片式电子元件贴装设备动力学性能研究

摘要

贴片机是电子产业的关键设备之一，它具有高速、高精度、智能化、多功能等特点。采用全自动贴片技术，能有效提高生产效率，降低制造成本。本文基于有限元方法与多体动力学方法，利用振动测试设备与激光干涉仪等先进的测试手段，重点对全自动贴片机结构优化与固有特性的提高、结合部参数获取、运动精度的改善以及机电联合仿真等方面进行了如下研究： 1.贴片机机架与横梁动态设计与方案优选。贴片机机架、横梁等关键零部件的结构复杂，仅仅依靠传统的静力设计和经验设计的方法无法获得良好的动态品质。采用频率设计原则结合静力校核的方法，对贴片机的机架和横梁部件进行动态设计与方案优选，使机架与横梁的变形与固频达到合理范围，整机结构最优，达到改善贴片机系统的动态特性的目的。 2.装配体结合部的参数获取。在进行整机模态分析和多体动力学仿真分析时，装配体结合部的建模处理是一个需要解决的关键技术问题，其参数可通过试验方法获取，通过建立实验模态装置和扭摆刚度获取装置，分别得到了结合部的拉伸与扭摆刚度。 3.贴片机整机模态分析。贴片机作为高速高精机器，其结构动态特性直接影响着机器速度与精度的提高，为提高全自动贴片机的动态性能，利用软件MSC.Patran/Nastran，基于零部件的较优结构，建立包含接合部的整机模型，对影响装配体固频与振型的因素进行了分析，并根据分析结果，找出薄弱环节，优化设计，为运动精度分析奠定基础。 4.贴片机运动精度分析。建立运动精度分析方法，寻求解决贴片机整体机械性能的改善和提高，通过仿真测量与实验例证，寻找一条从结构设计到工艺控制的方法与途径，实现贴片机机械加工性能的突破。 5.贴片机系统机电联合仿真。基于虚拟样机技术，利用企业内部局域网，应用TCP/IP技术，联合机械动力学仿真软件MSC.ADAMS与控制系统仿真软件MATLAB，进行了贴片机机电一体化联合仿真研究。通过调节机械参数与控制参数，使控制曲线的性能指标达到较优值；从机电一体化的角度解决了机械工程师与控制工程师的设计协作问题，使贴片机设计在机械、电子与控制各方面达到良好匹配，为贴片机运动平台的研发提供了一种完整方法。 本文在贴片机的结构优化、固有特性的改善、结合部参数获取、运动精度的提高以及机电一体化联合仿真方面进行了全面和系统的分析与研究，对于提高和改善全自动贴片机的抗振性能和运动精度做出了具有一定开创性的工作，是国内贴片机自主研发工作的发展与深入总结。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 引言

1.2贴片机的工作原理

1.3贴片机的机构形式

1.4贴片机x-y运动机构

1.5贴片机动力学性能分析相关研究方法综述

1.6国内外贴片机性能研究

1.7 国内外高精高速设备动力学性能研究现状

1.8 论文研究的主要内容

第二章SMT2505型贴片机多体动力学模型

2.1 引言

2.2多体系统动力学建模基础

2.2.1多刚体动力学建模方法

2.2.2笛卡尔方法建模基础

2.3 SMT2505型贴片机多体系统动力学模型

2.3.1 SMT2505型贴片机的拓扑结构

2.3.2 SMT2505型贴片机约束类型及约束方程的建立

2.3.3 SMT2505型贴片机动力学模型

2.4本章小结

第三章 SMT2505型贴片机结构设计与分析

3.1 引言

3.2 SMT2505型贴片机工作原理

3.3 SMT2505型贴片机结构组成

3.3.1贴装头模块

3.3.2 X-Y运动机构模块

3.3.3机架模块

3.3.4送板机构模块

3.3.5带式送料器排列组模块与盘式送料器模块

3.3.6视觉机械组成模块

3.3.7吸嘴模块

3.4贴片机主要结构件的三维建模

3.5贴片机主要零部件CAE分析

3.5.1机架的静力校核与模态分析

3.5.2横梁的静力校核与模态分析

3.6贴片机主要组件动力学仿真及电机选型

3.6.1 Z向转盘式贴装头动力学仿真及电机选型

3.6.2 X-Y运动平台动力学仿真及电机选型

3.7本章小结

第四章SMT2505型贴片机机架与横梁结构动态设计与方案优选

4.1 引言

4.2贴片机动态设计原则

4.3机架结构设计与方案优选

4.3.1设计条件和目标

4.3.2机架结构设计

4.3.3机架仿真计算及结果分析

4.3.4优选模型的静力校核与模态分析

4.4横梁结构优化及方案优选

4.4.1设计条件和目标

4.4.2横梁结构优化与方案优选

4.5本章小结

第五章SMT2505型贴片机结合部参数获取实验

5.1 引言

5.2结合部概念及贴片机结合部参数获取方法

5.3实验模态分析的基本原理与方法

5.3.1实验模态分析的原理

5.3.2试验模态测试设备与测试方法

5.4基于实验模态的Z轴底板与滑块结合部连接刚度获取

5.4.1结合部连接刚度识别理论基础

5.4.2模态实验

5.4.3仿真计算

5.5横梁连接板与Y向滑块结合部连接刚度优化识别

5.5.1模态实验

5.5.2仿真计算

5.6横梁扭摆连接刚度测试实验

5.7本章小结

第六章贴片机整机模态分析

6.1 引言

6.2模态分析理论基础

6.3贴片机系统各结合部模型

6.3.1结合部动力学模型理论基础

6.3.2贴片机各结合部动力学模型

6.4贴片机整机模态分析有限元模型的建立

6.5贴片机整机模态分析

6.5.1动静比的影响

6.5.2重心位置的影响

6.5.3修正模型的模态分析

6.6本章小结

第七章贴片机运动精度分析与实验

7.1 引言

7.2贴片机运动精度

7.3贴片机运动原理

7.4贴片机虚拟样机模型

7.4.1贴片机滑块与导轨的接触模型

7.4.2贴片机接合部的柔性处理

7.4.3施加驱动

7.4.4贴片机虚拟样机模型

7.5运动精度的影响分析

7.5.1运动精度的仿真"测量"

7.5.2运动精度的影响分析

7.6优化模型与原始模型的运动精度比较

7.7运动精度测试实验

7.7.1 实验系统及工作原理

7.7.2实验系统的组成

7.7.3实验目的

7.7.4物理测试与数据采集

7.7.5实验结果分析

7.8本章小结

第八章贴片机机电一体化仿真研究

8.1引言

8.2贴片机运动控制系统

8.3分布式仿真平台建立

8.4贴片机机械模块虚拟样机的建立

8.5协同仿真虚拟样机建模

8.6动态性能影响分析

8.6.1基于基本机械参数的分布式仿真

8.6.2动态性能影响分析

8.7本章小结

第九章全文总结

参考文献

致谢

攻读博士期间发表的论文和参与科研情况