专利名称：一种高速贴片头的制作方法
技术领域：
本发明属于贴片机设备技术领域，涉及一种高速贴片头。
背景技术：
利用高速贴装技术进行集成电路元器件在PCB板上的安装是提高安装效率和安装精度的重要途径。而贴片头是贴片机最关键的设备之一，它直接影响到贴装的速度和精度。目前，国外高速贴片机使用的贴片头通常由贴片轴、直线轴承、外套、同步带轮、轴承、伺服电机等组成，其中贴片轴做成花键轴的样式，其外侧开了对称的两道圆弧槽和直线 轴承中的滚珠相配合连接，实现上下无限直线运动；直线轴承和安装在其上的一对深沟球轴承一同安装在外套中，直线轴承上同时安装有同步带轮通过同步带和伺服电机连接在一起，实现旋转运动。这种结构使贴片机既能上下自由运动由能保证其所有的轴在圆周方向同步旋转。但这种结构复杂、制造工艺复杂，制造成本较高，造成整台设备成本昂贵。故，实有必要进行研究，提供一种结构简单，紧凑，制造成本低，维护方便的贴片头。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种高速贴片头单驱动多轴升降运动机构。为实现上述目的，本发明的技术方案为—种高速贴片头，包括机座、Z轴升降机构、Θ转角机构、以及贴片轴；其中，所述Z轴升降机构包括第一轴承、从动同步带轮、带轮轴、第二轴承、离合器、第一锁紧螺母、轴承压板、角接触轴承、滚珠丝杆、滚珠丝杆螺母、丝杆连接块、以及制动器；升降伺服电机的输出端连接一主动轮；带轮轴上段依次安装有第一轴承和从动同步带轮，下段依次安装有第二轴承、离合器，滚珠丝杆的固定端安装有一对角接触轴承，通过第一锁紧螺母和轴承压板锁紧一同安装在机座第一层对应的孔位中，滚珠丝杆的活动端安装有轴承和离合器；滚珠丝杆驱动滚珠丝杆螺母，从而带动丝杆连接块上下直线运动。进一步地，所述机座为一整体框架结构，机座上设置有相应的安装螺纹孔和轴承安装孔位；其中，两端的轴承孔位用来安装Z轴升降机构，而中间的轴承孔位来用安装Θ转角机构和贴片轴。进一步地，一上盖板和驱动电机座通过螺丝和定位销连接后一同安装在机座的上端，所述的驱动电机座中间设置有凹槽，用于安装Z轴升降机构的驱动同步带。进一步地，所述的Z轴升降机构共有8组，升降伺服电机连同主动轮一同安装在升降电机座上，以用来调整驱动同步带的松紧程度。进一步地，所述的Θ转角机构包括第三轴承、带轮、第四轴承、隔套、第五轴承、第二锁紧螺母、转轴、以及套筒；所述的转轴的下端开有一通孔，2个滚珠和一弹簧安装在此通孔中。进一步地，所述的套筒开设有一对对称的长槽，对滚珠起导向和传递圆周力的作用。进一步地，所述转轴上段依次安装有第三轴承、带轮、第四轴承、隔套、第五轴承、以及第二锁紧螺母。进一步地，所述贴片轴包括堵塞、铜套、固定环、吸嘴杆、直线轴承、以及吸嘴头；所述吸嘴杆上依次安装有堵塞、铜套、丝杆连接块、铜套、固定环、直线轴承、以及吸嘴头。进一步地，所述贴片轴中的堵塞和Θ转角机构中的套筒通过紧密配合连接在一起，再通过销钉锁紧，进而使贴片轴和Θ转角机构连接在一起。进一步地,所述Z轴升降机构和贴片轴的连接是通过丝杆连接块连接在一起,丝 杆连接块一端和Z轴升降机构中的滚珠丝杆螺母通过螺钉连接在一起，丝杆连接块另外一端固定在贴片轴的铜套上，通过固定环锁紧。本发明高速贴片头Z轴升降机构采用一台伺服电机，一个同步带，一台离合器，一台制动器、一副滚珠丝杆副进行配合使用就能实现多轴同时或单独上下升降运动，提高了贴片的精度和效率，简化的机构，降低了整个贴片头的成本。
