（机械工程专业论文）ic编带机双摆杆取料机构的设计与研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 随着集成电路封装业的迅速发展，高性能、高效率封装设备的开发越来越需要。i c 编带机是集成电路后封装生产线上的重要设备，其性能和效率对生产线的产量有直接影 响。取料机构是i c 编带机的重要机构之一，它的好坏直接关系到i c 编带机的整机性能 和生产效率。本文结合2 只，秒全自动i c 编带机研制课题，对i c 编带机的取料机构进行 设计研究。论文的具体内容如下： 在分析国内外i c 编带机及其取料机构的研究现状的基础上，首先，根据i c 编带机 的工作原理和整体结构要求，初步确定出双摆杆取料机构的设计方案。对机构中各构件 以及连接方式进行了结构设计；并利用运动仿真分析软件a d a m s 建立双摆杆取料机构 的模型，进行运动仿真分析及机构的干涉检验；接着，对模型进行运动学分析，推导出 任意时刻模型的运动方程，分析绘制出双摆杆取料机构中两摆杆的位移、角速度、角 加速度曲线图：最后，利用s o l i d w o r k s 软件对两摆杆进行受力分析，根据分析结果，对 结构进行改进，使设计完善。 设计出的i c 编带机双摆杆取料机构在实际中被采用，实践证明该设计满足了2 只 秒i c 编带机的要求。 关键词：i c 编带机双摆杆取料机构运动分析受力分析 华中科技大学硕士学位论文 1 1 课题概述 l _ l - 1 课题的提出 l 绪论 在经济全球化、信息化的今天，i c 产业无疑是影响国家经济、政治和国防安全的战 略必争产业【”。在i c 产业中，i c 装备有着极其重要的战略地位，受到了美国、日本、 欧洲和包括中国台湾、新加坡、马来西亚等亚洲各i c 产业新生力量的高度重视，纷纷 制定国家战略予以大力支持【2 】。 目前，世界i c 装备产业已成为i c 产业的驱动力和重要组成部分。集成电路是信息 产业的基础，而集成电路制造设备又是集成电路产业的基础：建立在半导体制造设备基础 之上的集成电路制造设备是实现集成电路工艺的载体，而先进的制造设备又是其生命力 不断延续的必然保证。集成电路产业如果没有自己的集成电路制造设备做后盾，就会在 未来庞大的信息产业市场失去主动权【3 】。 集成电路的封装业是项技术含量高，市场需求大，发展迅速的产业。封装设备主 要包括：探针、划片贴片、引线键合、封装、电镀、印字、切筋打弯、成品测试、编带 等设备 4 1 。目前这些设备主要依赖进口。而编带机是集成电路后封装工艺线上的主要设 备，市场需求量大，近年来，进口设备以其良好的性能基本垄断着较大规模的生产线等 市场，但因其价格昂贵，维修不便等原因，限制该设备更大规模的引进和我国集成电路 行业的进一步发展口】。因此，国内各集成电路后封装生产线迫切希望有能代替进口设备， 有优良性能的国产设备问世。 近年来，在国家大力发展信息产业方针的引导下，北京、上海、深圳等地引进了一 批较为先进的i c 生产线，进口的i c 封装和编带设备占据统治地位，价格约为1 2 1 5 万 美金6 1 。中国微电子产业进入了蓬勃发展的新时期，我国i c 产业的堀起已成定势网。但 是在西方发达国家的技术封锁下，如果缺乏自主i c 装备的支撑，单纯依靠引进生产线， 我国i c 产业只能是“代代引进、代代落后”，它的发展永远受制于人，难以达到世界先 华中科技大学顽士学位论文 气部分保持协调。该系统识别的效率和对i c 识别的准确性，直接影响整个机器的效率 以及产品的合格率。设计过程中主要要攻克的技术难点有：图像处理算法、印字的识别 算法和图像背景平均灰度的测量算法，这些通过采用现成的处理卡和一些特殊算法可攻 克。 由此可以看出，在国内后封装生产线上，一方面要保证设备的自动化程度，另一方 面要提高设备的生产效率，增加i c 编带机的一次取料数量将对提高设备的生产效率极 为关键。因此，设计和研究双摆杆取料机构具有深远的意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国内外i c 编带机现状 在国外，各发达国家或在集成电路行业发展中取得长足进步的其他国家，都有其拥 有自主知识产权的编带机。主要是以日本和新加坡为主。