CN105388328B - 一种pcba自适应柔性卡具 - Google Patents

Abstract

一种PCBA自适应柔性卡具，包括基座，所述基座上设有控制旋钮，控制旋钮经主动锥齿轮、从动锥齿轮连接蜗杆传动轴，蜗杆传动轴一端经涡轮连接旋转工作台，所述旋转工作台边上均布六条楔形槽，楔形槽内设有活动勒板，活动勒板经紧固螺栓连接活动卡座，活动卡座上方设有园柱形定位轴套，定位轴套一端经螺纹连接紧固端盖，定位轴套内设有螺纹传动轴套孔、螺纹传动轴定位槽，所述螺纹传动轴套孔连接螺纹传动轴，螺纹传动轴上设有定位凸台，传动螺纹经螺纹传动轴连接六棱柱，螺纹调节旋钮经螺纹传动轴连接活动卡口。具有适应性强、效率高、稳定性高、操作安全的特点，且避免了PCBA板高温下变形、撞料抹件、装夹困难的现象。

Description

一种PCBA自适应柔性卡具

技术领域

本发明涉及一种PCBA自适应柔性卡具，特别是一种用于工厂里手机主板等高元器件密度电路维修、调试的PCBA自适应柔性卡具。

背景技术

常见的传统卡具结构比较简单，主要由桥墩形卡口和金属平板焊台组成，或者由三块挡铁穿插在方形导轨构成的弹力卡具等。

桥墩式卡口是由上端由开有矩形槽金属卡口，矩形槽的大小与时下主流的PCBA板的厚度相适应，主要用于卡住PCBA板，下部是金属矩形方块底座，底座上镶嵌着两块圆柱形磁铁，使用时将有磁铁的一面朝下贴合到金属焊台的上表面即可固定卡口。这种卡具由于磁铁在使用热风枪高温环境下易造成失磁再加上原装磁铁的吸合力就不大，因此在镊子夹料施力方向倾斜时卡口容易松开脱落，进而导致PCBA板抹件撞件、震动连锡的不良后果；此外由于卡口短小集中在高温条件下连续作业时需要手动挪开高温卡具装夹或拆卸PCBA板，这样不但容易烫伤而且切换角度颇为不便。

弹力卡具则主要由三块铝制的开有矩形槽的挡铁来完成装夹的，其中两块作为基准挡铁在基座上固定不动，另外一块挡铁穿插在方形导轨上并且与弹簧直接相连。使用时通过调节弹簧弹力使其压紧电路板已达到固定的目的。这一类型的卡具同样存在很多问题，第一、卡具形式单一且固定，装夹时对电路板形状要求很高，因此该夹具于时下形状变化多端的手机主板适应性很差。第二、由于工作需要，焊接时会用到助焊剂，时间久了必然会导致残留的助焊剂覆盖在两根导轨上，由于助焊剂具有粘性，导致挡块滑动不灵活很难装夹到位。第三、装卸时需要调节螺钉使弹簧压紧或松开挡块，在高温条件下装卸操作性很差而且容易烫伤手，此外高温环境下持续的施压还易引起板子变形。第四、维修过程中偶尔遇到不方便夹取元器件的情况，这时往往需要调节卡具的放置角度，这时还要放下手中的工具来挪动整个卡具来调整，操作颇为不便。

发明内容

本发明其目的就在于提供一种PCBA自适应柔性卡具，解决了传统卡具装夹拆卸困难、稳定性低、定位精度差、对PCBA板形状要求高的问题，具有适应性强、效率高、稳定性高的特点，满足维修多元化柔性需求，并降低了维修不良率，且避免了操作时肢体烫伤、PCBA板高温下变形、撞料抹件、装夹困难的现象。

