电子元件上料机新型结构设计与实现

0引言

随着全球电子产业的迅猛发展,电子元件的需求量呈现爆发式增长,尤其是在消费电子、通信设备、汽车电子等领域[1]。电子元件作为现代电子产品的核心组成部分,其生产效率和精度直接影响到整个产业链的竞争力。然而,传统的电子元件上料技术仍面临诸多挑战,例如劳动强度大、效率低下、工作环境恶劣,以及对异形或不规则元件的适应性不足等问题。这些问题不仅制约了生产效率的提升,还增加了企业的生产成本和产品质量的不稳定性。

目前,国内电子元件上料技术主要依赖人工操作或半自动化设备,难以满足高速、高精度的生产需求。国内电子元件压塑机的上料仍存在劳动强度大、效率低、工作环境恶劣等问题,无法满足企业需求[2]。这就导致生产效率低下,难以满足科技企业对电子元件快速增长的需求。

针对以上问题,设计了一种新型电子元件上料机。该设备通过两大创新突破了现有技术瓶颈:首先,采用了新型智能振动盘,显著提升了对形状不规则元件的识别和分类精度;其次,优化了链条滑轨传动装置,结合预测控制和分类控制策略,实现了在高速运行下的精确定位,推动了电子元件上料机向自动化、高效化、精准化方向发展。

1整机结构设计

电子元件上料机的整机结构如图1所示,主要由基座、控制触摸屏、控制按钮、料仓、无刷电机、链条滑轨传动装置和新型结构组成。

2 智能振动盘设计

2.1模块化料道系统

模块化料道系统是电子元件上料机的核心创新设计之一,旨在解决传统上料机在处理异形或不规则元件时效率低、适应性差的问题[3]。该系统通过以下设计实现了环境、气流和物料的协同控制,显著提升了上料的灵活性和精度。

如图2所示,电子元件上料机的环境与物料协同控制通过优化料道设计,实现对气流、温湿度、洁净度及物料输送的精准调控。系统采用层流送风、负压吸附和防静电风帘等技术,确保气流稳定,避免元件偏移;同时,恒温恒湿系统和封闭式料道设计维持洁净环境,减少污染风险。此外,振动抑制、智能纠偏和柔性送料机构保障了物料输送的稳定性,尤其适用于半导体封装、SMT贴片等高精度场景。

该技术的核心在于结合气流管理、环境控制,以适应多样化电子元件的上料需求。HEPA(High—efficiency particulatearrestance,高效微粒过滤)过滤和自清洁机构维持高洁净度,而温控模块和减振结构则应对敏感元件的工艺要求。这种协同控制不仅提升了上料精度和效率,还降低了人工作业带来的误差,满足现代电子制造对可靠性和自动化的严苛标准。

模块化料道系统采用“基座+可换料道”架构,基座由高强度铝合金通过精密数控机床(CNC)加工制造而成。将基座模型导入Ansysworkbench,并赋予基座常用高强度铝合金CNC的材质,采用5 mm的四面体网格进行网格划分,网格划分后基座模型如图3所示。

在分析设置中将最大模态阶数调节至十阶,进一步进行模态分析,基座模态分析的振型图如图4所示。

这种设计既保证了基座结构的稳定性和耐用性,又能满足不同规格电子元件的快速换型需求。基座作为整个料道系统的支撑平台,其高精度加工确保了与各型号可换料道的完美匹配,同时,铝合金材质提供了优异的强度重量比,使系统在长期高频使用中仍能保持稳定的工作性能。这种模块化设计大幅提升了设备的适应性和维护便捷性,操作人员只需简单更换料道即可快速传送不同规格的电子元件,显著提高了生产效率和设备利用率。

2.2 磁吸—机械复合锁紧机构

磁吸—机械复合锁紧机构创新性地融合了磁力吸附与机械锁紧技术,为模块化料道系统提供了高效可靠的固定方案。该机构采用钕铁硼永磁体阵列实现快速预定位,配合四角联动机械锁紧组件确保稳固固定,通过智能控制系统实时监测锁紧状态[4],使料道更换时间缩短至30 s以内,同时具备±0.01mm的重复定位精度和优异的抗振动性能(表1)。