日本最擅长半导体元件的生产。 前期v n 3 0 0 m ki 型编带机采用棘轮、棘爪、凸轮传动，效率低吼而v n 3 0 0 m k 型编 带机采用l c d 显示，可视菜单操作，有自动检测和自动修正功能。目前，日本n e c 的 编带机具有多工位滑道，效率高，但加工难度大，成本高【”。而新加坡a e m e i r i e c h 公司的t t r l o o v 型编带机，具有双吸头，传输精度高，成品率高，自动补料，排废等 功能，采用了高精度传感器，交流伺服电机，高分辨率图像识别系统，效率高，但加工 难度大，成本高例。 国内外此类设备分为三大类： 第一类是简单的手动编带机，价位在几万元到十二、三万元人民币，适用于要求不 高，批量不大的s m d 封装。 第二类是自动编带机，价位在十五万至三十万人民币( 进口设备约5 万美金) 。 适用于批量s m d 元件，一般采用振动料斗供料，i c 产品依靠料棒供料，整机无外观检 查系统。 第三类是目前最先进的全自动编带机，拥有引脚、印字、成型( 切筋打弯) 外观检 查等功能，精度高、效率高，价格在6 0 万元人民币以上( 进口设备约1 0 2 0 万美金) 【1 0 】， 华中科技大学硕士学位论文 详情见表1 1 表 1 1国内i c 编带机发展状况一览表l 【1 2 类别普通手动( i 类)简单自动( i i 类)先进自动( i i i 类) 效率约2 0 0 0 片，j 、时3 0 0 0 一5 0 0 0 片，j 、时2 0 0 0 5 0 0 0 片，j 、时 技术带宽8 - 2 4 m m ( 可调换) 带宽8 5 6 m m ( 可调换)带宽5 5 5 0 5 0 m m ( 可调换) 指标温度o 2 0 0 温度o 2 0 0 温度o 2 0 0 手动或用真空拾取笔圆盘振动加真空( 分度伺服驱动 上料 机构) 送料真空拾取4 5 。斜架滑道 方式 4 5 。斜架滑道 约5 1 5 万元1 5 3 0 万元( 人民币)6 0 8 0 万元( 人民币) 价位 进口设备( 5 万美元)进口设备( 1 0 一2 0 万美元) 自动无无外观检查c c d 自动识别分析外观 识别可增加电性、极性检测( 引脚、成形、印字) 适用 普通、小批量s m d 封大批量s m d 或外观要成品率极高的i c 产品封装或外形 装求一般的i c复杂的s m d 器件，自动识别后编 范围 带速度等于或略大于i i 类设备 b d j 8 2 4 片式元器件编b d j 一8 5 6 片式元器件编t f s 3 0 0 外观检查卷带机( 台湾乘 带机( 太原风华信息装带机( 太原风华)达企业有限公司) 备股份有限公司)t m 一4 0 0 ( 6 0 0 0 ，8 0 0 0 ) 全v n 一3 0 0 0 m k i i 包封机( 日本永田 f z j 2 0 0 0 卷带封装机自动编带机( 上海大西精机株式会社) ( 天津普利美国际贸洋机电有限公司) 设备易有限公司)h s 9 8 0 0 a ( 烟台新维 产地1 m 3 0 半自动编带机精密有限公司) ( 上海大西洋机电有 限公司) h r _ 9 7 0 0 c 编带机 ( 烟台新维精密有限 公司) 华中科技大学硕士学位论文 2 双摆杆取料机构设计与干涉检验 2 1 采用双摆杆机构的理由 目前，在国内后封装生产线上，一方面要保证设备的自动化程度，另一方面要提高 设备的生产效率，增加i c 编带机的取料频率将对提高设备的生产效率极为关键。 通过上述对国内外i c 编带机取料机构的研究和分析，可知采用摆杆机构比较成熟 另外与凸轮机构相比也比较简单。同时，摆杆机构好调整，吸头f 乜好控制，在整个设备 中好布置。在不增加过多机构的条件下，采用双摆杆取料机构增加i c 编带机的取料频 率，可提高整机的生产效率和保持其运动的可靠性。这样，在保证滑道和编带导轨一样 的情况下，同样电机的驱动，双摆杆取料机构比单摆杆取料机构快。因此，采用双摆杆 取料机构对提高i c 编带机的效率，实现2 只秒的目标具有重要意义。 按照i c 编带机的编带工作流程，所设计的双摆杆取料机构必须满足的动作是：当 3 5 。上料滑道机构的吸口检测有料时，双摆杆取料机构必须能准确地把在滑道某一固定 位置的i c 料，取放到编带轨道机构的某一固定位置。