实现上述目的而采取的技术方案，包括基座，所述基座上设有控制旋钮，控制旋钮经主动锥齿轮、从动锥齿轮连接蜗杆传动轴，蜗杆传动轴一端经涡轮连接旋转工作台，所述旋转工作台为圆形并在圆周上均布六条沿半径方向开设的楔形槽，楔形槽内设有活动勒板，活动勒板经紧固螺栓连接活动卡座，活动卡座上方设有圆柱形定位轴套，定位轴套一端经螺纹连接紧固端盖，定位轴套内设有螺纹传动轴套孔、螺纹传动轴定位槽，所述螺纹传动轴套孔连接螺纹传动轴，螺纹传动轴上设有定位凸台，螺纹传动轴一端设有传动螺纹，螺纹传动轴另一端设有六棱柱，所述螺纹传动轴一端连接螺纹调节旋钮，螺纹传动轴另一端连接活动卡口。

有益效果

与现有技术相比本发明具有以下优点。

由于采用了涡轮蜗杆传动技术、螺纹传动控制技术和涡轮蜗杆自锁定位技术，因而使得本卡具在使用过程中较传统的卡具能有效避免维修技术员操作时肢体烫伤、PCBA板高温下变形、撞料抹件、卡位精度低、稳定性差、装夹困难、对PCBA形状变化适应性弱等一系列维修中常见的问题，具有适应性强、效率高、稳定性高的特点，满足高元器件密度维修、调试的多元化柔性需求，并降低了维修不良率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1本装置结构示意主视图；

图2本装置结构示意俯视图；

图3本装置中旋转工作台结构示意主视图；

图4本装置中旋转工作台结构示意俯视图；

图5本装置中活动卡座结构示意主视图；

图6本装置中活动卡座结构示意俯视图；

图7本装置中活动勒板结构示意主视图；

图8本装置中活动勒板结构示意俯视图；

图9本装置中紧固螺栓结构示意主视图；

图10本装置中紧固螺栓结构示意俯视图；

图11本装置中螺纹传动轴结构示意主视图；

图12本装置中螺纹传动轴结构示意俯视图；

图13本装置中紧固端盖结构示意主视图；

图14本装置中紧固端盖结构示意俯视图；

图15本装置中螺纹调节旋钮结构示意主视图；

图16本装置中螺纹调节旋钮结构示意俯视图；

图17本装置中活动卡口结构示意主视图；

图18本装置中活动卡口结构示意仰视图；

图19本装置中蜗杆传动轴结构示意图；

图20本装置中固定轴座结构示意主视图；

图21本装置中固定轴座结构示意侧视图。

具体实施方式

包括基座3，如图1、图2所示，所述基座3上设有控制旋钮4，控制旋钮4经主动锥齿轮17、从动锥齿轮16连接蜗杆传动轴12，蜗杆传动轴12一端经涡轮11连接旋转工作台2，所述旋转工作台2为圆形并在圆周上均布六条沿半径方向开设的楔形槽18，如图3、图4所示，楔形槽18内设有活动勒板14，活动勒板14经紧固螺栓15连接活动卡座8，活动卡座8上方设有圆柱形定位轴套24，，如图5、图6所示，定位轴套24一端经螺纹连接紧固端盖7，定位轴套24内设有螺纹传动轴套孔21、螺纹传动轴定位槽22，所述螺纹传动轴套孔21连接螺纹传动轴29，，如图11、图12所示，螺纹传动轴29上设有定位凸台28，螺纹传动轴29一端设有传动螺纹31，螺纹传动轴29另一端设有六棱柱30，所述螺纹传动轴29一端连接螺纹调节旋钮6，螺纹传动轴29另一端连接活动卡口9。

所述基座3底部设有抽屉式物料盒1和密封盖10，密封盖10密封主动锥齿轮17、从动锥齿轮16、蜗杆传动轴12和涡轮11，如图1、图2所示。

所述蜗杆传动轴12上设有固定轴座13，固定轴座13固定在基座3上。

所述活动卡座8的中间设有一长条形通孔23，通孔23的正下设有一直径略大于紧固螺栓螺纹公称直径的光滑圆形通孔20，如图5、图6所示。

所述紧固端盖7外表面设有防滑条纹32，如图13、图14所示。

所述螺纹调节旋钮6一端设有凸台35，另一端设有“一字型”起子用的调节槽33，螺纹调节旋钮6外表面设有防滑条纹34，如图15、图16所示。

所述活动卡口9为六棱柱形，中心设有六棱柱形通孔36，活动卡口9端面设有六条分别与六棱柱边平行的矩形槽37，所述六条矩形槽37具有不同的宽度，如图17、图18所示。

