机械毕业设计（论文）PCB(印刷电路板)自动剪脚机的设计【全套图纸】.doc

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1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：PCB(印刷电路板)自动剪脚机的设计学生姓名：学 号：0604103125专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：机械06-1班指导教师： PCB(印刷电路板)自动剪脚机摘 要自动剪脚机是一种将印刷电路板的过长的引脚剪掉的设备，在生产流线中越来越占据重要的位置。其工作原理为印刷电路板放在传动装置上输送，传到刀具下方，刀具将其过长的引脚剪掉。它在整个生产印刷电路板的工艺过程中是必不可少的。这种剪脚机是适用于中小型生产规模的自动剪脚机，而在中小规模的生产线中一般使用的剪脚方式有手动与使用小型剪脚机两种，所以这样就能够解决这个问题。我的设计题目是

2、“PCB（印刷电路板）自动剪脚机的设计”，采用单电动机传动方式，具有承载量大、运转平稳可靠、结构简单、容易维修、管理方便、检修周期长等特点。在这次设计中，我完成了以下工作：设计方案的选择与确定，相关设计计算，完成毕业设计说明书，相关图纸等。关键词：印刷电路板；剪脚机；运输装置Printed circuit board (PCB) automatically cut the feet AbstractAutomatic cutting machine is a kind of feet of printed circuit board will cut off the foot long,in

3、the production lines and occupies an important position.Its working principle for printed circuit boards on the transmission device,spread below tool,the tool will have long pin to cut off.In the production process of printed circuit board is indispensable. This machine is suitable for cutting feet

4、of small scale of production machines, automatic feet, but in small scale of production in general use manual mode of feet with foot two small cut machine, so it can solve this problem.My topic is designedThe printed circuit board (PCB) automatically cut the feet of the machine design. By a single m

5、otor drive, with big load, smooth operation and reliable, simple structure, easy maintenance, management, maintenance convenience features such as long cycle.In this design, I finished the job: The selection of design scheme and determination, relevant design calculation, complete specifications, dr

6、awings, graduation design etc.Keywords: Printed circuit boards；Cutting machine feet；Transportation device目录摘 要Abstract目 录 1第一章 绪 论31.1本课题研究的目的意义31.2开题意义31.2.1调查31.2.2结论51.3方案拟定7第二章 运输装置及其动力装置82.1 PCB板的运输装置82.2运输装置的动力装置92.2.1变频器的选择102.2.2变频器的使用152.2.3变频器的控制方式和转矩补偿172.3减速装置的设计192.3.1设计减速器的目的192.3.2减速器

7、的设计计算及校核192.4同步带的设计222.4.1同步带参数的计算222.4.2同步带细节处理242.5传动装置的整体设计计算252.5.1电动机的选择252.5.2变频器容量的校核262.5.3所需要调节的频率范围272.6总结27第三章 刀具运动及其动力装置283.1刀具的选择283.1.1刀具材料分析283.1.2刀具的选择283.2刀具的固定283.3刀具的运动293.3.1电动机的选择293.3.2联轴器的选择293.3.3确定轴的尺寸293.4细节处理303.4.1刀架的安装303.4.2刀架的固定方式313.4.3刀架部分总结32结束语33参考文献35致谢36第一章 绪论1.1

8、 本课题研究的目的意义随着电子工业的发展，各种PCB板(印刷电路板)的应用越来越多，对PCB板的加工工艺也越来越多。一般PCB上的元件主要分为贴片式元件和插件式元件两大类。在PCB板的制作过程中，安装上插件式元件后需要将元件过长的引脚剪掉。这一个工艺过程在整个生产线中虽然不是很显眼，但却是很重要的一环，因而有着很大的发展空间，我就以此为我的设计题目，想通过所学的机械设计部分的知识，研制出一种适合于中型生产规模的自动剪脚机。1.2 开题意义1.2.1 调查为了实际了解剪脚机在生产流线中的应用，我搜索了很多关于剪脚机的资料，但由于网络上对剪脚机的介绍相对较少，图书馆里也没有查到关于剪脚机的相关内容

