Xích dẫn cáp cho máy SMT và thiết bị PCB

Trong xưởng SMT, hễ ai hỏi về xích dẫn cáp thì tám trên mười lần là do đầu gắp của máy dán linh kiện đã cắn đứt cáp, hoặc do kiểm tra độ sạch vượt ngưỡng hạt. Trục máy SMT có hành trình ngắn, tần suất rất cao, cáp thì nhỏ: tín hiệu, sợi quang, ống khí, và nhiều máy còn chạy trong môi trường kiểm soát. Dùng xích nylon thông thường cho tình huống này thì vài tháng đầu vẫn chạy, sau đó bắt đầu sinh bụi, kêu lạch cạch và báo lỗi tín hiệu.

Bài này đi theo từng bộ phận thực tế trên dây chuyền SMT: chỗ nào thật sự cần xích, điều kiện SMT khác máy công cụ ở đâu, giữ độ sạch thế nào, chọn cho hành trình ngắn tần suất cao ra sao, dòng WWC tương ứng chiều cao trong nào, và cuối cùng là bảng yêu cầu báo giá.

Những bộ phận nào trên dây chuyền SMT cần xích dẫn cáp

Một dây chuyền SMT hoàn chỉnh từ vào bo đến cắt bo có khá nhiều bộ phận chuyển động, nhưng chỉ những chỗ có cáp đi theo và chạy liên tục mới cần xích:

• Cổng X-Y và đầu gắp của máy dán linh kiện: hành trình ngắn, thường trong vài trăm mm, gia tốc cao, bó cáp dày. Đây là vị trí yêu cầu cao nhất.
• Bàn cấp liệu và xe đổi liệu: chạy tới lui khi nạp liệu, chủ yếu là cáp tín hiệu và nguồn.
• Dao gạt và mô-đun thị giác của máy in kem hàn: hành trình ngắn, tần suất cao, ngay bên dưới là lưới in nên bụi rơi xuống ảnh hưởng trực tiếp chất lượng in.
• Dầm camera của máy AOI và SPI: rất nhạy với độ lặp lại định vị, rung của xích đi thẳng vào ảnh.
• Cơ cấu nâng hạ và dịch chuyển của máy vào bo, máy đệm, máy cắt bo: phần lớn là chuyển động thẳng đứng hoặc ngang hành trình ngắn, không gian hẹp.
• Đoạn băng tải ở cửa vào và ra lò reflow: nhiệt độ cao, đoạn này yêu cầu vật liệu chịu nhiệt là bắt buộc.

Ngược lại, ray băng tải cố định và máng đi dây trong khung máy không cần xích, dùng máng hoặc đoạn cố định là đủ. Khi hỏi giá, đếm xem có bao nhiêu trục thực sự chuyển động sẽ hữu ích hơn là hỏi giá trước.

Điều kiện SMT khác máy công cụ ở đâu

Bốn khác biệt khiến không thể áp nguyên kinh nghiệm chọn cho trung tâm gia công:

1. Hành trình ngắn, nhịp nhanh. Xích của trung tâm gia công đi vài trăm đến cả nghìn mm, một ngày không được mấy lần; trục máy dán linh kiện đảo chiều mỗi giây. Chạy một năm, số chu trình có thể cao hơn một bậc, và mài mòn tích lũy theo số lần.
2. Cáp nhỏ, nhiều sợi. Một sợi nguồn cộng mười mấy sợi tín hiệu, hai sợi quang, một ống khí là bình thường. Cáp nhỏ chịu uốn kém hơn và nhạy với bán kính uốn.
3. Độ sạch là chỉ tiêu bắt buộc. Máy công cụ rơi chút bụi không ai để ý, xưởng SMT thì máy đếm hạt ghi nhận.
4. Không gian rất hẹp. Vỏ máy vốn đã chật, chiều cao lắp đặt cho xích thường chỉ còn vài chục mm.

Ghép bốn điểm này lại: xích cho SMT phải nhỏ, nhẹ, ít sinh bụi, khe hở nhỏ, chứ không phải chỉ cần chắc. Dùng dư hệ số của dòng chịu tải sẽ làm mắt xích nặng hơn, quán tính lớn hơn và rung nhiều hơn.

Độ sạch: bụi từ đâu ra

Hạt trong phòng sạch có nhiều nguồn. Phần do bản thân xích đóng góp chủ yếu từ ba chỗ:

• Ma sát trượt giữa các mắt xích: đây là nguồn chính. Mắt xích cọ vào nhau khi uốn và duỗi, vật liệu bị mài ra thành hạt.
• Ma sát giữa vỏ cáp và thành trong của xích: cáp xê dịch trong rãnh và vỏ bị mài.
• Thoát khí và lão hóa của vật liệu: nylon thường sau thời gian dài uốn sẽ xù bề mặt, xù là bắt đầu sinh bụi.