本装置是用于手机主板维修工作的高效快捷方便的卡具。设计中在卡具的基座和360度旋转工作台以及控制旋钮之间采用了锥齿轮增速机构及涡轮蜗杆传动机构。首先涡轮蜗杆传动机构与旋转工作台直接相连，它一方面将与旋转工作台控制旋钮相连的锥齿轮传动机构发出动力传至旋转工作台，另一方面利用涡轮蜗杆机构自锁效应实现工作台的单向控制（即动力只能由控制旋钮传至工作台而不能反向传递）。在控制旋钮上安装锥齿轮用于增速，再将动力传至涡轮蜗杆机构驱动工作台旋转。旋转工作台是焊接平台，它的旋转角度和方向只受控于控制旋钮，旋转工作台台面绕轴旋转的360度方向上安装有6个可拆卸的活动卡口，用于装夹不同形状和厚度的PCBA板。旋转工作台上的每一个卡口都配有活动卡座用于与旋转工作台连接。结构上活动卡座和活动卡口在紧固螺栓松开时可沿着旋转工作台的楔形槽导轨作径向移动或绕自身旋转且需要时可以紧固，如图1所示。活动卡口采用伸缩式螺纹传动控制，只要调节活动卡口后端的旋钮便可控制活动卡口的松紧。

结构

1基座

如图1、图2所示，基座3作为整个旋转工作台2的支承部位会受到不同程度的外力的作用，另外还要对底座关键部位加以镂空为其它部件的安装奠定基础，因此为保证其性能不受影响应对其抵抗变形的强度做强化处理，具体方案为加厚基座钢板厚度，经螺钉5连接，除四个角安装支撑脚外另加安装两个脚在基座的长边的中部，改变受力太集中的局面。此外还应额外增设密封盖用于保护传动机构，对密封盖的多余空间改造成抽屉式物料盒。

2旋转工作台

如图3、图4所示，旋转工作台2是具备几大结构功能能：一、尺寸足够大能装夹大多数手机主板 二、能灵活安装六个活动卡口 三、装夹稳定 四、旋转角度和方向只受控于旋转控制旋钮。

旋转工作台2采用圆盘式加厚工作台，并在工作台圆盘的360度圆周上均布六条沿半径方向开设楔形槽18导轨用于安装、拆卸、移动和固定六个多功能活动卡口，此外为实现稳定性和单向受控旋转，在旋转工作台的底部安装旋转轴19，旋转轴19连接涡轮11，通过此轴驱动工作台旋转。

旋转工作台2的旋转角度和方向只受旋转控制旋钮4的控制且在停止调节旋钮时旋转工作台处于任意位置都能固定不动，在旋转控制旋钮和旋转工作台之间的传动控制机构上按顺序先采用锥齿轮传动机构提高转速后再用涡轮蜗杆机构将动力传至工作台并利用涡轮蜗杆机构的自锁性能实现工作台处于任何位置都能固定不动。实现了两次变向动力传输和自锁。

3活动卡座螺纹传动控制装置

活动卡座螺纹传动控制装置具备以下功能：一、可灵活的从旋转工作台上安装拆卸移动固定 二、活动卡座螺纹传动装置可以在一定角度上绕自身旋转 三、在螺纹控制旋钮的调节下可在一定距离上做往返伸缩运动且在任意位置固定。采用螺纹副传动传动技术和楔形槽导轨技术来设计活动卡座螺纹传动控制装置。

4 装夹

装夹是最后的执行者，它直接与PCBA板接触，为设计出能适应大多数形状和厚度的PCBA，采用多功能活动卡口。在同一个多边棱柱上开设多条卡槽，用于装夹不同厚度的PCBA。

实施例

1基座

1)基板

基板是一块长l=250mm 宽w=180mm 高h=1.5mm的薄金属板，在其边沿开有6*4mm的通孔，孔的正面有倒角60度用于安装沉头螺栓来连接基板和密封盖。另外基板的中心位置开有1*30mm圆通孔用于安装旋转工作台，距旋转工作台中心112.36mm左下方置一通孔d=12mm用于安装旋转工作台的控制旋钮，如图1、图2所示。