9、，我只能向以前做过相关题目的学长请教。通过网络我查到了现有剪脚机的种类，从学长那里了解到了一般剪脚机中电机的参数（具体由后面参数部分提供），由此确定了剪脚机所需的转矩等参数，并且咨询了一些关于剪脚机的使用的情况。 通过调查我了解到在中小规模的生产线中一般使用的剪脚方式有手动与使用小型剪脚机两种。利用手动剪脚就是拿一把剪刀，将引脚一个一个的剪下来，这种操作方式可以保证焊锡不受损害，但是速度极慢，效率极低；使用小型剪脚机，速度当然比前者快很多，但他们所用的剪脚机已经非常落后了，而现在大部分生产线都是一体化的，也就是说，从元件的插接到引脚的修剪全部在封闭的大型机器中一气呵成的完成，因而对于这种中小型

10、生产线的PCB板的剪脚问题照顾不到。经过上网等途径，我查到了现有的常用的剪脚机形式有以下两种：（一）PC-400线路板剪脚机（如图1.1）PC-400线路板剪脚机底板尺寸350250mm切脚限度Min 1mm转 速4800R.M外型规格1100500800mm备 注不含刀片特点： 1、双向式导轨，适合两种厚度PCB板。 2、切脚高度可随意调整。（二）YR-113;全自动P.C板切脚机（如图1.2）YR-113;全自动P.C板切脚机powerZC110V/220V 60Hz/50Hzweight115Kg外型规格L750*W600*H860m/m特点：1、采鹰爪式弹片夹具，全自动推送，稳定性高，

11、并可接生产线及自动焊锡炉 2、PC板入料切脚,依零件脚大小粗细,可调整轨道速度,增加切刀寿命. 3、轨道鹰爪弹片,可夹紧PC板,并可由后推送,推进有力而平稳. 4、附有顶针刺球和电木压刀,可克服因焊锡后变形之PC板. 图1.11.2.2结论因此，对现状进行分析后，我认为对此进行设计研究是有必要的。同时总结以上机器，可以知道，剪脚机设计要解决的几个问题是：1.PCB板的运输。包括运输载体、运输方式等。其中较为主要的是运输过程中，PCB板的固定以及与运输过程相对应的动力装置的设计；其次PCB板在载体上的安装、脱离，运输载体的运动方式等也是非常重要的计环节。2.刀具运动的设计。刀片容易磨损，因此经常

12、需要更换打磨。因此，刀具的要求是可以调整刀具的高度，以保证刀具的装卸。但是在设计中如果有更好的办法能够解决就不需要可调了，比如在这里我选择了调整模板的高度来保证剪脚高度，详细的后面会进一步做介绍。 图1.21.3 方案拟定根据查得的现有的各种剪脚机的形式，我对其进行了研究（如上所述），并确定了自己的方案。我的剪脚机主要分为两个部分：一是用来连续运送PCB板的运输装置以及与之对应的动力装置及减速装置。在这里，我选择同步带进行传送，用变频调速电机来驱动，减速器部分选择蜗轮蜗杆减速器。另一部分是刀具的旋转运动以及其动力装置：刀具与可拆卸的刀架相连，直接用一个电机来驱动。另外我的设计中还有一些小细节上

13、的设计。第二章 运输装置及其动力装置2.1 PCB板的运输装置经过一些方案的比较，我选择了双面同步带来实现PCB板的运输。双面同步带传动是由一根内外周表面设有等间距齿的封闭环形胶带和相应的带轮所组成（见图2.1）。工作时，外表面的带齿与运输带的齿槽啮合，内表面的带齿则与带轮的齿槽啮合，是一种啮合传动，因而具有齿轮传动、链传动和带传动的各自优点。传动准确，平稳，噪音小，可获得恒定的速比。 图2.1 对称齿双面同步带由于输送带承受一定的重量，带的长有1米，故和以往的带传动不同的地方是，这儿还要考虑到中间的承重问题。我列出了两种方案，一种是用支架的形式将同步带支撑起来。支架的中间穿上了一些钢珠，钢珠

