应用于液晶玻璃磨边机的定位机构的设计

郭 丽

(中国电子科技集团公司第二研究所,山西 太原 030024)

1 概述

随着液晶技术的发展，在笔记本电脑、平板电视机大屏幕化需求的有力牵引下，生产厂家工艺技术要求逐步升级，TFT-LCD液晶玻璃要求做得更薄、更精细、可调尺寸范围更大，引线间距更小，需要一种全自动磨边设备完成磨边工艺，避免加工中液晶玻璃板的欠损、分层，提高加工精度和生产效率、有效地控制废品率。我们研制了此种全自动液晶玻璃磨边机。

本玻璃磨边机适用于中小尺寸液晶玻璃的制造，是液晶玻璃板制作过程中的重要工艺设备。它采用平面支撑、负压吸附、自动进给、自动转位的全自动方式，避免加工中液晶玻璃板的欠损、分层，解决液晶玻璃切割之后，电极引脚张开互连形成的短路问题以及细小裂纹，提高加工精度和生产效率、有效地控制了废品率，且便于更换产品规格时设备的调整。

2 磨边机功能及主要技术参数

液晶玻璃自动磨边机主要完成液晶玻璃的磨边，对液晶玻璃进行0°、180°两边四面的磨削。

设备的工作流程如下：

机械手上料—定位台定位，吸附—机械手搬运玻璃至载台1—载台1移至砂轮机构磨边—玻璃旋转180°—载台2吸附—移至砂轮机构磨边—机械手取出玻璃。

主要部件有：

1) 定位台部件：用于玻璃的定位

2) 玻璃移送载台部件：用于玻璃的传送

3) 磨边机构部件：用于磨边

4) 玻璃旋转机械手：用于玻璃的旋转

生产单引脚玻璃时，磨边机的两个平台可以同时进行工作，上下料机械手运行行程大，上料机械手可以把定位后的玻璃放到两个平台上，下料机械手可以从两平台上进行下料。

生产尺寸30 mm×30 mm以下的偏小型号时，一个平台可以放两片玻璃，以提高效率。小玻璃增加辅助压接装置，确保磨边过程中玻璃位置不移动。

主要技术参数

1) 适用液晶玻璃外形尺寸：20 mm×20 mm～180 mm×100 mm

2) 适用液晶玻璃厚度：0.55 mm～1.1 mm

3) 液晶玻璃吸附方式：平台吸附，有定位机构

4) 可实现磨边边数：两面四边

5) 砂轮转速：约4 000转/分

3 定位机构设置[1]

定位机构用于玻璃的定位，在磨边前对玻璃磨削边进行定位，采用机械定位方法，运动方式为：玻璃由机械手放置在吸附平台上，负压开启，工作台Y向运动至定位条处，定位。机构简图如图1所示。

图1 定位机构简图

定位边采用非金属耐磨材料PEEK，平面度要求为<=0.012 mm。

工作台由电机带动Y向运行。

采用平面负压分区吸附方式，适用多种尺寸产品。

4 关键技术

为适应大小尺寸玻璃的磨削，保证玻璃在磨削过程中稳定，不串动，对负压吸附力及砂轮磨削力进行计算。

平台理论吸附力大小公式：

F≈10-2(101-P)S

式中：F为理论吸附力大小，kgf；P为绝对压力：为真空泵的绝对真空度，kPa；S为吸盘面积：为吸盘有效面积，cm2；

以玻璃最小尺寸20 mm×20 mm为例，真空度为80 kPa计算；

F≈0.01×(101-80)×4=0.84 Kgf/cm2

砂轮磨削力计算[2]

磨削力的主要特征及计算

砂轮上单个磨粒的切削厚度固然很小，但是大量的磨粒同时对被磨物体进行挤压、刻划和滑擦，总的磨削力很大，为便于测量和计算，将总磨削力分解为三个相互垂直的分力Ff(轴向磨削力)，Fp(径向磨削力)，Fc(切向磨削力)。(如图2)

图2 砂轮磨削力分解图

有如下特征：

1) 径向磨削力Fp最大，这是因为磨粒的刃棱大都以负前角工作，而且刃棱钝化后，形成小的棱面增大了与工件的实际接触面积，从而使Fp增大。通常Fp=(1.6,3.2)Fc。

2)轴向磨削力Ff很小，一般可以不必考虑。

3)磨削力随不同的磨削阶段而变化，在初磨阶段，磨削力由小至大变化较大，进入稳定阶段看，工艺系统的弹性变形达到一定程度，此时磨削力较为稳定，光磨阶段实际磨削深度近趋于零，此时磨削力渐小。

磨削力的计算公式如下：

Fc=9.81[CF(vwfrB/v)+μFy]

Fp=9.81CF(π/2)(vwfrB/v)tga

式中：Fc,Fp分别为切向和径向磨削力，N。vw,v分别为工件和砂轮的速度，m/s；fr为径向进给量，mm；B为磨削宽度，mm。a为假设磨粒为圆锥时的锥顶半角；CF为切除单位体积的切屑所需的能，kJ/mm2；μ为工件和砂轮间的摩擦系数。

由于磨粒几何形状的随机性和几何参数不合理，磨削时的单位磨削力值kc很大，根据不同的磨削用量，磨削钢料时，单位磨削力约在7～20 kN/mm2之间。而其他切削加工方法的单位切削力均在7 kN/mm2以下。

根据实际使用情况及经验值计算后得出：磨削力远大于负压吸附力，考虑磨削的稳定性，在吸附平台上设置玻璃后定位装置。如图3。

采用气缸推动产品方式。由气缸推动玻璃进行定位，两侧有导轨导向。动作方式为：气缸伸出推动玻璃，平台Y向运行至定位边处，推至定位边后工作台Y向退回。

图3 玻璃后定位装置

由于空间限制，且气缸定位时设置的是小压力，气缸本身的输出力无法抵消磨削力，我们在多次试验后选择在导轨上设置夹持装置，即在双侧导轨上采用导轨钳制器[3]。如图4。

图4 导轨钳制器

导轨钳制器是指直接夹紧直线导轨或者光轴。用于固定滑台、定位及防止振动。特点是小巧、种类丰富，适用性强。

选择常闭型，供气时解除夹紧，排气时借助弹簧的作用力夹紧线性导轨。

增压连接是指在弹簧保持力的基础上增加空气压力产生的保持力，从而增大保持力的连接方法。

根据导轨尺寸选择MCPS-0901-A微型钳制器，增压连接时单个保持力可达到200 N。满足使用要求。

对于大尺寸玻璃的磨削，由于吸附力的增大，工件和砂轮的速度、径向进给量等可以适当更改。

5 结论

对于平台吸附产品磨边，小尺寸产品单独依靠吸附力是无法满足加工要求的，需要额外增加定位装置。定位装置设置需要根据设备空间综合考虑，定位保持力的选择需要根据产品的特性进行选择。