2）密封盖

密封盖上表面长l=250mm 宽w=180mm 下表面长l=247mm 宽w=177mm，上下表面位于同一中心轴线上，盖的高度h=18mm，由于上下表面大小差异，外观上呈现出一定的锥度，整个盖子结构紧凑造型美观；在密封盖的边沿与基板安装螺栓孔相对应的位置分别开了d=4mm深度l=15mm的螺纹孔。为了方便卡具的持握，在密封盖的左右两边分别开了一个弧形槽。

密封盖的开了两个深度deep=16mm的盒槽，为防止槽与边沿螺纹孔的的干扰凡遇到螺纹孔的地方都一定程度的绕开，保证螺纹孔强度和盒槽空间的需要右边的用于保护旋转工作台的传动控制装置，左边的开口的盒槽则用来安装抽屉式物料盒，在盒槽的两边各开了两条深度deep=1.5mm宽度w=3mm物料盒导轨槽用于嵌放物料盒的定位凸位，保证物料盒在抽拉操作时的稳定且不会从一端滑出， 在槽盒的边沿有两个楔形孔，用来减少实体材料用量节省资源符合结构合理化设计要求。

3）抽屉式物料盒

抽屉式物料盒上表面长l=178mm宽w=90.22mm高h=16mm，下表面较上表面长度方向上略短1.5mm，且朝里端对齐，因此带有把手的外端呈现与密封盖一致的锥度面，实现物料盒与密封盖的无缝配合。此外物料盒的左右两边分别安装了两个圆形凸位，凸位高度h=1.5mm直径d=3mm，与密封盖配合时嵌放在导轨槽中，使运行平稳。物料盒的内盒槽长方体槽，其尺寸长l=173mm宽w=86.22mm深度deep=14mm，主要用于存放卡具的各种备用的功能组件和一些耐高温的手机维修工具及电子元器件。

2 旋转工作台控制传动机构的组成部件

旋转工作台2控制传动机构包括控制旋钮4、旋钮轴、止退卡簧、主动锥齿轮17、从动锥齿轮 16、固定轴座13、止退卡簧、蜗杆传动轴12和涡轮11，如图2所示。

蜗杆传动轴12一端连接从动锥齿轮 16，另一端设有蜗杆38，中间连接固定轴座13，如图19所示，固定轴座13结构如图20、图21所示，固定轴座13固定在基座3上。

设计时将锥齿轮传动机构安装在旋转工作台控制旋钮的驱动端，这样设计有两个好处，其一，旋转工作台的控制旋钮通过两个锥齿轮选定适当的传动比加以配合用于增速，之后将动力传至涡轮蜗杆机构可以有效的抵消后继涡轮蜗杆机构带来传动效率低的负面影响，以期达到旋转控制旋钮良好的操作性能。其二，锥齿轮传动机构安装在控制旋钮上致使涡轮蜗杆机构只能安装在旋转工作台上，由于涡轮蜗杆机构具有自锁效应，因此直接安装在旋转工作台上比其安装在控制旋钮上要消除许多配合间隙和零件受力发生形变产生的累积间隙，因此有效提升旋转工作台的自锁性能。齿轮增速机构的设计初衷旨在弥补涡轮蜗杆传动机构效率低的弱点，然而将其安装部位放置在控制旋钮上之后却有效提升了旋转工作台的自锁精度。

之后通过蜗杆传动轴承接锥齿轮传递过来的动力，由于此前锥齿轮传动机构已经做过增速处理，此时到达蜗杆传动轴的转速比较大，因此尽管涡轮蜗杆机构的传动效率较低，仍然能够起到一定弥补作用，当然单纯的增速处理来提升操作性能 并不是最好的方法，还应在涡轮蜗杆机构的参数上加以改进，一定程度上提升涡轮蜗杆机构的传动效率，采用头数为六的蜗杆，并在保证性能的情况下尽量缩减涡轮齿数，增大传动比。前后两级传动机构协调配合下就基本完成单向传动控制功能。