14、与同步带的下表面的接触为点接触，以减小运输时的摩擦阻力。且PCB板本身重量比较小，故压强也不会很大。可由于这种支架做起来麻烦，而且钢珠不易加工，费用较高。故在这里没有采用此方案。我采用的是在带轮中间再加一对被动轮（见下图）。这样一来，承力问题解决了，且费用较少。2.2运输装置的动力装置运输装置对应的动力装置我选择采用变频调速电机，这样既能做驱动装置又能做调速装置，就满足了本设计中传送带速度为1m/min3m/min的要求。这样将我设计中所需要的机械调速装置用一个变频器来代替，使整个系统变得简单明了。经过对变频器的学习和了解，我选择用通用变频器直接控制电机的旋转，来调节同步带的传动速度。采用通用

15、变频器构成变频调速传动系统的主要目的，一是为了满足提高生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度等要求；二是为了节约能源、降低生产成本，还能使设计的系统更简单明了。通用变频器的种类有很多，可根据需要来选择合适的变频器。而选择合适的变频器正式最重要的一个环节，它对于传动控制系统的正常运行是非常关键的，首先要明确使用通用变频器的目的，按照生产机械的类型、调速范围、速度响应和控制精度、启动转矩等要求，充分了解变频器所驱动的负载特性，决定采用什么功能的变频器构成控制系统，然后决定选用哪种控制方式最合适。2.2.1变频器的选择通用变频器在国内市场上流行的品牌有很多，可根据自己的需要和了解来进行选择。按通用

16、变频器的控制方式可分为U/f控制方式、矢量控制方式和直接转矩控制方式三种类型。 从产品和实际应用来看，中小容量通用变频器的主流仍以U/f控制方式为主。矢量控制方式通用变频器已进入实用化应用阶段并普及应用，可保证系统工作在最佳状态。直接转矩控制方式通用变频器的主要特点是动态性能好，转矩控制精度高，从控制算法上看它代表着当代通用变频器技术的最高水平。 根据了解，我选择了西门子公司生产的标准型通用变频器，型号为SINAMICS G110系列变频器。它是一种单相电源输入、三相输出的U/f控制方式通用变频器。功率范围从120W-3KW，外形尺寸有三种，A型尺寸150（H）mm90（W）mm101（D）m

17、m，功率范围120750W;B型尺寸160（H）mm140（W）mm142（D）mm，功率为1.1KW和1.5KW两种；C型尺寸181（H）mm184（W）mm152（D）mm，功率为2.2KW和3.0KW两种，见图2.2。控制方式为多点U/f控制方式，可采用模拟输入控制信号或USS串行通信（RS485协议）控制信号进行控制。此变频器的主要技术指标见表2-1，接线端子原理图及布线方法如图2.3和图2.4所示。 图2.2 SINAMICS G110变频器的外形表2-1 SINAMICS G110主要技术数据输入电压和功率范围 单相交流200240V10 0.123KW输入频率4763Hz 输出频

18、率0650Hz 功率因数0.7变频器效率9095过载能力1.5倍额定输出电流，60s,重复周期时间300s投运电流小于额定输入电流 控制方式线性U/f，抛物线U/f，多点可编程U/f续表2-1PWM频率标准配置8kHz 216kHz (每级调整2kHz)固定频率3个，可编程跳转频带1个，可编程频率设定值的分辨率0.01Hz，数字设定；0.01Hz，串行通信设定；10位，模拟设定 数字输入3个可编程数字输入；不带隔离的PNP晶体管电路 模拟输入1个，用于设定值输入（010V），可标定 数字输出1个光电隔离输出，24V/50mA(电阻负载)，NPN晶体管电路 串行接口RS485,USS协议电磁兼容