图1是本发明的立体结构示意图。图2是本发明主视图。图3是图2的A-A向剖视图。图4是图2的B-B向剖视图。图5是本发明的Z轴升降机构立体结构示意图。图6是本发明的转角机构立体结构示意图。图7是本发明的转角机构的剖视图。图8是本发明的贴片轴装配结构示意图。图9是本发明的Θ转角机构和贴片轴装配示意图。图10是本发明的上同步带安装示意图。图11是本发明的下同步带安装示意图。图12是本发明的贴片头准备吸取芯片时的示意图。图13是本发明的贴片头贴装工作时的示意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。请参照图1-图5所示，本发明高速贴片头包括机座1、Z轴升降机构、Θ转角机构、以及贴片轴。所述机座I为一整体框架结构，构成整个高速贴片头的骨架，其包括有两层，机座I上设置有相应的安装螺纹孔和轴承安装孔位；其中，两端的轴承孔位用来安装Z轴升降机构，而中间的轴承孔位来用安装Θ转角机构和贴片轴。上盖板4和驱动电机座5通过螺丝和定位销连接后一同安装在机座I的上端，所述的驱动电机座5中间设置有凹槽，用于安装Z轴升降机构的驱动同步带23。所述Z轴升降机构包括第一轴承9、从动同步带轮10、带轮轴12、第二轴承8、离合器13、第一锁紧螺母14、轴承压板15、角接触轴承16、滚珠丝杆17、滚珠丝杆螺母18、丝杆连接块19、以及制动器20。升降伺服电机2的输出端连接有主动轮22。其中，带轮轴12上段依次安装有第一轴承9和从动同步带轮10，而带轮轴12下段依次安装有第二轴承8、离合器18 —同安装在驱动电机座5底面对应的孔位中，滚珠丝杆17的固定端安装有一对角接触轴承16，通过第一锁紧螺母14和轴承压板15锁紧一同安装在机座I第一层对应的孔位中，滚珠丝杆17的活动端安装有轴承8和离合器20 —同固定在机座I第二层的下底面上；滚珠丝杆17驱动滚珠丝杆螺母18，从而带动丝杆连接块19上下直线运动。本发明实施例中，所述的Z轴升降机构共有8组，均匀分布安装在机座I和驱动电机座5与上盖板4对应的孔位中，升降伺服电机2连同主动轮I 22 —同安装在升降电机座 3上，以用来调整驱动同步带23的松紧程度，驱动同步带23按照特定的顺序绕过一组主动轮22、从动同步带轮10、以及涨紧轮24。工作时，升降伺服电机2的输出端主动轮22带动驱动同步带轮23及与其啮合的从动同步带轮10，从动同步带轮10又通过上部的带轮轴12、离合器18驱动滚珠丝杆17旋转，进而带动滚珠丝杆螺母18和连接块19上下直线运动。参照图6-图7所示，所述的Θ转角机构包括第三轴承31、带轮32、第四轴承33、隔套34、第五轴承35、第二锁紧螺母36、转轴37、以及套筒38 ;所述的转轴37的下端开有一通孔，2个滚珠39和一根弹簧40安装在此孔中；所述的套筒38开了一对对称的长槽，对滚珠39起导向和传递圆周力的作用；当安装有滚珠39和弹簧40的转轴37与套筒38进行装配时，由于受到套筒38内壁的约束，弹簧40的长度减少，弹簧40产生弹簧力，同时由于套筒38自身开了一对对称的长槽，滚珠39在弹簧40的弹簧力的作用下，一部分压入套筒的长槽中，另外一部分留在转轴37中，进而使套筒38既可以沿着转轴37上下直线运动又可以与转轴37 —同做旋转运动。转轴37上段依次安装有第三轴承31、带轮32、第四轴承33、隔套34、第五轴承35，第二锁紧螺母36，所述的第三轴承31在此机构中起涨紧同步带的功能。在本发明实施例中，所述的Θ转角机构共有8组，均布安装在机座I第一层中间的孔位中，转角伺服电机43连同主动轮46、电机安装板44、电机支架45通过螺钉固定在机座I上，上同步带41和下同步带42按照一定的顺序绕过一组主动轮46、上涨紧块47、下涨紧块48、带轮32、第三轴承31 ;转角伺服电机43输出端的主动轮46带动上同步带41和下同步带42以及与其啮合的8个带轮32，带轮32又通过其上的转轴37里面的滚珠39带动套筒38，实现角度配置的校正。如图4、图8所示，所述的贴片轴包括堵塞25、铜套29、固定环26、吸嘴杆27、直线轴承28、以及吸嘴头30。所述吸嘴杆27上依次安装有堵塞25、铜套29、丝杆连接块19、铜套29、固定环26、直线轴承、吸嘴头，固定26通过螺钉锁紧吸嘴杆，在工作状况下防止丝杆连接块19与铜套29产生间隙，从而影响贴片的精度；贴片轴中的直线轴承安装在机座I第二层中间的孔位中，通过卡簧锁紧直线轴承。