ПАЯЛЬНАЯ ГОЛОВКА АВТОМАТА ПАЙКИ ЭЛЕКТРОЭЛЕМЕНТОВ НА ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ
SOLDERING HEAD OF DEVICE FOR SOLDERING ELECTROMAGNETS ONTO PRINTED CIRCUIT BOARDS

Заявляемое устройство относится к области пайки и может быть использовано в составе автоматического оборудования для пайки электроэлементов на печатные платы в производстве электронной аппаратуры.
Известна паяльная головка, устанавливаемая на руке робота-автомата для пайки электроэлементов [Патент Японии JP 10328818(А), JP 199701465 12, 04.06.1997, публ. 15.12.1998, ИСМ вып. 18 №9/2005], содержащая паяльник с механизмом его возвратно-поступательного перемещения по вертикали и механизмом подачи проволочного припоя на наконечник паяльника через мундштук, расположенный сбоку наконечника.
Подведение припоя к наконечнику паяльника сбоку сужает технологические возможности головки, так как препятствует выполнению пайки в тесных пространствах, например, пайки хвостовиков многорядных прямоугольных соединителей с малым шагом выводов в металлизированные отверстия печатных плат, пайки в углублениях - «колодцах», которую приходится выполнять при использовании конструкций плат с напрессованной на одну сторону платы металлической пластиной-теплостоком. В последнем случае механизировать пайку не удается, так как использование технологии пайки волной припоя неэффективно по той причине, что волна не проходит в узкие «колодцы».
Известна паяльная головка автомата пайки электроэлементов на печатные платы [авторское свидетельство СССР №266010, МКИ H05K 3/34, опубл. 18.05.1971 г.], которая выбрана прототипом к предлагаемому устройству, содержащая паяльник, выполненный в виде полого стержня, укрепленный на подвижном рычаге, электродвигатель, через редуктор соединенный с распределительным валом, управляющим рабочими органами посредством установленных на нем кулачков, фрикционный механизм подачи ленточного припоя, включающий пару роликов, один из которых соединен с храповым механизмом, обеспечивающим прерывистую подачу припоя на наконечник паяльника. При включении электродвигателя и вращении распределительного вала один из кулачков поворачивает рычаг паяльника, отводя паяльник от места пайки и подводя его к механизму подачи припоя, под действием другого кулачка рычаг опускается и торцом паяльника вырубает из ленты припоя таблетку, удерживаемую паяльником при дальнейших движениях рычага. Затем рычаг поднимается, поворачивается в обратную сторону и опускает жало паяльника с припоем на его конце на место пайки, после чего производится разогрев паяльника импульсом тока по команде устройства управления автоматом и пайка соединения. В этом устройстве подача припоя на жало паяльника производится по направлению его оси, что не увеличивает габаритов паяльника в плоскости производимой пайки в тесных пространствах. Однако разделение по времени и месту подачи припоя с выполнением пайки, необходимость импульсного разогрева паяльника отдельно для выполнения каждого паяного соединения, увеличивает длительность цикла пайки, что снижает производительность. Двукратное наведение паяльника на место пайки отрицательно влияет на точность совмещения жала с точкой пайки, то есть на качество и надежность паяного соединения. Невозможность использования проволочного припоя с флюсовым сердечником обусловливает необходимость выполнения отдельной операции флюсования вручную или с использованием другого оборудования. Эти недостатки снижают эффективность известного устройства.
Техническим результатом предлагаемого устройства является обеспечение высококачественной и высокопроизводительной механизированной пайки электроэлементов на печатные платы при высокоплотном монтаже с широкими технологическими возможностями, включая пайку в тесных пространствах, в углублениях, в том числе пайку хвостовиков многорядных прямоугольных разъемов с малым шагом выводов (≤2 мм) в «колодцах» плат с пластиной-теплостоком.
Технический результат достигается тем, что в паяльной головке автомата пайки электроэлементов на печатные платы, содержащей основание, установленные на нем электрический паяльник, электродвигатель, кинематически связанные с ним через редуктор, червячную пару и распределительный вал механизм перемещения паяльника в вертикальной плоскости с шариковым фиксатором вертикального положения паяльника, фрикционный механизм прерывистой подачи проволочного припоя, включающий пару роликов, из которых приводной ролик приводится во вращение храповым механизмом, включающим храповое колесо и взаимодействующую с ним собачку, установленную на одном плече рычага, другое плечо которого подпружинено относительно опоры, и направляющую трубку для подачи припоя на торец жала паяльника, паяльник выполнен в виде стержня с нагревательной обмоткой и двумя съемными идентичными трубчатыми жалами на его концах и закреплен на конце вала при симметричном расположении жал относительно оси вала, механизм перемещения паяльника включает ползун, установленный на основании на направляющих с возможностью возвратно-поступательного вертикального перемещения, на котором посредством кронштейнов закреплены электродвигатель, механизм подачи припоя и установлен шариковый фиксатор, а в отверстиях ползуна установлены с возможностью вращения вокруг своих осей вал паяльника и распределительный вал, связанные между собой шестереночной передачей, причем шестерня распределительного вала имеет зубчики только на одной половине окружности; на распределительном валу концентрически закреплен кулачок в виде диска с локальным вырезом в контуре, взаимодействующий с роликом, установленным на стойке на основании, при этом проекция выреза кулачка на шестерню распределительного вала располагается в секторе без зубчиков, механизм подачи припоя установлен с возможностью взаимодействия подпружиненного плеча рычага с планкой, закрепленной на штанге, установленной на основании; на валу паяльника жестко концентрически закреплены токосъемник, состоящий из двух медных дисков, электрически изолированных друг от друга и от вала, взаимодействующих с прижимными контактами, закрепленными на ползуне, и опорный диск с двумя лунками у противоположных концов диаметра параллельного оси паяльника, взаимодействующими поочередно с шариковым фиксатором.