要求机构运动准确，传动平稳。 2 2 双摆杆机构的传动系统设计 双摆杆取料机构采用同步带传动。其优点是：在同样的张紧力下，同步带传动较其 他传动形式能产生更大的摩擦力，并且允许的传动比较大，结构较紧凑，同时同步带己 标准化并大量生产。因此，可保证传动平稳、准确到位。双摆杆机构的传动方式如图2 1 所示： 华中科技大学硕士学位论文 图2 1 双摆杆取料机构传动系统图 双摆杆机构采用电机驱动，电机的转速为n = 3 0 0 0 r i n i n ，连接在连杆2 上的取料电 机实现正反转工作，当电机工作时，摆杆l 摆动，连接在连杆2 、连杆3 和连杆4 转轴 上的同步带轮同步转动，带动摆杆l 在摆动的同时围绕转轴7 平动，同时带动摆杆2 在 高于摆杆1 所在平面内做摆动，连接在摆杆l 和摆杆2 下方的吸头1 和吸头2 的真空发 生器触发信号有料时，i c 呈吸附状态，反之，吸头无i c 。通过摆杆的摆动实现把i c 料 从上料滑道机构到编带轨道机构的取放料任务。 当滑道系统入口检测无i c 时，摆杆取料机构中的挡料气缸伸出，此时，摆杆座与 料管条平行，摆杆机构开始摆动，使摆杆1 摆到与滑道机构垂直位置，此时吸头1 正好 可以吸上滑道口处检测到的i c 料，摆杆2 此时正好摆到承片台垂直上方，吸头2 正好 吸上承片台上的i c 料。摆杆机构继续摆动，当摆杆l 摆到承片台垂直上方时，吸头l 把吸附的i c 料放到承片台上，此时，摆杆2 摆到编带导轨机构上的i c 壳带的凹壳位置， 此时吸头2 把吸附的i c 料放到i c 壳带的凹壳中，放有i c 料的i c 料壳带在编带轨道机 构上，摆杆机构中的摆杆1 和摆杆2 就这样周而复始的连续摆动3 6 0 。，采用电机实现 正反转，从而使连接在摆杆l 和摆杆2 上的吸头1 和吸头2 的真空发生器发信号，实现 i c 的吸附和取放料任务。 l o 华中科技大学硕士学位论文 2 3 双摆杆取料机构的整体尺寸设计 按照连杆机构运动所必须满足的尺寸要求和i c 编带机其他机构的安装位置，双摆 杆取料机构的尺寸设计如图2 2 所示，可利用著名的g r a s h o f 条件来验证该设计尺 寸。 g r a s h o f 条件是用来预测四杆机构可转性的一个非常简单的关系式： 设s 为最短构件的长度；l 为最长构件的长度：p 为其余构件之一的长度；q 为 其余另一构件的长度。 如果有：s + l p + q ( 2 一1 ) 则该连杆机构是g r a s h o f 机构，且至少有一个构件相对机架平面能够整周转动。同 时也是保证铰链四杆机构有曲柄的条件2 3 】f 2 “。 该机构由于摆杆1 和摆杆2 在各自平面内做平面运动，故可以把该双摆杆取料机构 化为两个四杆机构。 图2 2 双摆杆取料机构整体尺寸图 华中科技大学硕士学位论文 图2 6 摆杆2 的结构尺寸圈 为了减轻重量，在摆秆2 的中间部位开1 3 0m m 嚣! | 篡鞭断西；( j f f 葡；臃礁弼雨矗 砖训砖鸨砑 i 。垂：i 格掣罐婪鞭醵 抛势扯刁蚓两擦= 渣嘲省黎船缈娶靼骐酣! 踅蝠若嗣掣拿型曳。i 珏蕾香蚓；赢雕 匿丽雌列血登t 型i h 查二雏# 譬书臻蝥荭l 要瓣计。 驻数要挂蒌雾馨 忍萋曩磐碌握霎刊型型蛩警萤 务氯圳期f 蓦同类设备有十来种【”】。 第三类：产品目前国内尚未获悉有关研制情况，我所于2 0 0 0 年成功研发了生产效 率达1 只秒的全自动i c 编带机，在国内是最先进的，其上料速度己跟不上自动化的需 要，但此类自动化高、识别精确的设备正是未来发展的趋势，大规模生产线主要生产设 华中科技大学硕士学位论文 c f s 5 u ，并且在摆杆l 与转轴连接面处开长支口，实现摆杆l 的转动和平动，但在整机 的运行调试中，不断出现卡死现象，经过实际使用比较，最后采用t h k 公司的直线导 轨实现转轴与摆杆l 的连接。 2 5 双摆杆取料机构运动轨迹及干涉检验 2 5 1 建立双摆杆取料机构模型 本文所采用的工具是a d m s ( a u t o m a t i cd y n a m i ca n a l y s i so f m e c h a n i c a ls y s t e m s ) 软件，它是世界上应用最广泛且最具有权威性的机械系统运动学和动力学仿真分析软件 ，它的a d a m s v i e w 模块是a d a m s 系列产品的核心模块之一，是一个强大的建 摸和仿真应用环境。