3 活动卡座

如图5、图6所示，活动卡座8从结构上可分为上下两部分，活动卡座8上部装配有定位轴套24，定位槽22用于安装螺纹传动调节装置，其下配有调节螺栓15用于与活动勒板14连接和紧固。活动卡座8在紧固螺栓15松开时不仅可以在旋转工作台2上的楔形槽18导轨面上沿着导轨做径向移动，还可以在绕自身做360度旋转用来调节方位，在工作需要时还可以通过调节紧固螺栓15来固定位置，从而实现柔性工作要求。

1）楔形槽

楔形槽导轨位于旋转工作台2上，设计成沿径向的楔形槽18，用于嵌放活动勒板，活动勒板在楔形槽中只可作径向运动，让活动卡口有足够的可调节空间去适应不同大小和形状的PCBA板，如图3、图4所示。

活动勒板14带有螺纹孔26，如图7、图8所示，当它与活动卡座8（活动卡座底部面积比楔形槽的宽度要大，以保证卡座绕自身转动到任意角度都不会落入槽中）连接时只要调节紧固螺栓的松紧就会不同程度的给勒板施加一个垂直于旋转工作台向上的拉力使活动勒板的两个斜面贴在楔形槽的两个斜面上，当拧紧螺栓时就不容易滑动，因此起到固定作用。这样在配合时才不至使活动勒板的上表面与活动卡座相接触，起不到固定作用，下表面与楔形槽底面接触影响滑动效果。

2） 活动卡座

活动卡座8在整个旋转工作台的结构中起着支承过渡作用，如图5、图6所示，其上面要承载螺纹传动调节装置，活动卡座下方要通过紧固螺栓与活动勒板连接实现径向空间调节和绕自身旋转的角度调节。在活动卡座的中间过渡部分开一长条形通孔，通孔的正下方再开一直径略大于紧固螺栓螺纹公称直径的光滑圆形通孔，用于安装紧固螺栓15，紧固螺栓15上设有防滑条纹27，如图9、图10所示，使用时只需调节紧固螺栓的松紧即可实现卡座的固定和移动。

活动卡座8的上方定位轴套24是用来安装螺纹传动调节装置的，其结构如图5、图6所示，其中定位轴套24用于安装螺纹传动装置中的螺纹传动轴29，定位槽22则用于螺纹传动轴29的定位，防止螺纹传动轴受螺纹调节旋钮6的驱动力作用绕自身转动降低传动效率影响正常工作，其次是阻止螺纹轴从另一端滑出。螺纹套孔的开口处还设有阶梯槽用来配合螺纹调节旋钮定位。位于阶梯槽的外围还设有圆柱螺纹25，用于安装紧固端盖7，进一步固定螺纹调节旋钮防止螺纹调节旋钮受力脱落。

4 螺纹传动调节装置

1） 螺纹传动调节装置的组成器件

螺纹传动调节装置包括螺纹传动轴29、 定位套筒24、螺纹调节旋钮6和紧固端盖7。

2）螺纹传动轴

螺纹传动轴29主要用于实现驱动安装在螺纹传动轴的六棱柱上的多功能活动卡口作伸缩运动及任意位置定位，从而进一步优化装夹空间，使操作性能更加柔性化。设计时在螺纹传动轴前段增设传动螺纹与螺纹调节旋钮配合，中部设有两个凸台与套筒的定位槽嵌合，后端的六棱柱则用来安装多功能活动卡口，如图11、图12所示。

3）螺纹调节旋钮

螺纹传动轴29是传动装置的动力执行者，螺纹调节旋钮6则是驱动者，螺纹调节旋钮6与螺纹传动轴29能使活动卡口9作轴向伸缩运动，这个过程的关键在于螺纹调节旋钮6必须由紧固端盖7将其固定在定位轴套24中阻止其受反作用力而脱落，如图2所示。将与传动轴螺纹相配合的内螺纹置于螺纹调节旋钮6的内部，如图15、图16所示，在调节旋钮孔的开口处设置两个阶梯用于定位轴套35配合，此外考虑到螺纹调节旋钮6在有助焊剂的环境下操作旋钮时可能出现打滑现象，在其外表面增加条纹34作防滑处理，另外还于调节旋钮的末端增设一字型起子用的调节槽位33，用于在卡具润滑环境恶化螺纹传动轴被卡死的起调节作用。

