lên bàn trượt theo một trục. Đặc điểm của phương án này: - Board được gá đặt lên bàn trượt có thể di chuyển tịnh tiến. - Ít rung động cho cơ hệ hơn phương án đặt board cố định.
Tuy nhiên, khi board di chuyển dọc trục Y sẽ xuất hiện sai số khá lớn nếu cơ cấu truyền động trục Y không tốt.3 Phương án board di chuyển trên 2 trục: Hình 2.3 Phương án đặt board lên bàn trượt theo hai trục. Phương án này có những đặc điểm như sau: - Board được gá đặt trên bàn trượt có thể chuyển động tịnh tiến theo 2 trục. - Trục Z mang theo đầu hút. - Đầu hút chỉ đứng yên một chỗ nên không thể lấy chip.4 Phương án board di chuyển độc lập với đầu công tác: Hình 2.4 Phương án board di chuyển độc lập với đầu công tác Phương án này có những đặc điểm như sau: - Trục Z mang theo đầu hút.
- Khi thanh trượt trục X, Y di chuyển sẽ thay đổi vị trí của trục Z. - Board được gá đặt trên bàn trượt có thể chuyển động tịnh tiến theo một trục. Board di chuyển không bị ảnh hưởng bởi các trục còn lại, hoạt động một cách độc lập.2 Lựa chọn phương án di chuyển tối ưu: Trong thiết kế máy công cụ nói chung cũng như máy CNC nói riêng, cần đảm bảo sự ổn định cũng như sự rung động của máy ở mức chấp nhận được. Đối với phương án đặt board cố định, board mạch không được cấp tự động, gây khó khăn trong quá trình cung cấp board.
Khối lượng di chuyển lớn dẫn đến sự rung động nhưng do khối lượng của đầu công tác không lớn nên không ảnh hưởng nhiều. Đối với phương án đặt board trên bàn trượt theo một hay hai trục thì giảm được kích thước của máy và tăng độ linh hoạt của máy nhưng không thể gắn chip liên tục được. Quá trình cấp chip không được linh hoạt. Đối với phương án board di chuyển độc lập với đầu công tác, board mạch được cấp liên tục và hoạt động độc lập.
Đầu công tác di chuyển linh hoạt có thể tới bất kỳ vị trí khác nhau. Theo yêu cầu của đề tài, board được cấp tự động và sau khi gắn chip xong sẽ được đưa ra ngoài tự động. Quá trinh di chuyển đầu công tác không sử dụng lực cắt nên lựa chọn phương án board di chuyển độc lập với đầu công tác.3 Lựa chọn cơ cấu truyền động: Với yêu cầu đặt ra cho máy là gắn nhiều chip vào một board có kích thước có kích thước giới hạn 41mm x 51mm và kích thước của chip 27mm x 9mm. Vì vậy, việc lựa chọn đầu công tác phải phù hợp với khích thước của chip.
Ngoài ra, việc lựa chọn hành trình của đầu công tác và cấp board cũng phải phù hợp với khay chứa chip và kích thước của board. Do yêu cầu của để tài, mô hình được chia ra làm hai phần: phần cấp board và phần cấp chip. Với phần cấp board: chọn cơ cấu vít me – đai ốc. Với phần cấp phôi trục X và trục Y chọn cơ cấu bánh răng – dây đai.
Trục Z có hành trình chuyển động động nhỏ, độ phân giải cao nên chọn cơ câu vít me – đai ốc.1 Vít me – đai ốc: Vít me – đai ốc làm việc theo nguyên lý ăn khớp của cặp ren( giữa ren trong trên đai ốc với ren ngoài trên trục vít me) để biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến. Tuỳ theo tính chất tiếp xúc của cặp ren người ta chia làm hai loại: ma sát trượt và ma sát lăn. Vít me – đai ốc ma sát trượt: Hình 2.5 Bộ truyền vít me – đai ốc ma sát trượt Vít me – đai ốc ma sát trượt thường có bước ren nhỏ nên tốc độ của đai ốc sẽ nhỏ bù lại độ chính xác đạt được khá cao. Thêm một ưu điểm nữa là khả năng tạo lực 9 do an đẩy dọc trục lớn.
Tuy nhiên do ma sát trượt nên ren của trục vít và đai ốc mòn rất nhanh dẫn đến độ chính xác giảm nhanh chóng. Hiệu suất của bộ truyền ma sát trượt cũng không cao chỉ từ 30-40%. Vít me được gắn đồng trục với động cơ. Khi động cơ quay, vít me quay.
Động cơ và vít me được gắn cố định, làm cho đai ốc sẽ di chuyển dọc theo trục vít me. Đai ốc được gắn chặt vào bộ phận cân chuyển động (trục x,y), Từ đó làm cho bộ phận đó chuyển động so với hệ thống thanh trượt, động cơ và cơ cấu truyền động. Tốc độ di chuyển phụ thuộc vào tốc độ động cơ và bước ren của trục vít, một vòng quay của trục động cơ sẽ làm đai ốc di chuyển một đoạn bằng bước ren của trục vít. Vì vậy tốc độ di chuyển nhanh nhưng lại có độ chính xác khi di chuyển không cao.
Tạo lực đẩy nhỏ khi gia công vật mẫu. Phương án này thường dùng trong các máy CNC công nghiêp. Từ những đặc điểm trên, để phù hợp với kích thước của khung máy, những trục vít me đai ốc được chọn để truyền động cho trục Z. Các thông số trục vít như sau: + Chiều dài trục vít : 120 mm.
+ Đường kính trong d1: 8 mm. + Bước ren : 4 mm. + Số mối ren : 4 mối. + vít me – đai ốc ma sát trượt Chọn trục vít me đai ốc cho phần cấp board.
Các thông số trục vít như sau: + Chiều dài trục vít : 330 mm. + Đường kính trong d1: 8 mm. + Bước ren : 4 mm. + Số mối ren : 4 mối.
+ Vít me – đại ốc ma sát trượt.2 Bộ truyền động dây đai: Bộ truyền dây đai là bộ truyền sử dụng một vòng đai cao su khép kín với các răng cưa ở mặt trong. Hai đầu của đai được đặt vào 2 cái lỗ có cùng kích thước răng cưa với đai. Một lỗ bắt chặt vào trực động cơ, còn lỗ kia được gắn vào một trục quay ở phía bê kia của khu vực chuyển động, sao cho lỗ có thể quay tự do tại chỗ. Khi quay toàn bộ đai dịch chuyển và kéo theo bánh răng, vít me di chuyển theo.
10 do an Hình 2.6 Bộ truyền động dây đai Tốc độ di chuyển phụ thuộc vào tốc động cơ và đường kính lỗ. Một vòng của trục động cơ sẽ làm bộ phận trượt di chuyển một đoạn bằng chu vi lỗ. Rõ ràng phương án này có tốc độ di chuyển chậm nhưng độ chính xác cao lực đẩy lớn.