使用以用户为中心的交互式图形环境，该模块将图标操作、菜单操 作、鼠标点取操作与交互式图形建模、仿真计算、动画显示和结果分析等功能完美地集 成在一起。仿真结果采用强有力的、形象直观的方式描述虚拟样机的动力学性能，是一 个模拟仿真分析的设计工具，可以直接建造几何模型，然后在几何模型施加约束、力 力矩进行激励，可以执行与实际状况十分接近的运动仿真口”。另外，通过三维软件仿真 分析，利用它的专用后处理模块a d a m s p r o c e s s o r 【2 8 1 可以输出仿真结果以及输出各种分 析数据曲线，得出准确的理论数据和曲线，给予我们作结构设计及优化设计提供了理论 基础和条件【2 。通过分析这些曲线上的数据，进行图解比较，选择合理的最佳设计方案。 根据第2 章和第3 章中双摆杆取料机构的传动系统设计和结构设计，对双摆杆取料 机构进行简化处理： 1 ) 、所有的连杆和摆杆都用连杆代替； 2 ) 、连杆和摆杆的质量最小化； 3 ) 、不考虑吸头部分连杆的长度； 4 ) 、在实际设计中为了增加摆杆1 的强度，在其后面开一支口长槽，保证件7 始 终在槽内滑动，在建摸时为了方便和直观，把摆杆1 上部设计成通孔长槽，为了保证真 实性，其尺寸与直线导轨的行程一致。 利用a d 舢以s 的a d 址l s v i e w 模块，创建摆杆、连杆即p a r t 2 、p a r t 3 、p 小4 、p a n 5 、 华中科技大学硕士学位论文 p a n 6 和p a i t l1 和参考固定件黟o l | l l d 共七个构件，其中6 个活动构件，创建约束为转动 副、移动副和平面副等低副， 没有高副，并且设置3 个转动副为驱动运动副1 3 0 】1 3 1 】。 利用a d a m s 软件中a d a m s v i e w 模块建立双摆杆取料机构模型，如图2 9 所示 图2 9 双摆杆取料机构模型 双摆杆取料机构模型共建7 个p 毗，见表2 1 。 表2 1 双摆杆取料机构模型p a n 表 利用触) a m s 软件中a d a m s ，v i e w 模块所具有的自检功能对所建双摆杆取料机构 模型即图2 9 所示双摆秆取料机构模型进行自检，检验其模型的正确性和合理性，自检 结果如表2 2 所示： 7 华中科技大学硕士学位论文 表2 2模型自检信息表 从表2 2 显示结果表明，所建立双摆杆取料机构模型成功。 2 5 2 对模型进行运动轨迹分析和干涉检验 利用a d a m s 软件对双摆杆取料机构摸型进行运动轨迹仿真，在6 1 s 末仿真结果如 图2 1 0 所示： 图2 1 0 运动轨鎏仿真结果 由图2 1 0 可以看出摆杆1 的头已与转轴7 ( 在图中转轴7 正好被摆杆2 挡住) 相碰， 也就是说，此时，摆杆1 的开槽口上端正好与转轴7 相切，当连杆2 继续转动时，要求 摆杆1 的开槽口上端能继续下行，但此时无论连杆2 怎样摆动，摆杆1 都处于动态静止 华中科技大学硕士学位论文 a ) 、初始状态和结束状态b ) 、仿真时间为3 o s 末状态 c ) 、仿真时间为60 s 末状态d ) 、仿真时间为9 o s 末状态 图2 1 1 杆取料机构模型在一个周期运动轨迹仿真动画截图 由运动轨迹仿真分析动画可以看出该双摆杆取料机构模型运行一个周期，即3 6 0 。 一周各个时期的摆杆l 和摆杆2 位置情况，摆杆l 在各个时期运动均满足运动要求，由 此可以确认摆杆1 长度为1 2 0 衄可以满足整个运动要求。至此，双摆杆取料机构的各个 连杆和摆杆的尺寸设计均能满足2 只，秒全自动i c 编带机对双摆杆取料机构的运动要求， 整个双摆杆取料机构的尺寸设计完成。 还可以看出b ) 状态即为摆杆l 此时与初始位置时夹角为3 5 。的状态，可以确认模 型满足设计要求，该机构的运动轨迹也符合i c 编带机对双摆杆取料机构的要求。 2 6 本章小结 本章先对采用双摆杆机构的理由作了阐述；随后对双摆杆机构的传动系统、整体尺 寸以及结构进行了设计；利用运动仿真分析软件a d a i s 软件中的a d a m s v i e w 模块 华中科技大学硕士学位论文 3 双摆杆取料机构运动分析 3 1 对机构进行运动分析的必要性 运动分析的目的是为机械运动性能和动力性能研究提供必要的依据，是了解、解剖 现有机械，优化、综合新机械的重要内容。