LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具的應(yīng)用

令磊

摘? 要：現(xiàn)代無人汽車、物聯(lián)網(wǎng)等新興科技的發(fā)展，使現(xiàn)代電子設(shè)備逐漸朝著集成化、功能化、低成本化以及輕薄短小化的方向發(fā)展，促進(jìn)了電子產(chǎn)品制造業(yè)的升級和轉(zhuǎn)型。通過使用LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具，可以保證順利有序地進(jìn)行產(chǎn)品加工，切實保證施工質(zhì)量。另外在控制的時候相對比較便捷和穩(wěn)定，提升了加裝工件的牢固性和穩(wěn)定性，實現(xiàn)準(zhǔn)確定位。該文的主要目的是基于當(dāng)前制造行業(yè)對于LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析其應(yīng)用的相關(guān)問題。

關(guān)鍵詞：制造行業(yè);LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具;LDS技術(shù)

中圖分類號：TG75? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

為切實保證電子產(chǎn)品制造行業(yè)的有序生產(chǎn)，LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具得到行業(yè)青睞。LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具所包含的主體結(jié)構(gòu)大體上可以分為夾具主體部分、壓塊料部分和氣缸部分。其中LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具的主體所包含的部件有設(shè)備連接座，氣體流通道、定位凸塊、安裝座A和安裝座B。將連接件A和安裝座A相連。壓料塊需要在安裝座B上完成安裝，將氣缸連接件連接到壓料塊的下部。在制造工作中運用LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具，可以很好地對加工工件進(jìn)行定位，保證工件在制作的時候具有穩(wěn)定性和牢固性，從而更加有序和便捷地完成控制工作[1-3]。

1 與LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具相關(guān)的技術(shù)背景分析

1.1 LPKF-LDS技術(shù)

早在1997年，LPKF就已經(jīng)開發(fā)出了一種基于激光制程的MID生產(chǎn)技術(shù)，這種制作三維模塑互連器件的技術(shù)是LPKF的發(fā)明專利，稱作LPKF-LDS技術(shù)。LDS是激光直接成型技術(shù)（Laser Direct Structuring）的縮寫，指利用激光直接把電路圖案轉(zhuǎn)移到模塑塑料件表面上，利用立體工件的三維表面形成電路互連結(jié)構(gòu)。

1.2 LDS技術(shù)3D-MID主要工藝流程

1.2.1 注塑成型

以可激光活化的改性塑料為原料，采用普通的注塑成型設(shè)備、模具和技術(shù)注射出塑料本體[4]。

1.2.2 激光活化

用聚焦激光束投照塑料表面需要制作導(dǎo)電圖形的部位，活化、粗糙圖形部位表面[5]。

1.2.3 金屬鍍覆

用化學(xué)方法在被激光活化的圖形部位沉積上導(dǎo)電金屬，從而實現(xiàn)在三維塑料件上制造導(dǎo)電圖形，形成互連器件[6]。

這種技術(shù)可以降低互連結(jié)構(gòu)的重量，減少占用的空間，設(shè)計開發(fā)活動可以利用全部的三維空間，利用空間中的任意空白表面，重新進(jìn)行設(shè)計，實現(xiàn)在空間中的自由創(chuàng)新，LPKF-LDS技術(shù)提供了全新的可能性[7]。但是目前在具體的產(chǎn)品加工環(huán)節(jié)中，并沒有具有針對性的激光成型加工機床工裝夾具，在機床上只能使用一些小部件，難以實現(xiàn)裝夾定位。

2 LPKF-LDS技術(shù)的工業(yè)化制造設(shè)備

如果想要更好地利用LPKF-LDS技術(shù)，就必須應(yīng)用工業(yè)化的制造設(shè)備，而LPKF Fusion 3D是激光成型模塑互連器件的最先進(jìn)機型，是基于軟件系統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備，只需簡單地變更電路設(shè)計文件就能改變電路圖案[8]。

在應(yīng)用新的LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具設(shè)備時，其主要目的是為了克服現(xiàn)有的技術(shù)弊端，從而提供一種結(jié)構(gòu)相對較為簡單、裝夾較為穩(wěn)定、定位較為精準(zhǔn)的夾具設(shè)備。在應(yīng)用LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具時的技術(shù)方案如下[8]。

LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具的結(jié)構(gòu)總體上包含氣缸、壓力塊和夾具主體結(jié)構(gòu)。在夾具主體結(jié)構(gòu)中，設(shè)計安裝有與產(chǎn)品上面的通孔和開孔相符合的定位凸塊，在夾具的主體后端位置設(shè)計安裝設(shè)備連接座。在夾具的主體后端位置上設(shè)計安裝設(shè)備連接座。在夾具的左端位置設(shè)計安裝有安裝座A，同時將連接件A連接到安裝座A的左端位置。將安裝座B設(shè)計安裝在夾具的主體前端位置。壓料塊在其左端和右端2個插銷的位置安裝安裝座B。因為支架是在壓料的上部位置，所以安裝座C將會被安裝在壓料塊的下端位置。安裝座C上面安裝氣缸連接件，通過使用轉(zhuǎn)軸進(jìn)行活動，從而完成該安裝工作。在夾具的主體位置上安裝設(shè)計氣體流道A，實現(xiàn)與氣缸之間的連通。在連接件A上面安裝設(shè)計氣體流道A，實現(xiàn)與氣體流道B相連通的目的，將外部起源和氣體流道B相連。