Заявляемое устройство представлено на чертеже.
Паяльная головка включает основание (1), электрический паяльник (2), электродвигатель (3), через редуктор (не показан) и червячную пару(4) кинематически связанный с распределительным валом (5), фрикционный механизм подачи проволочного припоя, содержащий прижимной (6) и приводной (7) ролики; причем приводной ролик соединен на одной оси с храповым колесом (8), взаимодействующим с собачкой (9), установленной на рычаге (10), другое плечо которого подпружинено пружиной (11), и направляющую трубку (12). Паяльник (2), выполненный в виде стержня с нагревательной обмоткой (13), имеющего на концах трубчатые жала (14), установлен через теплоизолятор (15) на конце вала (16), установленного с возможностью вращения в отверстии ползуна (17) механизма перемещения паяльника. Ползун (17) установлен на основании (1) на направляющих (18) с возможностью возвратно-поступательного вертикального перемещения. На нем посредством кронштейнов (19) и (20) закреплены соответственно электродвигатель (3), детали механизма подачи припоя (6-12) и установлен шариковый фиксатор (21) вертикального положения паяльника. В отверстиях ползуна установлены с возможностью вращения вокруг своих осей распределительный вал (5) и вал паяльника (16), связанные между собой шестереночной передачей, состоящей из двух шестерен (22) и (23), причем шестерня (22) имеет зубчики только на одной половине длины своей контурной окружности. На валу (5) также концентрически закреплен дискообразный кулачок (24) с локальным вырезом (25) в контуре, взаимодействующий с опорным роликом (26), установленным на стойке (27), установленной на основании (1). Проекция выреза (25) на шестерню (22) располагается в начале сектора, не имеющего зубчиков (по отношению к направлению вращения вала (5)). Планка (28) закреплена на штанге (29) с возможностью взаимодействия с подпружиненным плечом рычага (10). На основании (1) также установлена стойка (30) с катушкой (31) с намотанным проволочным припоем. На валу (16) закреплены два медных диска токосъемника (32), разделенные изолятором (33), взаимодействующие соответственно с прижимными контактами (34) и (35), установленными на ползуне (17), к которым подводится электрическое напряжение от внешнего источника, которое снимается с дисков (32) и подается на нагревательную обмотку (13) паяльника (2). На валу (16) также установлен опорный диск (37) с двумя лунками (38), взаимодействующими поочередно с шариковым фиксатором (21) после поворота паяльника (2) в цикле пайки.
Паяльная головка устанавливается на стойке над координатным столом автомата пайки, содержащего также устройство программного управления (не показаны), и работает в составе автомата.
Перед началом работы механизм подачи припоя заправляют проволочным припоем с флюсовым сердечником, сматывая проволоку с катушки (31), пропуская ее между роликами (6) и (7) в трубку (12) до выхода из трубки кончика проволоки длиной, которая в сумме с длиной подаваемого за одни шаг припоя равна длине зазора между концом верхнего жала (14) и концом направляющей трубки (12).
Цикл пайки при работе в составе автомата пайки электроэлементов на печатные платы начинается после отработки автоматом координат очередной точки пайки и остановки координатного стола с печатной платой при совмещении точки пайки с осью паяльника. После окончания предыдущего цикла пайки паяльник зафиксирован в вертикальном верхнем положении фиксатором (21), шарик которого находится в верхней лунке (38) опорного диска (37). При этом кулачок (24) опирается вне зоны выреза (25) на ролик (26), шестерни (22) и (23) находятся в незацепленном положении (т.е. шестерня (22) повернута к шестерне (23) сектором, не имеющим зубчиков). В верхнем жале (14) находится доза расплавленного припоя с флюсом.
Головка работает следующим образом.
После остановки координатного стола автомата по программе включается электродвигатель (3) головки, сообщающий вращение распределительному валу (5). При вращении вала (5) шестерня (22) своей зубчатой частью входит в зацепление с шестерней (23) и производит поворот вала (16) с паяльником (2) на 180°, после окончания поворота жало (14) с припоем оказывается в нижнем положении.