如通过对机构的位移和轨迹分析，可考察某 机构或构件上某点能否实现预定的位置和轨迹要求，并可确定从动件的行程所需的运动 空间，据此判断运动中是否产生干涉或确定机构的尺寸【3 3 。 速度分析是加速度分析及确定机器或机构动能和功率的基础，通过速度分析还可以 了解从动件速度的变化能否满足工作要求3 4 】。 在双摆杆取料机构中要求双摆杆取料机构的摆杆在取料时接近于等速运动，以保证 准确吸料；而摆杆的放料行程则要求快速下降释放，以提高生产效率。为了了解所设计 的双摆杆取料机构是否满足这些要求，就需要对双摆杆取料机构进行速度、加速度等运 动学分析。 3 2 双摆杆取料机构的运动方程 3 2 1 对机构建立广义坐标 运动学方程的求解速度很大程度上取决于广义坐标的选择。首先，采用刚体i 的质 心笛卡尔坐标和反映刚体方位的欧拉角( 或广义欧拉角) 作为广义坐标，由于采用了不独 立的广义坐标，系统运动学方程是最大数量但却高度稀疏耦合的微分代数方程，适于用 稀疏矩阵的方法高效求解。 设一个平面机构由n b 个刚性构件组成( 本模型中构件数为7 ，即n b = 7 ) 。在机构所 在平面上建立一个全局坐标系xov ，机构在该坐标系中运动；再为机构上每个构件i 建 立各自的连体坐标系o ( 本模型中i _ 1 ，2 7 ) ，可由连体坐标系的运动确定构件 的运动。选定构件i 连体坐标系原点d 的全局坐标f 【x i ，y i 】1 和连体坐标系相对于全局 华中科技大学硕士学位论文 坐标系的转角m i 组成构件i 的笛卡尔广义矢量q i ；【x i ，y i ，中。 1 ，如图5 1 所示。由n b 个广义坐标数n c = 3 n b ，则系统广义坐标矢量可表示为q - g j ，霹，g ： p ”。 0 图3 1 平面笛卡尔广义坐标 3 2 2 对机构建立约束方程( 位置方程) 、速度和加速度方程 一个实际的机械系统中，构件与支架或构件之间存在运动副的联接，正如本论文所 设计的双摆杆取料机构一样，这些运动副可以用系统广义坐标表示为代数方程。设表示 运动副的约束方程数为n h ，则用系统广义坐标矢量表示的运动学约束方程组为： tt 一 o 。( q ) = 【中1 ( q ) ，2 ( q ) ， om ( q ) 】j - 0 ( 3 一1 ) 这里给出的是定常完整约束情况。如果约束方程与时间相关，则自变量中显含时间 项，这种约束被叫做非定常约束。一般的运动学约束是定常完整约束3 6 。 对于一个有n c 个广义坐标和n h 个约束方程的机械系统，若n c i l l l ，且这n h 个约 束方程是独立、相容的，则系统自由度d d f _ n c n h 。为使系统具有确定运动，可以 采用以下两种方法。 1 ) 、为系统添加与系统自由度d d f 相等的附加驱动约束。 2 ) 、对系统施加力的作用。 若采用第一种方法，系统实际自由度为零，被称为是在运动学上确定的。在此情况 下求解系统运动过程中的位置、速度和加速度的分析是运动学分析，运动学分析本身不 涉及作用力或反作用力问题。但是对于运动学上确定的系统，可以求解系统中约束反力， 华中科技大学硕士学位论文 即已知运动求作用力，这是动力学问题。 若采用第二种方法，系统有着大干零的自由度，但是在外力作用下，对于具有确定 构型和特定初始条件的系统，其动力学响应是确定的，这种情况下求解系统运动过程中 的位置、速度和加速度的分析，成为动力学分析。特殊地，如果外力与时间无关，可以 求解系统的静平衡位置。这就是静平衡分析问题阳。 考虑运动学分析，为使系统具有确定运动，也就是要使系统实际自由度为零，给系 统施加等于自由度( n c n h ) 的驱动约束。 啦o ( a ，t ) = o( 3 2 ) 在一般情况下，驱动约束是广义坐标和时间的函数。驱动约束在其集合内部及其与 运动学约束合集中必须是独立和相容的，在这种条件下，驱动系统在运动学上是确定的， 将作确定运动。 由式( 3 1 ) 表示的系统运动学约束和庙式( 3 2 ) 表示的驱动约束组合成系统所受 的全部约束： 吣= 僦：； = 。 