摘要:
锡膏印刷机的机架对整机装配精度有重要影响.本文对整体式机架和可调式机架进行了静变形分析和装配尺寸链的精度分析,分析结果表明整体式机架在静刚度方面优势,可调式机架在保证整机装配精度方面有优势.因此,不能简单地认为整体式机架就一定优于可调式机架,而应综合考虑多方因素,对其进行全局最优设计.
1、前言
锡膏印刷机是电路板组装自动线上的重要装备，其锡膏印刷质量是确保后续贴片机贴片质量及回流焊
焊接质量的基础。而影响锡膏印刷质量的原因很多，包括刮刀压力的均匀性与恒定程度、锡膏的传递过程、钢网与电路板的对准精度、钢网的网孔的清洁度等。因此，锡膏印刷机是一个要求较高的机电一体化电子制造装备。为了降低造成锡膏印刷不浪的几率、提高锡膏印刷的质量，必须详尽探讨锡膏印刷机的基础结构的特点及其对整机印刷精度的影响，以便可以更深入地了解各种结构形式的优势，澄清一些误解。
2、锡膏印刷机的结构特点
目前，锡膏印刷机国外代表品牌包括英国的DEK、美国的MPM、德国的Ekra以及日本的Minami\Sony等，国内的代表品牌有科隆威自动化设备有限公司的WIN系列视觉全自动锡膏印刷机等[1]。其基础结构基本分为两大类：一种是整体式机架，一种是可调式机架。一般认为，整体式机架结构刚度高，整机的动态精度可以得到保证。可调式机架降低了装配的难度，并可通过适当的调整获得较高的整机装配精度。由此可见，选择那种机架能否保证整机的装配精度，需要经过深入研究后得出可信的结论。
为了保证印刷精度，一般要严格控制刮刀导轨的两个安装面的平面度以及基与机架平台安装面的平行度。同时，考虑到刮刀组件有一定的浮动调节能力，因此，整机装配的一个重要的装配精度是刮刀导轨的机架安装面与调整平台的平行度。
3、钢网锡膏印刷机的机架静力分析
为了更好地评价两大类锡膏印刷机机架结构特点，首先按照目前锡膏印刷机的典型尺寸建立了整体式机架与调整式机架的三维实体模型。锡膏印刷机机架承受的载荷为刮刀工作压力换算到导轨上的分布载荷以及平台重要与刮刀工作压力作用的机架平台安装面的载荷等。其中，确定平台重量为320N，刮刀工作压力取最大值200N。经过有限元分析[2]，得到的两种机架的弹性变形性况如图1和图2所示。其中图1是调整式机架的分析结果，图2是整体式机架的分析结果。从分析结果可以看出整体式机架的刚度优于调整式机架的刚度。从分还可以看出，调整式机架的相对变形较大的构件为机架的上横梁。而整体式机架的相对薄弱环节为机架的平台安装面的横梁。由于机架的静态变形在对称载荷的作用下也是呈现对称变形。为了保证刮刀工作压力恒定，需要一种压力自动调节器整机构，这样可以有效提高锡膏的印刷质量。
4、锡膏印刷机的机架装配特点及其影响
前面已经分析了两种机架的静变形特点。这里从保证整机装配的角度来进一步分析两种机架结构对整机装配精度的影响。图3是锡膏印刷机的相关装配尺寸链简图，其中图3（a）为机架的装配尺寸链简图，图3（b）为整机的装配尺寸链简图。图3（a）中，Z1为尺寸链的封闭环，组成环A、B的灵敏度系数为+1，组成C、D的灵敏率系数为-1，尺寸A表示调整式机架的调整环，对于呸体式机架则表示横梁刮刀导轨安装面到上横梁底面定位基准的尺寸环C、D是机架右侧部分尺寸环，且与A、B对应。Z1为左右横梁的平面度要求和左右横梁导轨安装面与机架平台安装面的平行度要求。根据尺寸链分析理论[3]，按极值支存在以下公式：TZ1=TA+TB+TC+TD（1）
这样为保证封闭环Z1的精度要求，需要控制组成环A、B、C、D的尺寸公差。调整式机架可以很容易地通过水平尺等测量工具对组成环A、B进行调整，而基本不受其它组成环的影响；而对于整体式机架，要保证封闭环Z1的精度要求，只能是严格控制各组成环的精度或减少组成环数目。但在通常情况下，调整式与整体式机架组成的数目基本一致。由此可见，调整式机架更能保证装配精度。
而对图3（b）反映的整机装配尺寸链，封闭环Z2为平台顶面与机架刮刀导轨安装面的Y方向平行度要求；尺寸环E反映了平台组件的整体尺寸，而没有详细画出内部的多个尺寸环，因而，组成环E的精度不可能很高；组成环F为平台顶面与机架刮刀导轨安装面的尺寸。同样，对于调整式机架结构的整机，可以通过借助水平尺等测量工具调整尺寸环A，这样可以很容易地保证封闭环Z2的精度要求。而对于整体式机架结构的整机，由于其组成环数目很多，只有严格控制造成本，同时也很难保证最终的装配精度。
5、钢网锡膏印刷机的机架的结构对其工作精度的影响分析探讨
通过前面对机架结构的刚度、静变形和从装配角度出发的装配尺寸甸分析，帮助我们进一步认识到不能片而后认为整体式机架就有优抛，而必须要从全避的角度看问题。在锡膏印刷机的其它结构基本一致的情况下，反而调整流器式机架更能确保整机的装配精度，虽然调整式机架局部刚度不如整体式机架，但可以通过局部设计改善结构刚度。同时，对称的载荷作用在对称的结构上产生的变形也是对称的，这对锡膏印刷质量影响较小。东莞科隆成公司的WIN5、WIN6系列锡膏印刷机就是采用调整式机架和先进的设计理念，通过对机架薄弱环节的强化设计，保证整机具有高的装配精度，同时在装配中除了采用水平尺测量工具确保装配精度外，还采用高精度双频激光干涉仪对装配的整机进行抽检，进一步确保整机装配精度。整体式机架架有其优点，但不能生搬硬套，当采用叠层串联式调整结构时，平台本般的内部尺寸链数目是较多的，当采用整体式机架时就很难保证整机装配精度。