如图9所示，贴片轴中的堵塞25和Θ转角机构中的套筒38通过紧密配合连接在一起，再通过销钉锁紧，进而使贴片轴和Θ转角机构连接在一起。如4所示，Z轴升降机构和贴片轴的连接是通过丝杆连接块19连接在一起，丝杆连接块19 一端和Z轴升降机构中的滚珠丝杆螺母18通过螺钉连接在一起，丝杆连接块19另外一端固定在贴片轴的铜套29上，通过固定环26锁紧。每一组Z轴升降机构对应一组Θ转角机构和一组贴片轴，它们均布在机座I对应的孔位上。本发明高速贴片头的工作过程如下在准备吸料时，如图12所示，在软件的控制下贴片头中8组Z轴升降结构中的离合器13处于断电释放状态，制动器20处于通电吸合状态，即离合器13与滚珠丝杆17处于分离状态，同时制动器20吸合锁紧滚珠丝杆17，防止滚珠丝杆17旋转；此时贴片轴位于机座I的中上部，完成了吸料之前的准备工作。吸料时，软件根据生产任务中芯片的具体尺寸，做出具体的排料程序，控制贴片头中一个或者其中的几个甚至全部的8个贴片轴同时作向下的运动，此时需要动作的贴片轴对应的Z轴升降机构中离合器13通电吸合，制动器20断电释放，此时滚珠丝杆17可以自由转动；升降伺服电机2启动，其上的主动轮I 22跟着转动，进而通过驱动同步带23与之相啮合的从动同 步带轮10也跟着转动，带动滚珠丝杆17旋转,滚珠丝杆螺母18和丝杆连接块19做下降的动作，带动贴片轴向下运动，当下降到机座I下端时，升降伺服电机2停止工作，贴片轴上的吸嘴头30将电路元器件从送料器上吸取；吸取完成后，升降伺服电机2反转，贴片轴上升，上升到一定的距离，升降伺服电机2停止，此时贴片轴对应的Z轴升降机构中离合器13断电释放与滚珠丝杆17的连接，制动器20通电吸合锁紧滚珠丝杆17 ;完成后，横梁带着贴片头向贴装区域移动，在移动的过程中，吸取有芯片的贴片轴滑过相机，进行Θ角度校正，转角伺服电机43启动，其上的主动轮46转动，进而通过同步带与之啮合的带轮32也转动，Θ转角机构上的转轴37跟着转动，带动贴片轴旋转，根据系统反馈的角度信息旋转一定的角度，达到角度校正的目的。贴装时，如图13所示，贴片头根据软件发出的贴装信号，其中的一个Z轴升降机构对应的离合器13通电制动，同时对应的制动器20断电分离，结果是滚珠丝杆17和离合器13连接，与制动器20分离。升降伺服电机2工作，其上的主动轮I 22跟着转动，进而通过同步带与之相哨合的从动同步带轮10也跟着转动，带动滚珠丝杆17旋转，滚珠丝杆螺母18和丝杆连接块19做下降的动作，当下降到一定距离时，升降伺服电机2停止工作，贴片轴上吸嘴头30将电子元器件贴装在PCB上；贴装完成后，升降伺服电机2反转，带动贴片轴上升，下一贴片轴进入贴装程序，直到本次贴片头上所有芯片贴装完成，从而完成了一个工作过程。本发明高速贴片头升降运动时，需要离合器13和制动器20相互配合动作，可以缩短控制时间，同时只需要一台伺服电机既可以控制单轴或者多轴同时升降的功能，大大降低制造成本；而采用精密的滚珠丝杆17，可以确保机构运行精度和使用寿命。另外，由于Θ转角机构中采用了带长槽的套筒38和转轴37以及转轴37上的零配件，使得套筒38和转轴37可以精密传动，这样的结构设计使得套筒38既可以上下直线运动又可以承载旋转时所受的圆周力，满足角度校正和高速上下升降运动的技术要求。本发明创作以离合器和制动器、微型滚珠丝杆副为设计元件，完成了吸嘴的Z轴升降运动以及采用了套筒和转轴及转轴上配件作为R转角机构，大大降低了零配件的制造成本；贴片轴采用微型直线轴承和中空的吸嘴杆，而且设计元件均采用微型元件和合理的布局，大大减小吸嘴中轴间距，从而使总体机械体积减少和重量减轻；一台电机和两根同步带轮就能完成多轴的角度校正要求，进一步减化机构3轴升降机构采用一台伺服电机，一个同步带，一台离合器，一台制动器、一副滚珠丝杆副进行配合使用就能实现多轴同时或单独上下升降运动，提高了贴片的精度和效率，简化的机构，降低了整个贴片头的成本，采用此机构可以适应不同厚度芯片的贴装任务，进一步提高了整台机器的适应范围。