При дальнейшем вращении распределительного вала (5) шестерни (22) и (23) расцепляются, после чего кулачок (24) заходит своим вырезом (25) на ролик (26); при этом вал (5) вместе с ползуном (17) и паяльником (2) опускается вниз, нижнее жало (14), несущее дозу расплавленного припоя, опускается в точку пайки на печатную плату и производит пайку очередного соединения. Время прижима жала паяльника к паяным элементам определяется длиной выреза (25) кулачка (24) и скоростью вращения вала, которые выбраны для получения оптимального времени взаимодействия паяльника с паяемыми элементами в пределах 2-3 секунд.
Одновременно с пайкой при опускании ползуна (17) происходит подготовка подачи припоя на жало, находящееся в верхнем положении: прекращается давление планки (28) на подпружиненное плечо рычага (10), пружина (11) толкает его вверх, собачка (9) перебрасывается на следующий зуб храпового колеса (8).
При дальнейшем вращении вала (5) вырез (25) кулачка (24) сходит с ролика (26) и вал (5) вместе с ползуном (17) и паяльником (2) поднимается в верхнее положение. При этом подъеме планка (28) входит в соприкосновение с подпружиненным плечом рычага (10) и начинает давить на него, сжимая пружину (11) и опуская это плечо. Собачка (9) толкает храповое колесо (8), вращая его вместе с роликом (7) в направлении к трубке (12), проволока припоя подается на величину хода храпового колеса (8). Выходящий из конца трубки (12) припой входит в соприкосновение с жалом (14) паяльника (2), оплавляется, заполняя полость жала дозой припоя с флюсом, соответствующей поданной длине проволоки. При полном обороте вала (5) двигатель выключается по команде устройства управления автоматом. При этом кулачок (24) и шестерня (22) возвращаются в исходное состояние, паяльник (2) находится в верхнем положении с дозой расплавленного припоя в верхнем жале.
Выполнение паяльника в виде стержня с двумя идентичными жалами на концах и установка его на вращающемся валу позволяет совместить операцию пайки одним жалом с подачей припоя на другое жало по направлению оси паяльника, что позволяет получить высокую производительность работы головки; при этом для выполнения пайки с подачей проволочного припоя не требуется дополнительного свободного пространства на плате для обеспечения подачи припоя на жало, что позволяет производить пайку в тесном пространстве и в углублениях плат с пластиной-теплостоком.
Использование в механизме перемещения паяльника ползуна, в котором установлены вал паяльника и распределительный вал, и установка двигателя и устройства подачи припоя посредством кронштейнов на ползуне позволяет упростить кинематическую схему головки, используя в ней лишь один кулачок и шестереночную передачу, что обеспечивает высокую надежность механизма. Установка двигателя на ползуне обеспечивает бесперебойность вращения распределительного вала и выполнения цикла пайки при вертикальном перемещении паяльника. Установка механизма подачи припоя на ползуне также позволяет осуществлять подачу припоя при движении паяльника вверх с обеспечением заданной величины дозы припоя.
Использование в шестереночной передаче движения от распределительного вала к валу паяльника шестерни с зубчиками на одной половине окружности позволяет реализовать поворот паяльника точно на 180° в цикле пайки, устанавливая в рабочее положение жало, содержащее дозу припоя. Форма кулачка распределительного вала в виде диска с локальным вырезом в контуре и его взаимодействие с опорным роликом обеспечивают в цикле пайки опускание и подъем паяльника для одновременного выполнения пайки и подачи припоя.
Взаиморасположение выреза в кулачке с полушестерней распределительного вала, при котором проекция выреза приходится на сектор без зубчиков полушестерни, обеспечивает оптимальное последовательное выполнение цикла «пайка-переворот паяльника».
Взаимодействие храпового механизма устройства подачи припоя с планкой, установленной на основании на штанге, обеспечивает совмещение пайки с подачей припоя при вертикальном перемещении паяльника.
Использование токосъемника в виде двух дисков, установленных на валу паяльника, взаимодействующих с прижимными контактами, установленными на ползуне, обеспечивает непрерывную подачу электропитания на обмотку паяльника, в том числе при перевороте жал. Использование шарикового фиксатора, установленного на ползуне, взаимодействующего поочередно с лунками, выполненными на опорном диске, установленном на валу паяльника, позволяет точно зафиксировать вертикальное положение паяльника после его переворота для обеспечения точного совмещения жала с точкой пайки.
Трубчатая форма жал обеспечивает надежное сохранение дозы расплавленного припоя в полости жала при переворотах паяльника и оптимизирует выполнение пайки штыревых выводов в металлизированные отверстия печатных плат. Идентичность жал обеспечивает возможность их чередования в цикле работы головки.
Обеспечение сменности жал в сочетании со сменой диаметра проволоки припоя позволяет адаптировать головку к пайке различных соединений (по форме и размерам), что расширяет технологические возможности головки.
Таким образом, отличительные признаки устройства обеспечивают получение заданного технического результата.