19、性可选用EMC滤波器，符合EN55011A级或B级标准 制动直流制动 保护等级IP20工作温度范围-10+50 存放温度-40+70 湿度相对湿度95，无结露 海拔高度海拔1000m以下使用时不降低额定参数 保护功能欠电压、过电压、接地故障、短路、防失速、电机过温、电动机过载、变频器过温保护续表2-1 标准UL、CUL、CE、C-tick 标记符合EC低电压规范73/23/EC 图2.3 SINAMICS G110变频器的端子接线原理图在我的设计中，变频器只控制一个电动机，为单机驱动系统，所以采用模拟控制型变频器。这种变频器采用外接开关和电位器，通过模拟和数字输入信号对电动机的速度进行控制。

20、图2.4 SINAMICS G110变频器的端子接线图表2-2 模拟控制方式时的缺省设置值说明 端子号参数的缺省值缺省值运行频率设定信号源9P1000=2模拟输入命令信号源3、4、5P0700=2数字输入03P0701=1ON/OF数字输入1 4P0702=12反向数字输入2 5P0703=9故障应答 电动机的速度由连接到模拟输入端的电位器进行控制。起动和停止电动机的外部开关通过DIN 0进行操作；电动机反向运行的外部开关通过DIN 1进行操作；故障应答的外部开关通过DIN 2进行操作。2.2.2 变频器的使用一般情况下用基本操作板BOP进行调试基本操作面板BOP见下图 基本操作面板直接安装在

21、变频器的前面板上，具有根据需要显示速度、频率、电动机方向和电流等功能。调试时，可以改变工厂的缺省设置值以满足特定的应用需要。SINAMICS G110变频器有标准级、扩展级和专家级三个用户参数访问级，用参数P0003来选择。标准级只有最重要的17个参数，扩展级可对变频器I/O功能具体定义，专家级可以访问变频器的所有功能。根据设计的需要，我只要用此系列的标准级即可。每个功能组中出现的参数号取决于P0003中设定的访问等级。访问参数设定的等级定义是这样的，当P0003设置值为0，表示用户定义的参数表，是第三访问级；P0003设置值为1，表示“标准级”，允许访问大多数经常使用的参数，是第二访问级；P

22、0003设置值为2，表示“扩展级”，是第一访问级，除访问本级参数外，还可以访问变频器的I/O功能；P0003设置值为3，表示“专家级”，只供专家使用。在我的设计中，只采用缺省的标准设定值就足够了。 基本操作面板BOP上的按键如图2.5所示，其中，LED可显示变频器当前使用的设定值；1是改变方向功能键，可改变电动机的转动方向，用一个负号或一个闪烁的小数点指示反向旋转；2是起动变频器功能键，用它可以起动变频器，缺省状态下该按钮被禁止。如果要使用该按钮，应将P0700设置为1.；3是停止变频器功能键，它按照P1121设置的斜坡下降时间停止变频器；4是电动机点动功能键，当变频器没有输出时，它可以按照预

23、置的点动频率起动和运行电动机，释放该按钮时变频器停止；5是访问参数功能键，按下该按钮，允许按照选定的用户访问级别访问参数；6是减少数值功能键，按下该钮可减少显示值。如果要通过BOP改变频率设置值，应设置P1000=1.；7是增加数值功能键，按下本按钮可增加显示值。如果要通过BOP改变频率设置值，应设置P1000=1；8是功能键，可用于查看附加信息。使用BOP起动/停止电动机的步骤如下：将P0700=1，按下绿色I按键起动电动机按下增加数值功能键时电动机旋转，电动机速度将增加到50Hz当变频器达到50Hz时，按下减少数值功能键，电动机速度和显示值将减少利用方向功能键可改变电动机旋转方向按红色O按

24、键停止电动机。 BOP可以在变频器上电的情况下安装和拆卸。变频器可以自动识别BOP是否与它连接，并允许用户存取参数数值。为了利用BOP操作变频器，参数P0700和P1000都必须设定为1。或把P0719设定为11。 图2.5 基本操作面板BOP上的按键2.2.3变频器的控制方式和转矩补偿前面我也提到了，我选择的变频器是U/f控制方式，这是变频调速过程中为了保持主磁通的恒定，而使U/f=常数的控制方式，这是变频器的基本控制方式。根据我对变频器的学习了解，知当输出频率较低时，输出电压下降，定子绕组电流减小，电动机转矩不足，而提高变频器的输出电压即可补偿转矩不足。我设计中的变频调速控制系统是开环控制