协， 式( 3 ，3 ) 为n c 个广义坐标的n c 个非线性方程组，构成了系统位置方程。求解式 ( 3 3 ) ，就可得到系统在任意时刻的广义坐标位置q ( t ) p ”。 对系统的位置方程进行求导便可得速度方程，即对式( 3 3 ) 运用链式微分法则求 导，得到速度方程： 垂( q ，鼋，f ) = 砸。( g ，f ) 口+ ，( g ，f ) = o ( 3 - 4 ) 若令y ( g ，f ) = 一西，( g ，f ) ，则速度方程为： 中( g ，牙，) = 西。( g ，f ) 雷一y ( g ，f ) = o ( 3 5 ) 如果田。是非奇异的，可以求解式( 3 5 ) 得到各离散时刻的广义坐标速度牙。 对式( 3 4 ) 运用链式微分法则求导，可得到加速度方程： 西( g ，口，口，f ) = 中口( 吼f ) 孕+ ( 西。( 吼f ) 口) 。口+ 2 m 掣( g ，f ) 口+ 巾。( q ，f ) = o ( 3 6 ) 华中科技大学硕士学位论文 若令叩( g ，口，f ) = 一( 由。窜) 。口一2 巾矿口一中。，则加速度方程为 西( g ，口，学，f ) = 巾。( g ，f ) 口一，7 ( 口，口，f ) = o ( 3 7 ) 在速度方程( 3 5 ) 和加速度方程( 3 7 ) 中，雅可比矩阵m 。是约束多体系统运动学 和动力学分析中最重要的矩阵。如果中的维数为m n 矩阵，其定义为 ( m q ) ( ，力= a 。却，。这里中目为n c n c 的方阵。 对式( 3 5 ) 中的y 和式( 3 7 ) 中的玎进行计算时，会涉及到二阶倒数。在实际的数 值求解中，并不是实时地调用求导算法来进行计算，而是先根据具体的约束类型，导出 二阶导数以及雅可比矩阵的表示式，在计算中只需带入基本的数据即可1 3 ”。 对机构进行运动学分析主要是研究机构的位置、速度、加速度和约束反力【4 0 】，因此 只需求解双摆杆取料机构约束方程( 位置方程) ： 中( q ，t i ) = oq 0 已知 ( 3 - 8 ) 下面就双摆杆取料机构中摆杆1 摆动到与初始位置夹角为3 5 。时的运动进行分析， 即利用a d m d s 软件中a d 蝴s p r o c e s s o r 模块，可建立仿真时间为6 o s 时摆杆1 和摆 杆2 的位移、速度和加速度方程。 任一时刻位置的确定，可由约束方程的n e 讯o n r a p h s o n 迭代求得： 詈i 。乃= 一中白，) 其中：衄= 田“一田，j 表示第j 次迭代 ( 3 - 9 ) 时刻速度、加速度的确定，可由约束方程求阶、二阶时间导数得到： f 丝b ：塑 ( 3 - 1 0 ) l a g 1 a ( 詈 卜臀+ 砉喜鑫褂昙( 韵口+ 毒( 别 ( 3 1 】) 华中科技大学硕士学位论文 3 3 双摆杆取料机构运动分析 3 3 1 位移分析 利用运动学分析理论知识和a d a m s 软件的后处理模块a d a m s p r o c e s s o r 的自动 处理功能4 ”，根据建立的双摆杆取料机构的模型，绘制出双摆杆取料机构的摆杆1 和摆 杆2 的位移曲线图。 m 曲l 9 = ：糕黼端鬻l 、 - ， _ 一 。h 、 、 j ， ， k “、 v ， a * ：诅i l r t h 。 忸。 惶5 盛翟6 ：肼t h ee t 0 础导n 蝴 6 ： 6 并 图3 2 摆杆1 和摆杆2 的位移曲线图 由图可以看出摆杆1 和摆杆2 的位移变化基本一致，这保证了两摆杆的摆动一致性 和整个双摆杆取料机构的平稳性。 3 3 2 角速度分析 利用运动学分析理论知识和a d a m s 软件的后处理模块a d a m s 伊r o c e s s o r 的自动 处理功能，根据建立的双摆杆取料机构的模型，绘制出双摆杆取料机构的摆杆1 和摆杆 2 的角速度曲线图。 华中科技大学硕士学位论文 图3 3 摆杆l 和摆杆2 的角速度曲线图 由图可以看出摆杆l 的角速度变化比较大，而摆杆2 的角速度基本没有变化，这也 正如当初设计时所考虑运动情况一致，当摆杆1 摆到所要求3 5 。角度位置时，杆件2 、 3 和4 正好摆动夹角且= 1 8 0 。，而摆杆2 在整周3 6 0 。