3 實現(xiàn)LPKF-LDS技術(shù)的工夾具

如果想要更好地應(yīng)用LPKF-LDS技術(shù)，必須要設(shè)計出合理的工裝夾具，使產(chǎn)品適應(yīng)LPKF Fusion 3D機床的生產(chǎn)，圖2中的A、B就是我們需要的工夾具，其中A為周轉(zhuǎn)小車，B為LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具。

由于在Zeta項目中首次使用該技術(shù)，還沒有能夠適用于LPKF Fusion 3D機床的工夾具，因此在LDS工夾具方面的設(shè)計是空白的。

3.1 發(fā)明的目的

發(fā)明的目的是實現(xiàn)Zeta項目在LPKF Fusion 3D機床上的批量生產(chǎn)。

3.2 發(fā)明的技術(shù)方案

3.2.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

由圖3可知，左邊和右邊的5與6框圖部分為待LDS加工的天線，在設(shè)計夾具時必須注意以下5個事項。1）定位時與天線相關(guān)的所有面必須進(jìn)行讓位。2）夾具上必須有氣動夾緊裝置。3）夾緊時不能將天線部分壓住或遮住。4）夾緊裝置在機械手放料時不能與機械手相互碰撞。5） 產(chǎn)品在夾緊裝置松開時能夠自由掉落。

3.2.2 夾具設(shè)計分析

3.2.2.1 夾具——周轉(zhuǎn)小車

利用產(chǎn)品的外形進(jìn)行定位，方便機械手取料，定位精度要求為±0.10 cm。

3.2.2.2 夾具——LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具

利用產(chǎn)品兩邊的定位孔進(jìn)行初定位，如圖3中的1、2兩處所示。利用產(chǎn)品上的2個方孔進(jìn)行精定位，如圖3中的3、4兩處所示。

3.2.3 效果驗證

設(shè)計完成后的LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具如圖4所示，將其安裝在LPKF Fusion 3D機床上進(jìn)行效果驗證。

B夾具——LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具在LPKF Fusion 3D機床上進(jìn)行夾具穩(wěn)定性驗證后發(fā)現(xiàn)，其穩(wěn)定性較差。我們設(shè)計的LDS旋轉(zhuǎn)夾具還存在以下3個缺點。1）不能滿足Zeta項目的批量生產(chǎn)要求。2）夾具旋轉(zhuǎn)后，在進(jìn)行第2個position時，產(chǎn)品出現(xiàn)松動，夾緊裝置未起到作用。3）產(chǎn)品加工完成后不能自由落料，即一次甩料無法完成落料。

3.2.4 優(yōu)化改進(jìn)

組織人員進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，解決上述問題。對LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具進(jìn)行改進(jìn)，其改進(jìn)點有2個。1）將夾具的圓柱型定位柱改為圓錐形定位柱。2）將夾緊裝置的壓板由2個支腳改為3個支腳。改進(jìn)后的LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具如圖5所示。

3.2.5 再次驗證

經(jīng)夾具穩(wěn)定性驗證，改進(jìn)后的LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具完全滿足生產(chǎn)需求，能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確定位和自由落料。

3.2.6 發(fā)明的優(yōu)點

LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具有3個優(yōu)點。1）能夠準(zhǔn)確定位。2）能夠自由落料。3）自動氣動夾緊，可實現(xiàn)360°自由旋轉(zhuǎn)。

該發(fā)明對LDS技術(shù)來說十分重要，如果LPKF Fusion 3D機床沒有LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具的輔助，那么就無法實現(xiàn)它強大的柔性批量生產(chǎn)功能。

4 結(jié)語

在探究和應(yīng)用LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具時，所有使用的部分零部件都是基于LPKF Fusion 3D機床進(jìn)行批量生產(chǎn)的。LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具在使用的過程中具有很好的優(yōu)勢。在產(chǎn)品加工的過程中，運用LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具，將產(chǎn)品放置在夾具中，壓料塊位于LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具主體結(jié)構(gòu)的中間位置，將會為產(chǎn)品讓出位置，實現(xiàn)對所有面的加工，這樣既可以實現(xiàn)順利加工的目的，又能夠?qū)崿F(xiàn)質(zhì)量提升的目標(biāo)。在激光成型加工機床中應(yīng)用LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具，能夠?qū)崿F(xiàn)被加工工件的360°無死角旋轉(zhuǎn)。通過對LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具氣缸的動作進(jìn)行控制，可以實現(xiàn)夾緊與放開工件的動作，提升控制工作的穩(wěn)定性和便捷性。在壓料塊上安裝設(shè)置3個支腳，這樣一方面可以保證不會對工件的加工工位造成影響，另一方面也能夠保證在裝夾工件時提升牢固性和穩(wěn)定性。在LDS鐳射旋轉(zhuǎn)夾具的主體位置上設(shè)計安裝通孔和開孔，與定位凸塊相結(jié)合，實現(xiàn)對加工工件的快速精準(zhǔn)定位。當(dāng)工件加工完成后，圓錐形定位柱將會自由落料。

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