25、方式，采用普通功能的U/f控制通用变频器。这种方案结构简单，运行可靠，但调速精度和动态响应特性不高，尤其是在低速区显得较为突出。因此，采用转矩提升功能。一般机械特性分为恒转矩负载、恒功率负载和降功率负载三种类型。选择通用变频器自然是以负载特性为基本依据，我的设计中的负载是传送带，属于摩擦性负载，负载转矩特性为恒转矩负载。根据变频器不同控制方式时的适应范围知，开环U/f控制方式下，起动转矩3Hz时为150，由于受到过流量的限制，低频起动时转矩输出较工频下直接起动时会小很多。若连续在510Hz低频区运行，运行电流接近变频器限流值，会经常性的跳闸使生产无法正常运行。因此在我的设计中，我选择增加减速器

26、来使变频器不必在低频区运行。我的设计中。不能将变频转换为工频，因为，电机转速较大，而传送带滚筒转速较小，如果转为工频电源输入，则通过一个减速器，无法使传送带速度降到要求值。且设计减速器时，入轴转速为312r/min,如果没有变频，则入轴转速为1400r/min，减速器的强度很难保证。下图2.6为变频器主电路示意图。 图2.6 变频器主电路示意图2.3减速装置的设计2.3.1设计减速器的目的 变频器不但可以调速，还可以直接将电动机的转速降低到所需要的范围，因此在理论上将，我的设计里是不需要加减速器的。但是，如果不加减速器，就是电动机直接与传送带相连，这在上面已经提到是不可取的。传送带的传动速度为

27、1m/min3m/min,即6r/min16r/min,根据变频器的工作原理：，当转速为16r/min时，变频器的输出频率在01Hz之间，小于起动转矩，远小于变频器的最大输出值，属于低频区。这样将使传动误差增大，精度很难保证。因此，在变频控制电机的输出端加一个减速器，通过减速器的输出轴带动同步带的运动，用变频器来控制同步带的速度变化。2.3.2减速器的设计计算及校核为了使变频器调节的频率表现的更直观，要选择一个传动比大于20或20左右的减速器。因为，假定传动比为20，则减速器入轴转速为2016=320r/min，代入变频器频率与转速的关系式，得频率大约为10Hz以上，相对要好很多。在我的设计中

28、，我选择蜗轮蜗杆减速器，传动比。蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动机构，两轴线交错的夹角可为任意值，常用的为90。当使用单头蜗杆时，蜗杆每旋转一周，蜗轮只转过一个赤距，因而能实现大的传动比。 蜗杆传动中，由于蜗杆齿是连续不断地螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的，同时啮合的齿对又较多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声低。根据蜗杆形状的不同，蜗杆传动可以分为圆柱蜗杆传动，环面蜗杆传动和锥蜗杆传动等。（一）蜗杆减速器设计计算：1.选材： 蜗杆用45号钢，调质处理HRS270 蜗轮齿圈用ZQSn10-1，砂型铸造2. 已知参数： 其中为蜗杆头数，为蜗轮齿数，分别为蜗杆和蜗轮

29、的转速。3. 作用在蜗轮上的转矩T2：根据设计数据，输出功率 设蜗轮蜗杆处的效率=0.80则输入功率变频器与电机总效率为0.884. 载荷系数K： 工作情况系数： 载荷分布 ： 动载系数 ： 设 5. 许用接触压力：（N为应力循环次数：每年工作按250天计） 其中：6. 接触疲劳强度计算： 取q=10，m=6mm时 1验算相对滑动速度Vs： 选材合适 2验算V2： 动载系数合适（二）蜗杆减速器强度校核经查阅资料知，蜗杆减速器的失效形式为弯曲疲劳，按弯曲疲劳强度校核： 齿形系数按查表得=1.54，又可查出基本许用弯曲应力齿根弯曲许用应力安全！（三） 几何尺寸的计算：（1是蜗杆，2是蜗轮） 直径