的摆动过程中始终保持铅直不变， 从而保证了摆杆1 摆动到位，从3 5 。上料滑道机构上取出i c 料返回原位放下i c 料时时， 同时摆杆2 到达摆杆l 的初始位置，取走送来的i c 料返回原位，把i c 料放到特制的i c 轨道上，进行编带，摆杆l 和摆杆2 就这样周而复始的往返于3 5 。上料滑道机构和特制 的i c 轨道之间，完成整个取送料工作。 3 3 3 双摆杆取料机构角加速度分析 利用运动学分析理论知识和a d a m s 软件的后处理模块a d a m s p r o c e s s o r 的自动 处理功能，根据建立的双摆杆取料机构的模型，绘制出双摆杆取料机构的摆杆1 和摆杆 2 的角加速度曲线图。 华中科技大学硕士学位论文 移s 、角速度百和角加速度痧和实际要求的此位置摆杆l 和摆杆2 的位移s 、角速度毋和 角加速度值基本吻合。 3 4 本章小结 本章阐述了对双摆杆取料机构进行运动学分析的必要性，然后对多体系统的运动学 分析知识及步骤作了介绍，对多体系统的运动学分析建立约束方程( 位置方程) 和建立 速度和加速度方程理论知识做了阐述； 并对双摆杆取料机构模型进行运动学和动力学的理论基础进行理论运动学分析，得 出任意时刻模型上任意构件的位移、速度和加速度方程； 再利用仿真分析软件a d a m s 软件的后处理模块a d a m s p r o c e s s o r 自动处理功能， 绘制出双摆杆取料机构运动学分析曲线图：位移曲线图、角速度曲线图和角加速度曲线图； 通过曲线图求解出在摆杆1 摆到3 5 。上料滑道机构位置时摆杆l 和摆杆2 的位移s 、 角速度分和角加速度和实际要求的此位置摆杆1 和摆杆2 的位移s 、角速度p 和角加速 度百值进行比较，得出结论。 2 9 华中科技大学硕士学位论文 图4 1 摆杼l 的应力图解 其分析结果表明：摆杆l 在运动时，在约束和载荷的作用下所受到的应力在危险截 面附近，其应力大多都大于屈服力，并且初设计的摆杆1 结构最低安全系数为o 7 0 4 6 1 5 。 即在机构运动时，摆杆l 的会发生严重变形，也就是说，摆杆1 的强度不能满足需要， 须对摆杆1 的设计进行改进和修复。 改进方案采用加大摆杆l 尺寸的方法提高其强度。如图4 2 所示： 图4 - 2 改进后摆杆l 的结构尺寸图 把摆杆i 的截面尺寸加大，其摆杆尺寸由原来的长为1 7 5 m m ，宽为1 5 m m ，高为 5 m m ，加大为宽为2 0 m m ，高为8 m m 其头部支口尺寸相应1 lm m 宽变为1 6 m m 宽。 对加大后的摆杆1 再进行约束、载荷和受力分析，分析结果如图4 - 3 所示： 华中科技大学硕士学位论文 图冬3 改进后摆杆l 的应力图解 其分析结果表明：改进后摆杆l 在运动时，在约束和载荷的作用下所受到的应力在 危险截面附近，其虚力都小于屈服力，。并且改进后摆杆1 结构的最低安全系数为1 1 6 3 1 l 。 即在机构运动时，摆杆1 变形很小，不会产生不良影响。 4 2 2 摇扦2 受力分析及结构改进 同样的方法：对初设计的摆杆2 进行约束、载倚和受力分析，分析结果如下： 摆杆2 ( p a nc o n f i g u f 鲥o n 一默认) 的质量特性和转动惯量等参数为 质量= 2 5 8 6 克 表面积= 8 5 8 5 1 0 平方毫米 惯性主轴和惯性力矩：( 克平方毫米) i x = ( 1 0 0 ，o o o ，0 0 0 ) p x = 7 6 7 1 8 i y2 ( - o o o ，1 o o ，- 0 0 0 ) p y = 1 1 3 3 9 3 3 5 i z = ( 0 0 0 ，o o o ，1 o o ) p z = 1 1 4 0 5 3 5 0 摆杆2 在其受一定约束和载荷的情况下，运动情况和变形如图4 _ 4 所示： 华中科技大学硕士学位论文 5 1 结论 5 结论与展望 木论文从双摆杆取料机构的尺寸和结构设计、干涉分析以及运动学、动力学分析等 几方面对双摆杆取料机构进行设汁和研究。得出结论如下： l 、通过对i c 编带机及其取料机构的丰要功能和工作原理的分析，说明双摆杆耿料 机构设计的好坏直接关系到2 只秒全自动i c 编带机的研制。 