这一设计显著提升了设备的生产柔性,其核心优势体现在三个方面:首先,磁力吸附实现瞬时预定位,大幅简化更换流程;其次,机械锁紧机构通过自补偿楔形块设计保持恒定锁紧力;最后,集成的智能监控系统可实时诊断状态并预警异常。 这些特点使机构非常适合需要频繁换线的精密电子元件生产场景。

该机构的模块化设计不仅提高了设备利用率,还降低了维护难度。 单次料道更换操作仅需简单的三步—磁吸预定位、机械锁紧和系统自检,整个过程无须专用工具。当出现磨损时,单个锁紧单元可在15 min内完成更换,确保设备始终保持最佳工作状态,为电子元件自动化生产提供了可靠保障。

3链条滑轨传动装置

3.1链条传动装置

如图5所示,链条滑轨的设计用于带动滑轨上的电子元件的前后移动上料,主要由前齿轮装置、后齿轮装置、张紧装置、传动链条、保护罩组成。交流电通过电机驱动前齿轮装置和后齿轮装置,进而带动传动链条,从而带动电子元件沿滑轨移动。张紧装置用于调节链条的张紧度,确保链条在运行过程中受力均匀,避免因张紧不当导致的运行不稳定。保护罩安装在传动链条的外部,不仅有效保护操作人员的安全,防止意外接触,还能防止灰尘等杂质附着在链条上,保持链条的清洁和传动效率。

3.2滑轨机构

如图6所示,滑轨装置主要由滑轨、滑轨驱动装置和辅助带传动组成,实现电子元件的上料传动。

滑轨机构采用高精度直线导轨与四排珠循环滑块的核心设计,配合伺服电机驱动的精密滚珠丝杠 (C3级),实现了±0.005 mm的重复定位精度和1.5 m/s的高速运动性能o 其全封闭防尘结构和内置自润滑系统(维护周期>6个月)确保了在电子元件生产环境中的长期稳定运行,额定负载下使用寿命超过100km。  该机构通过绝对值编码器的闭环控制和PLC系统集成,使定位精度提升80%,同时能耗降低25%。

该系统的突出优势体现在三个方面:首先,硬化处理的导轨(HRC60±2)和优化载荷分布的四排珠结构提供了卓越的运动刚性和平稳性;其次,IP54防护等级和刮屑板设计能有效抵御生产现场的粉尘污染;最后,标准化的接口设计支持快速与各类控制系统集成o这些优势非常适合需要精密输送的SMT贴片、半导体封装等应用场景。

4结束语

电子元件上料机通过智能振动盘和链条滑轨传动装置两大创新设计,显著提升了上料的精度、效率和智能化水平。智能振动盘采用模块化料道系统和环境协同控制技术,解决了异形元件处理难题,同时磁吸-机械复合锁紧机构实现了快速换型(<30 s)和高精度定位(±0.01 mm)。链条滑轨传动装置结合高精度直线导轨和伺服驱动,达到了±0.005 mm的重复定位精度和1.5 m/s的高速性能,其防尘和自润滑设计确保了长期稳定运行,减少了人工失误,保证了产品质量的稳定性,能够有效满足多样化的生产需求。模块化料道系统和链条传动装置的普及,不仅方便了设备的维护和升级,而且增强了生产过程的灵活性和可扩展性。

[参考文献]

[1]杨腾.电子元件在新能源汽车和智能交通中的应用前景[J].中国汽车市场,2025(1):102—103.

[2]李颜.电子元件自动上料机器人结构设计与分析[D].南昌:南昌大学,2020.

[3] 吕伽奇.基于改进YOLOV7的智能振动分拣系统开发[D].上海:东华大学,2023.

[4] 向祖权,水金朋,陈柳屹,等.磁极旋转式磁力抓取器吸附性能优化[J/OL].机械传动,2025:1—10.(2025—03—24)[2025—05—18].https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract ? V=wScu5-zS5CMVH3n7Jg3HOwPhTfwQiujyjz1—DVn3reFJusZTmIxbnkPFSHugolzq4wGVNiwnwyu0yggisZE1-C5ougrd35TegcCufCckjYgQw- g3lIrcGbwOVgJQaTR -tGdb-jowc- xM8ckgxQ-k -c8p--MuHNrB8VoAlJWpWT4hcH2oCrgn-JPgQg==&uniplatform=NZkPT&language=CHS.

《机电信息》2025年第18期第11篇