30、： 中心距： 齿顶高： 齿根高： 齿顶圆直径： 齿根圆直径： 蜗杆螺旋部分长度： 取 蜗轮外径： 蜗轮轮圆宽度：2.4同步带的设计2.4.1同步带参数的计算1. 计算功率：由表有，工作平稳性 2. 选带型和节距：根据v=3m/min, 查图确定为H型，参数如下：表2-3带型节距齿形角齿根厚齿高h带高齿根圆角半径齿顶圆角半径H12.700406.122.294.31.021.023. 带轮齿数： 查表有,取=154. 小带轮直径： 5. 中心距：取节线 所以 6. 小带轮啮合齿数： 取7. 基本额定功率： 查表有 8. 带宽： 为同步带基准宽度，经查表可知，对于H型带2.4.2同步带细节处理PC

31、B板的放置问题：用履带来运输PCB板是在以前的产品中没有出现过的，有一个重要的原因是要剪切的引脚在PCB板的背面，PCB板的正面是各种电子元件，易受损害，在履带上很难运输，为了解决这个问题，我想出了一种方法：用模板固定PCB板。具体方法如下：由于我这种小型剪脚机所加工的PCB板的大小一般不会超过150150mm，因此，我在履带的上面开槽，槽与槽间隔50mm，槽口大小为150150mm，槽深20mm。槽的正视图如下：槽内可以放模板，真正意义上的PCB板的载体是模板。由上图可知，模板与带之间的连接依靠边缘的齿形，这个齿形是根据模板与带的材料的韧性大的特点设计的，越靠外齿条越长。由整体图中可以知道，

32、带轮的直径比较小，因此，在转弯处，带与模具的结合比较难，以上图所示的模具固定形式，外边张紧度大于内边，因此，外边的咬合程度大与内边，保证模具在带轮处不会掉出来。由于PCB板的大小不定，因此，模具的总体大小不变的情况下，模具上开孔的大小是自由的，由模板的图上可知，模具上开孔的上部，是用来固定PCB板的，PCB板在模具上放置时，除了有小凹槽水平向固定外，在模具制作时要使得开孔与PCB板间有一定的过盈配合。这样既可以保护PCB板正面的电子元件不被挤压摩擦而遭受破坏，也有效的起到固定的作用。2.5 传动装置的整体设计计算2.5.1电动机的选择查机械设计课程设计表4-12.2 得 表2-4方案号电机类型

33、额定功率同步转速满载转速额定电流 1Y100L2-43KW1500r/min1420r/min7.4A 2Y90L-41.5KW1500r/min1400r/min3.7A根据以上两种可行同步转速电机对比可见，方案2功率小且质量价格也比较合理，所以选择Y90L-4型电动机。2.5.2变频器容量的校核当通用变频器驱动一台电动机时 式中 通用变频器额定输出电流（A）； K电流波形补偿系数，一般取1.051.1； 电动机额定输入电流（A）。我选择的SINAMICS G110 系列变频器外形尺寸为B型，功率为1.5KW。所以额定输出电流=1500W/380V=3.95A，取k=1.05，电动机额定输入

34、电流为3.7A，3.951.053.7=3.89A。可见变频器容量满足要求。用变频器控制电机实质上是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。其工作原理为 。其中转差率，=；（为同步转速）；频率；电动机极对数。计算得=r/min 6.7 通过改变频率来改变电动机的转速，从而达到要求。工频为50Hz。一般情况下，工作机要求连续不能间断的工作。这样，设计中就存在一个变频器可能损坏的问题，这时须立即将输入频率变为工频，即在没有变频器的作用下，能够继续工作。但是，在我的设计中，如果一旦将变频转为工频，那么在减速器的作用下，根据传动比19.5降低到一定转速，但远远大于要求的速度，这对传动过程是很危险的，所以我设计的剪脚机是不能接在工频条件下工作的。2.5.3所需要调节的频率范围我选择的变频器采用外接开关和电位器，这样能较好的保护变频器和整个传动系统。根据同步带的速度知通过蜗轮蜗杆减速器的转速为616r/min，传动比19.5，可知入轴转速为619.5=117r/