4） 紧固端盖

紧固端盖7是用于牢牢将螺纹调节旋钮固定在卡座的定位轴套上的紧固零件，设计时将与定位轴套外螺纹相配合的内螺纹置于紧固端盖上，紧固端盖7的外围加装防滑设计的条纹32，如图13、图14所示。

5 活动卡口

活动卡口9是整个卡具的最终执行者，它直接作用于PCBA板，因此对活动卡口有装夹牢固、定位精确、拆卸方便、耐高温等要求。此外，着眼市面PCBA板的种类繁多，厚度也不尽相同，因此对卡口提出更高的柔性装夹要求，所以工具的灵活适应能力也颇具重要性。

设计一薄六棱柱并在其端面每条边上开设一条与其它五条宽度都不一样的矩形槽，为方便切换卡槽，在六棱柱的另一侧端面上增设一圆锥形接口，如图17、图18所示，针对不同厚度的PCBA板只需切换角度找到与PCBA板相适应或相近厚度的卡槽与之装夹即可。

为防止多功能活动卡口脱落，可在活动卡口与螺纹传动轴的对接口上安装吸合磁铁，切换多功能活动卡口的卡槽时只需用手握住卡口，克服磁铁的吸引力将其卸下，转换恰当角度后装上即可。

Claims (7)

1.一种PCBA自适应柔性卡具，包括基座(3)，其特征在于，所述基座(3)上设有控制旋钮(4)，控制旋钮(4)经主动锥齿轮(17)、从动锥齿轮(16)连接蜗杆传动轴(12)，蜗杆传动轴(12)一端经涡轮(11)连接旋转工作台(2)，所述旋转工作台(2)为圆形并在圆周上均布六条沿半径方向开设的楔形槽(18)，楔形槽(18)内设有活动勒板(14)，活动勒板(14)经紧固螺栓(15)连接活动卡座(8)，活动卡座(8)上方设有圆柱形定位轴套(24)，定位轴套(24)一端经螺纹连接紧固端盖(7)，定位轴套(24)内设有螺纹传动轴套孔(21)、螺纹传动轴定位槽(22)，所述螺纹传动轴套孔(21)连接螺纹传动轴(29)，螺纹传动轴(29)上设有定位凸台(28)，螺纹传动轴(29)一端设有传动螺纹(31)，螺纹传动轴(29)另一端设有六棱柱(30)，所述螺纹传动轴(29)连接传动螺纹(31)的一端连接螺纹调节旋钮(6)，螺纹传动轴(29)设有六棱柱(30)的一端连接活动卡口(9)。

2.根据权利要求1所述的一种PCBA自适应柔性卡具，其特征在于，所述基座(3)底部设有抽屉式物料盒(1)和密封盖(10)，密封盖(10)密封主动锥齿轮(17)、从动锥齿轮(16)、蜗杆传动轴(12)和涡轮(11)。

3.根据权利要求1所述的一种PCBA自适应柔性卡具，其特征在于，所述蜗杆传动轴(12)上设有固定轴座(13)，固定轴座(13)固定在基座(3)上。

4.根据权利要求1所述的一种PCBA自适应柔性卡具，其特征在 于，所述活动卡座(8)的中间设有一长条形通孔(23)，通孔(23)的正下设有一直径略大于紧固螺栓螺纹公称直径的光滑圆形通孔(20)。

5.根据权利要求1所述的一种PCBA自适应柔性卡具，其特征在于，所述紧固端盖(7)外表面设有防滑条纹(32)。

6.根据权利要求1所述的一种PCBA自适应柔性卡具，其特征在于，所述螺纹调节旋钮(6)一端设有凸台(35)，另一端设有“一字型”起子用的调节槽(33)，螺纹调节旋钮(6)外表面设有防滑条纹(34)。

7.根据权利要求1所述的一种PCBA自适应柔性卡具，其特征在于，所述活动卡口(9)为六棱柱形，中心设有六棱柱形通孔(36)，活动卡口(9)端面设有六条分别与六棱柱边平行的矩形槽(37)，所述六条矩形槽(37)具有不同的宽度。