凸輪機構原理在光模塊拔插針中的應用

2018-08-30 09:34:18呂孝榮王立芳

裝備制造技術 2018年7期

呂孝榮，王立芳

（1.青島海信寬帶多媒體技術有限公司，山東青島266555；2.青島職業技術學院，山東青島 266555）

SFF是Small Form Factor的簡稱，英特爾將其稱為小封裝技術。SFF光模塊是最早期光模塊產品，在光通信行業，其主要業務速率在2.5 Gbps及以下。SFF光模塊與PCBA板的連接，是通過光模塊自帶的插針與PCBA線路板焊接在一起，從而實現光模塊與線路板之間的信號傳遞。SFF光模塊一般有20個針腳，根據功能的需要，有時針腳數量會少于20根。目前有些SFF光模塊上的插針僅在生產過程中使用，而在客戶端不需要此插針。具體如圖1所示，圓圈內的兩個插針在車間生產過程中起到寫程序和測試的作用，在生產測試完畢后，應客戶的需求，還要將此兩個插針去掉，以便客戶將此SFF光模塊焊接到對應PCBA板上的焊盤孔內。在去除插針的方法中，常見的方法就是用剪鉗將此兩個插針從根部剪掉，而插針根部仍殘留在模塊上，在剪切的過程中，要求剪鉗側面與光模塊表面貼平，目的是為了漏出光模塊表面的殘留長度部分，要盡可能短，如圖2所示。

圖1 光模塊

圖2 模塊插針

通過此種方法剪掉多余的插針后，通常會存在以下缺陷：

（1）不能完全將插針從根部剪斷，還殘留一定的高度；

（2）殘留的插針高度要低于規定的高度要求才合格，若超出規定高度則判為不合格，有時需要多次修剪，同時需要檢驗人員進行殘留高度的檢驗，因此每條生產線體都需要增加一名工人進行檢驗；

（3）如果存在檢驗員工疏忽有漏檢的情況，殘留插針超高的模塊在客戶端就會有發生故障的風險；

（4）在使用剪鉗的過程中，有劃傷模塊表面的風險，導致模塊外觀不良。如果存在這種情況，就需要重新拆解光模塊，更換結構件，從而造成物料的浪費。

為了能徹底清除插針，避免在后續使用過程中出現故障，同時提高拔針效率，避免劃傷模塊，提高模塊的合格率。將凸輪機構的運動原理進行合理利用，設計出一種合適的拔針工具，以解決這種生產工藝的缺陷。

1 凸輪機構運動原理

凸輪機構主要由凸輪、從動件和機架三個構件組成，常用于自動控制系統與自動、半自動的生產線中。凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構件，有盤形凸輪、圓柱凸輪和移動凸輪等，一般為主動件，作等速轉動或往復直線運動。從動件與凸輪作點接觸或線接觸，有滾子從動件、平底從動件和尖頂從動件。滾子從動件和凸輪輪廓之間為滾動摩擦，耐磨損，可以承受較大載荷，是最常用的一種型式。平底從動件的傳動效率較高，利于潤滑，常用于高速凸輪機構。而尖頂從動件能與復雜的凸輪輪廓保持接觸，能實現任意預期的運動規律，但磨損快、效率低，只適用于受力不大的低速凸輪機構。為了使從動件與凸輪始終保持接觸，可以利用重力、彈簧力或依靠凸輪上的凹槽等來實現[1]。

如圖3所示為內燃機配氣凸輪機構，凸輪1以等角速度回轉，它的輪廓驅使從動件2（閥桿）按預期的運動規律啟閉閥門。如圖4為應用于沖床上的凸輪機構示意圖，凸輪1固定在沖頭上，當沖頭上下往復運動時，凸輪驅使從動件2以一定的規律水平往復運動，從而帶動機械手裝卸工件。

圖3 內燃機配氣凸輪機構

圖4 沖床裝卸料凸輪機構

凸輪機構的優點是只需要設計適當的凸輪輪廓，便可使從動件得到所需的運動規律，結構簡單、緊湊，設計方便。它的缺點是凸輪輪廓與從動件之間為點接觸或線接觸，易于磨損，所以通常多用于傳力不大而需要實現特殊運動規律的場合[2]。凸輪機構廣泛應用于電子、機械、自控、計算機等行業中，實現從動件特殊的或較復雜的運動。

2 拔插針工具的結構

在新設計的拔針工具中，需要重點解決以下幾個問題點：

（1）插針要完全從光模塊中拔出來，徹底解決插針殘留在光模塊上所帶來的后期風險。

（2）插針夾持部件在從上到下的運動過程中要經過張開、閉合和張開的過程，這樣插針才能夠經過放入、夾緊、脫離光模塊和落入存儲盒的過程。

（3）增加對模塊外表面的保護，防止拔針工具對模塊的外表面造成損傷。

如圖5所示的拔針工具零部件說明，從圖中可以看出，工具主體結構是左右對稱結構。

圖5 拔針工具零部件說明

圖6 為模塊放入支撐架之后，模塊插針與夾持頭的位置。圖7為工具上的右側凸輪軌道，同左側凸輪軌道（11），圖8為右側軸承（12）與凸輪軌道的相對位置示意圖。

圖6 夾持頭與插針的位置

圖7 凸輪軌道

圖8 軸承沿著凸輪軌道滾動

3 拔插針工具的工作原理

拔針工具的工作原理如下：

將光模塊（3）放入模塊支撐架（7），初始插針、夾持頭和凸輪軌道的位置如圖9所示。

圖9 拔針前各零件的位置

將壓力機（1）的手柄向下壓，在下壓的過程中，軸承（8）推動夾持頭（13）向下移動，軸承同時在夾持頭表面轉動。

夾持頭（13）在向下移動的過程中，夾持頭上的軸承（12）沿著凸輪軌道上的軌跡進行運動，利用此軌跡，夾持頭沿著水平方向向內部收縮，使兩個夾持頭開始夾緊插針，如圖10所示。

圖10 拔針時各零件的位置

夾持頭夾緊插針向下運動，使插針慢慢脫離光模塊。

當插針脫離光模塊后，夾持頭上的軸承到達凸輪軌道的低點，此時由于兩個夾持頭之間的彈簧（10）向外拉伸（此彈簧始終處于壓縮狀態），使兩個夾持頭互相遠離，夾持頭張開，如圖11所示。

圖11 拔針后各零件的位置

夾持頭張開后，脫離光模塊的插針掉入收集盒（5）。

插針脫落后，松開壓力機的手柄，利用彈簧（9）的推力作用，夾持頭上升復位，回到初始狀態，然后等待下一次操作。

在此工具中，為了避免金屬對光模塊表面造成劃傷，在模塊支撐架與光模塊接觸的地方粘貼1 mm厚度的導電鋁箔泡棉。

以下以實例展示此拔插針工具的實際工作效果。圖12是拔插針工具的實物外觀圖，圖13是SFF光模塊的實物圖，其有12根針，其中兩根為測試用針。模塊在包裝出貨前，單獨的那兩根針，將被去除掉。模塊在經過一系列裝配和測試工序后，將光模塊放入拔針工具內，如圖14所示。用手下壓壓力機的手柄，直至限位，手柄不能再向下移動，此時松開手柄，利用彈簧（9）的回彈，整個拔插針工具恢復到初始狀態。此時拿出光模塊，可以看到，插針已經完全從光模塊中脫離出來，如圖15和圖16所示。