Ba hành động tương ứng:

1. Chọn đúng vật liệu. Môi trường sạch dùng TPU thay vì nylon thường, vì đặc tính chịu mài mòn và ít thoát khí phù hợp hơn. Dòng WWC của CNWSL dùng TPU, chịu nhiệt -20℃ đến 120℃.
2. Kiểm soát dịch chuyển trong rãnh. Nếu cáp xê dịch tự do, bề mặt ma sát luôn thay đổi. Dùng vách ngăn và vách đứng để chia lớp và cố định bó cáp, giảm xê dịch thì mài mòn giảm theo.
3. Đừng ép bán kính uốn đến giới hạn. Bán kính càng nhỏ, góc xoay mắt xích càng lớn, quãng đường ma sát càng dài. Để dư một cấp thì cả sinh bụi và tuổi thọ đều tốt hơn.

Cách định nghĩa cấp sạch nằm trong ISO 14644-1:2015, phân cấp theo nồng độ hạt lơ lửng từ 0,1 µm đến 5 µm. Cấp "Class 100" hay gặp trên bản vẽ cũ là cách gọi của tiêu chuẩn liên bang Mỹ 209E đã bãi bỏ, tương ứng gần với cấp ISO 5 của ISO 14644-1. Khi trao đổi với khách phải hỏi rõ họ dùng hệ nào, đừng nhầm Class 100 với ISO 100, hai con số này lệch nhau ba bậc độ lớn.

Hành trình ngắn tần suất cao: bước xích và khe hở

Hành trình ngắn là điểm đặc thù nhất của xích cho SMT, cũng là chỗ chọn sai nhiều nhất.

Vấn đề một: hành trình quá ngắn, cung uốn không đủ. Xích cần một cung uốn 180° hoàn chỉnh khi chạy bình thường. Nếu hành trình ngắn hơn không gian mà cung đó cần, xích sẽ chạy qua lại ở trạng thái uốn dở, mắt xích chịu tải lâu ở vị trí nửa uốn và mài mòn tập trung vào vài mắt. Kiểu hỏng này trông như "một mắt mòn thủng sớm bất thường", nhưng nguyên nhân là hành trình không khớp bán kính uốn.

Cách kiểm tra rất trực tiếp: đặt hành trình và bán kính uốn cạnh nhau, hành trình tối thiểu phải cho xích hoàn thành một chu trình uốn-duỗi trọn vẹn. Nếu hành trình thực sự quá ngắn, hãy giảm bán kính uốn hoặc dùng kết cấu không cần cung uốn đầy đủ.

Vấn đề hai: khe hở tạo rung. Giữa các mắt xích luôn có khe lắp ghép, khe nhân với số mắt là độ rơ tích lũy. Hành trình dài thì độ rơ được chia đều; hành trình ngắn và gia tốc cao thì độ rơ biểu hiện thành một cú va ở mỗi lần đảo chiều. Với máy định vị chính xác đến micromet, cú va này truyền xuống đế máy.

Ba việc có thể làm:

• Chọn dòng có bước xích nhỏ, cùng độ rơ nhưng chia trên mắt ngắn hơn nên tích lũy ít hơn.
• Giảm tải trong rãnh: chia cáp nhỏ sang khoang riêng, đừng nhồi mười mấy sợi vào một khoang.
• Cố định chắc hai đầu nối để xích không tự tìm vị trí.

Giới hạn tốc độ và gia tốc là một bài tính khác, xem giới hạn tốc độ và gia tốc của xích dẫn cáp.

Chiều rộng trong và chia lớp: bao nhiêu sợi một khoang

Với thiết bị SMT, chiều rộng trong không được chọn theo kiểu "nhồi vừa", mà theo kiểu "nhồi vừa rồi còn chuyển động được không".

• Tỷ lệ lấp đầy: tổng tiết diện cáp, tính cả bao ngoài, trên tiết diện trong của xích. Nên giữ dưới 60%. Vượt ngưỡng này, cáp không còn khoảng dịch ngang và sẽ ép vào nhau khi uốn.
• Chia lớp: cáp nguồn, cáp tín hiệu và sợi quang đi khoang riêng. Nhiễu là một chuyện, nhưng thực tế hơn là cáp thô đẩy cáp nhỏ vào thành rãnh để cọ xát.
• Sợi quang để riêng: sợi quang cho phép bán kính uốn lớn hơn cáp nhiều và rất kỵ lực ép ngang. Trộn với cáp thô, chỉ một lần uốn là vượt giới hạn.

Cách tính cụ thể ở bài chọn chiều rộng trong của xích dẫn cáp.

Bán kính uốn: tính ngược từ cáp

Thứ tự không thể đảo: xem cáp trước, rồi định R, cuối cùng xem khung máy có chỗ không.

• Bán kính uốn cho phép của cáp thường tính theo bội số đường kính ngoài, và bội số của cáp nguồn, cáp tín hiệu, sợi quang hoàn toàn khác nhau, sợi quang lớn nhất.
• Bán kính uốn của xích phải lớn hơn giới hạn dưới của sợi cáp khắt khe nhất trong bó.
• Định xong R thì kiểm lại chiều cao lắp đặt: R lớn hơn thì đoạn uốn chiếm nhiều chiều cao hơn, và trong vỏ thiết bị đây thường là lý do khiến phương án không khả thi.