2 、根据圯编带机取料机构的要求，对双拦杆取料机构进行动作、传动系统、整体 尺寸和结构进行设计；并利用运动仿真分析，建立了双摆杆取料机构模型，根据运动仿 真动画对机构的进行运动轨迹分析和丁涉检验。 3 、研究和推导出模型上各构件的位移、速度和加速度方程，得出了任意时刻模型 上构件的位移、速度和加速度，同时利用a d a m s 软件的后处理模块a d a m s ，p r o c e s s o r 自动处理功能，绘制出r 取摆杆取料机构摆杆l 和摆杆2 的位移曲线图、角速度曲线图 和角加速度曲线图。最后，通过曲线图上的数据求解出在摆杆1 摆到与上料滑道机构位 置夹角为3 5 ”时摆杆1 和摆杆2 的位移s 、角速度目和角加速度日，求出的值和实际运 动时所要求的值基本吻合。 4 、对机构中关键零件摆杆l 和摆杆2 分别进行了受力分析，根据分析结果，对初 始设计进行改进和修复，直到得到满意的设计结果。 5 2 展望 本文在设计耿摆杆取料机构时，除虚用了传统的机构设计方法外，主要是利用发达 的计算机技术和先进的应用软件运动仿真分析软件，这样使设计直观和形象，修改 和优化快捷，可以避免许多繁琐的画图和计算工作，可以缩短零件、机构、系统和样机 的设计周期，尤其是在发展迅速的封装设备行业，产品更新换代快的今天，要求我们这 些技术人员必须在最短的时间里设计出最优的设备，本文贝足在连杆设计巾应用了发达 些技术人员必须在最短的时间里设计卅最优的设备，本文只是在连杆设计中应用了发达 华中科技大学硕士学位论文 的计算机技术和先进的应用软件运动仿真分析软件，在凸轮机构、齿轮机构、分度 机构乃至更复杂的机构设计这种方法一定会收到更好的效果。相信在不久的将来这种方 法和思路会应用到各种机构乃至系统、样机的设计中，机器及机构的优化设计和虚拟设 计将会变成现实。 华中科技大学硕士学位论文 参考文献 【1 】李志民高密度电子封装的最新进展和发展趋势世界电子元器件，2 0 0 4 6 【2 】m e i w a n 书l ，s e m i c o n d u c t o r p a c k a g e i n t r o d u c t i o n 电子工业专用设备，2 0 0 5 0 5 ： 1 4 2 1 3 王志越i c 与m e m s 制造技术及其发展趋势电子专用设备，2 0 0 21 0 ，第1 8 7 页 t qt e c h n o i o 到d n v e r ss 础c h m l 舀n g t h ep c l c c c i 舀n gi n 幽s 打y a 幽a n c e d p a c k a g i n g2 0 0 4 1 l 5 】肋幽增肋妇孵5 印妙5 坳a d v a n c e dp a c k a g i n g 2 0 0 011 1 2 ( 英文) 6 汪劲松、朱煜我国“十五期间i c 制造装备的发展战略研究制造业信息化工 程，2 0 0 22 ，第3 卷，第1 期 【7 】赛迪顾问公司半导体事业部中国集成电路产业持续向好世界电子元器件， 2 0 0 43 8 日本永田精机株式会社v n 一3 0 0 m ki i 型i c 包封机使用说明书( 英文) 9 新加坡删e v e r t e c h 公司的t _ i r l o o v 编带机使用说明书( 英文) 【1 0 】t 缸s u y ah i r o s e h i g h _ f r e q u e n c yi cp a c k a g i n gt e c h n o l o g i e sf u j i t s ul a b o r a t o r i e s l t d ( 英文) 1 1 】李信忠世界集成电路市场发展趋势世界电信， 2 0 0 1 年0 1 期 1 2 倪琼丹先进i c 封装市场与发展电子产品世界， 2 0 0 1 年0 8 期 1 3 i h ny 抽一h u i ，x ij i q i a n ，a p p l i c a t i o na n dd e v e l o p m e m o f c a di ne l e c t m i l i c p a c k a g i n g 电子与封装，2 0 0 5 0 2 ：5 1 1 1 4 任晓庆，b d 一6 0 l 型全自动i c 编带机的结构设计：电子工业专用设备，2 0 0 0 年9 月 1