本设计中采用了大量的标准元器件，降低了设计成本，同时零部件都能很方便的进行加工和采购，可以进行技术集成，缩短了整机的研发周期。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种高速贴片头，包括机座、Z轴升降机构、Θ转角机构、以及贴片轴，其特征在于所述Z轴升降机构包括第一轴承、从动同步带轮、带轮轴、第二轴承、离合器、第一锁紧螺母、轴承压板、角接触轴承、滚珠丝杆、滚珠丝杆螺母、丝杆连接块、以及制动器；升降伺服电机的输出端连接一主动轮；带轮轴上段依次安装有第一轴承和从动同步带轮，下段依次安装有第二轴承、离合器，滚珠丝杆的固定端安装有一对角接触轴承，通过第一锁紧螺母和轴承压板锁紧一同安装在机座第一层对应的孔位中，滚珠丝杆的活动端安装有轴承和离合器；滚珠丝杆驱动滚珠丝杆螺母，从而带动丝杆连接块上下直线运动。
2.如权利要求1所述高速贴片头单驱动多轴升降运动机构，其特征在于所述机座为一整体框架结构，机座上设置有相应的安装螺纹孔和轴承安装孔位；其中，两端的轴承孔位用来安装Z轴升降机构，而中间的轴承孔位来用安装Θ转角机构和贴片轴。
3.如权利要求2所述高速贴片头单驱动多轴升降运动机构，其特征在于一上盖板和驱动电机座通过螺丝和定位销连接后一同安装在机座的上端，所述的驱动电机座中间设置有凹槽，用于安装Z轴升降机构的驱动同步带。
4.如权利要求3所述高速贴片头单驱动多轴升降运动机构，其特征在于所述的Z轴升降机构共有8组，升降伺服电机连同主动轮一同安装在升降电机座上，以用来调整驱动同步带的松紧程度。
5.如权利要求4所述高速贴片头单驱动多轴升降运动机构，其特征在于所述的Θ转角机构包括第三轴承、带轮、第四轴承、隔套、第五轴承、第二锁紧螺母、转轴、以及套筒；所述的转轴的下端开有一通孔，2个滚珠和一弹簧安装在此通孔中。
6.如权利要求5所述高速贴片头单驱动多轴升降运动机构，其特征在于所述的套筒开设有一对对称的长槽，对滚珠起导向和传递圆周力的作用。
7.如权利要求6所述高速贴片头单驱动多轴升降运动机构，其特征在于所述转轴上段依次安装有第三轴承、带轮、第四轴承、隔套、第五轴承、以及第二锁紧螺母。
8.如权利要求7所述高速贴片头单驱动多轴升降运动机构，其特征在于所述贴片轴包括堵塞、铜套、固定环、吸嘴杆、直线轴承、以及吸嘴头；所述吸嘴杆上依次安装有堵塞、铜套、丝杆连接块、铜套、固定环、直线轴承、以及吸嘴头。
9.如权利要求8所述高速贴片头单驱动多轴升降运动机构，其特征在于所述贴片轴中的堵塞和Θ转角机构中的套筒通过紧密配合连接在一起，再通过销钉锁紧，进而使贴片轴和Θ转角机构连接在一起。
10.如权利要求9所述高速贴片头单驱动多轴升降运动机构，其特征在于所述Z轴升降机构和贴片轴的连接是通过丝杆连接块连接在一起，丝杆连接块一端和Z轴升降机构中的滚珠丝杆螺母通过螺钉连接在一起，丝杆连接块另外一端固定在贴片轴的铜套上，通过固定环锁紧。
全文摘要
本发明公开了一种高速贴片头，包括机座、Z轴升降机构、θ转角机构、以及贴片轴，其中，所述Z轴升降机构包括第一轴承、从动同步带轮、带轮轴、第二轴承、离合器、第一锁紧螺母、轴承压板、角接触轴承、滚珠丝杆、滚珠丝杆螺母、丝杆连接块、以及制动器；升降伺服电机的输出端连接一主动轮；带轮轴上段依次安装有第一轴承和从动同步带轮，下段依次安装有第二轴承、离合器。本发明高速贴片头Z轴升降机构采用一台伺服电机，一个同步带，一台离合器，一台制动器、一副滚珠丝杆副进行配合使用就能实现多轴同时或单独上下升降运动，提高了贴片的精度和效率，简化的机构，降低了整个贴片头的成本。
文档编号H05K3/30GK103025075SQ20121051995
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月6日 优先权日2012年12月6日
发明者王硕, 肖尊高, 朱成武, 李来迎 申请人:深圳市硕安迪科技开发有限公司