Cách tính đầy đủ ở bài cách tính bán kính uốn của xích dẫn cáp.

Dòng WWC không bụi: theo chiều cao trong

Xích không bụi của CNWSL là dòng WWC, vật liệu TPU, chịu nhiệt -20℃ đến 120℃, chia năm mức chiều cao trong:

Đối chiếu với tình huống SMT:

• Bó cáp tín hiệu của đầu gắp, dầm camera AOI → WWC15 / WWC18, hành trình ngắn, cáp nhỏ.
• Dao gạt máy in, bàn cấp liệu, máy vào bo → WWC22 / WWC28.
• Máy cắt bo, hoặc chỗ cần đi ống khí hay cáp nguồn lớn hơn → WWC35.

Đây chỉ là đối chiếu theo bậc độ lớn, thực tế phải tính ngược từ danh sách cáp. Trang sản phẩm: xích không bụi dòng WWC; bảng thông số ở mục tải tài liệu.

Chi tiết lắp đặt dễ bị bỏ qua

1. Lắp ngang hay lắp đứng. Trong thiết bị SMT, lắp đứng rất phổ biến với cơ cấu nâng hạ và đệm. Khi lắp đứng, trọng lượng xích tác dụng trực tiếp lên đoạn uốn, khả năng chịu nhịp khác hẳn lắp ngang, không thể dùng số liệu lắp ngang.
2. Vị trí đầu cố định. Với máy hành trình ngắn, đầu cố định thường do khung quyết định, nhưng phải bảo đảm xích không bị kéo căng hay bị chặn cứng ở cả hai vị trí giới hạn. Chừa một đến hai mắt ở mỗi đầu.
3. Có cần rãnh dẫn hướng không. Hành trình ngắn thường không cần, nhưng nếu bó cáp nặng hoặc có lực ngang, thêm một đoạn dẫn hướng ngắn vẫn rẻ hơn sửa kết cấu sau.
4. Đẳng thế cho đầu nối và bản lắp. Xưởng SMT có yêu cầu về kiểm soát tĩnh điện. IEC 61340-5-1:2024 là bản hiện hành, quy định việc thiết lập và duy trì chương trình kiểm soát ESD. Bản thân xích không phải thiết bị kiểm soát tĩnh điện, nhưng việc nối đất đầu nối kim loại và bản lắp nên làm ngay khi lắp ráp, đừng để bổ sung sau.

Yêu cầu an toàn máy xem IEC 60204-1:2016 về đi dây và cố định cáp trên bộ phận chuyển động, và ISO 12100:2010 về phương pháp đánh giá rủi ro. Chỗ có ống khí, bán kính uốn cho phép của ống thường lớn hơn cáp, tham khảo ISO 4414:2010, đừng lấy số của cáp áp chung.

Sáu lỗi thường gặp

1. Dùng xích nylon thường trong khu sạch, vài tháng sau lượng hạt vượt ngưỡng.
2. Hành trình quá ngắn mà chọn bán kính uốn lớn, cung uốn không đủ, vài mắt mòn thủng sớm.
3. Nhồi tỷ lệ lấp đầy tới 80%, khi uốn ép vào nhau và rách vỏ cáp.
4. Sợi quang chung khoang với cáp nguồn, uốn một lần là vượt giới hạn.
5. Lắp đứng nhưng chép số liệu nhịp của lắp ngang.
6. Chỉ so giá xích, không tính thời gian dừng để thay, vì một giờ dừng dây chuyền SMT tốn hơn nhiều so với giá trị món hàng.

Bảy mục cần ghi rõ trong yêu cầu báo giá

Ghi rõ bảy mục này thì câu trả lời của nhà cung cấp phải là một tổ hợp "dòng + chiều rộng trong + bán kính uốn + số mắt", chứ không phải một câu "chúng tôi có sẵn hàng".

Về nguồn cung và kiểm chứng

CNWSL sản xuất tại phường Tiancheng, Yueqing, tỉnh Chiết Giang, có năng lực sản xuất và năng lực phát triển khuôn riêng, có thể bố trí tham quan nhà máy. Đầu mối bán hàng đặt tại văn phòng Thường Châu. Chúng tôi đã có IATF 16949 và có thể cung cấp hồ sơ hệ thống.

Một lưu ý thẳng thắn: hiệu quả thực tế trong môi trường sạch phụ thuộc mạnh vào cáp, hành trình và gia tốc, bảng thông số chỉ dùng để sàng lọc ban đầu. Nên chạy một lô nhỏ với đúng bộ cáp của bạn, theo dõi sinh bụi và mài mòn vài tháng rồi mới chốt số lượng lớn. Cách này đáng tin hơn mọi bảng so sánh.

Bài liên quan

• Hướng dẫn chọn xích dẫn cáp cho phòng sạch
• Chọn xích dẫn cáp 8 bước
• Giới hạn tốc độ và gia tốc của xích dẫn cáp

Cần tính phương án cho thiết bị SMT của bạn, hãy liên hệ hoặc lấy bảng thông số WWC ở mục tải tài liệu.