基于气浮支承引线键合定位平台设计【5张图/13100字】【优秀机械毕业设计论文】

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基于气浮支承引线键合定位平台设计【】【优秀机械毕业设计论文】.rar

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A0-xy工作台装配图.dwg

A1-上平台.dwg

A2-传动座.dwg

A2-导轨.dwg

A2-零件图.dwg

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关键词：: 基于支承引线定位平台设计优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份，32页，13100字左右。
任务书一份。
外文翻译一份。
开题报告一份。
答辩PPT一份。

图纸共5张，如下所示
A0-xy工作台装配图.dwg
A1-上平台.dwg
A2-传动座.dwg
A2-导轨.dwg
A2-零件图.dwg

基于气浮支承引线键合定位平台设计
摘要：
为满足新一代芯片封装设备对定位平台性能的要求，本文旨在研究设计一种全新的高推重比直接驱动气浮定位平台及其相应的位置伺服控制系统。通过协调机电系统的多影响参数，使平台在高加速度运动后，快速达到稳定状态。实现概念设计、详细设计、仿真实验以及系统的综合性能评估，提供面向芯片封装的高加速度高精度定位平台的单元级和原型级设计方法及关键技术的解决方案。
为了减小定位系统的摩擦力及其扰动，设计了一种基于气浮导轨支撑的两自由度高速精密定位平台。
该平台采用了新型的气浮解耦机构，使音圈电机置于固定支座上，有效地减小了定位平台的运动惯量。探讨了节流孔直径和导轨间隙对平台承载能力和静刚度的影响规律，得到一组优化参数；在此基础上对平台的运动稳定性进行深入分析，该平台在给定的初始条件下可快速趋于稳定，为该类气浮定位平台的设计提供了一定的理论基础。

关键词: 气浮支承芯片封装引线键合定位平台

The positioning stage with air bearings, which based on the air-supported bearing and wire bonding

ABSTRACT:
In order to meet the requirements of the new generation of packaging equipments, this thesis is mainly to study and design a completely new positioning stage and its servo-control system.
The stage is directly driven by high thrust-weight ratio linear motor and supported by aerostatic bearings. Through adjusting the multi-factors of the electromechanical system, the stage can be stabilized in short time after high-acceleration moving. The work of this thesis is to realize conceptual and in-depth design, simulation, experiment and comprehensive performance assessment, providing unit and prototype design methods and solutions of key technology for high-acceleration/high-precision positioning stage for packaging equipment.
In order to reduce the friction of positioning table and make it unvaried, a positioning table with air bearings has been introduced. An air decoupling mechanism is designed to make the voice coil actuators placed on the base and effectively reduce the motion inertia. The detailed principle is present. The rules how carrying capacity and stiffness of the table change with the orifice dimension, bearing clearance and length-dimension ratio is discussed. At the same time the optimized dimensions of air bearing are given. On the basis of them, the kinematic stability of the table is analyzed in detail, and the table could be stable rapidly with given starting conditions. All the achievements would provide theoretic reference to the design of this kind of positioning table with air bearings.

Key words: aerostatic bearing chip packing wire bonding positioning tabe

目录
第一章绪论 1
1.1 选题背景 1
1.2 选题的目的与意义 1
1.3 本课题主要讨论问题 2
1.4 相关研究情况 2
1.4.1机械部分相关研究情况 2
1.4.2 气浮部分相关研究情况 3
第二章定位平台总体方案设计 5
2.1 定位平台机械部分方案确定 5
2.1.1 确定方案思想 5
2.1.2 方案对比分析与确定 6
2.2 空气静压导轨的方案设计 7
2.2.1确定方案思想 7
2.2.1 方案对比分析与确定 9
第三章定位平台气浮导轨的设计 10
3.1 X轴气浮导轨的设计 10
3.1.1 空气静压导轨的工作原理及特点 10
3.1.1 空气静压导轨气垫的设计计算 10
3.2 Y轴气浮轴承的设计 13
第四章定位平台传动部分的设计 14
4.1 定位平台拟采用的研究方案、研究方法或措施 14
4.2 定位平台结构设计 14
4.2.1 定位平台X轴滚珠丝杠型号的确定 14
4.2.2 定位平台X轴滚珠丝杠校核 16
4.2.3 定位平台X轴电机的确定 18
4.2.4 定位平台Y轴滚珠丝杠型号的确定 22
第五章其他辅助零件的选择设计 23
5.1 定位平台轴承的选择 23
5.2 定位平台联轴器的选择 23
第六章检测元件的选择 24
第七章结论 25
参考文献 26
致谢 28
附录 29
附录一：外文文献 29
附录二：外文文献翻译 33

题目基于气浮支承引线键合定位平台设计

毕业设计（论文）任务与要求
任务：(1) 完成原理方案设计和结构方案设计，确定实施方案；
(2) 对引线键合定位平台X、Y两运动导轨的相互运动方式进行设计；
(3)对引线键合定位平台驱动装置、传动装置、供气装置、测量等装置进行设计；
(4)完成装配图和零件图。
(5)参阅相关资料，了解气体润滑技术以及引线键合定位平台的工作原理及其发展，并查阅和收集相关资料；
(6)确定设计方案，并对各部分进行设计；
要求: (1) 图纸（幅面和张数）：A0图纸不少于2张;
(2) 外文翻译字数：中文不少于3000字；
(3)参考文献篇数：中文不少于 15篇，英文不少于3篇；
(4) 论文字数：不少于15000字。

基于气浮支承引线键合定位平台设计

内容简介：: 西安文理学院本科毕业设计（论文）第 1 页西安文理学院机械电子工程系本科毕业设计（论文）题目基于气浮支承引线键合定位平台设计专业班级 08 级机械（ 2）班学号 08102080222 学生姓名赵魁指导教师卢志伟设计所在单位西安文理学院西安文理学院本科毕业设计（论文）第 2 页 2012 年 5 月西安文理学院本科毕业设计（论文）任务书题目基于气浮支承引线键合定位平台设计学生姓名赵魁学号 08102080222 专业班级 08 机械 2 班指导教师卢志伟职称讲师教研室机械毕业设计（论文）任务与要求任务： (1) 完成原理方案设计和结构方案设计，确定实施方案； (2) 对引线键合定位平台 X、 Y 两运动导轨的相互运动方式进行设计； (3)对引线键合定位平台驱动装置、传动装置、供气装置、测量等装置进行设计； (4)完成装配图和零件图。 (5)参阅相关资料，了解气体润滑技术以及引线键合定位平台的工作原理及其发展，并查阅和收集相关资料； (6)确定设计方案，并对各部分进行设计；要求 : (1) 图纸（幅面和张数）：纸不少于 2 张 ; (2) 外文翻译字数：中文不少于 3000 字； (3)参考文献篇数：中文不少于 15 篇，英文不少于 3 篇； (4) 论文字数：不少于 15000 字。毕业设计（论文）工作进程起止时间工作内容西安文理学院本科毕业设计（论文）第 3 页 4 研，通过查阅相关文献和刊物，了解气体润滑技术以及引线键合定位平台的工作原理及其发展，完成开题报告。完成原理方案设计和结构方案设计，确定拟实施方案，完成英文资料翻译。对引线键合定位平台 X、 Y 两运动导轨的相互运动方式进行设计；对引线键合定位平台驱动装置、传动装置、供气装置、测量等装置进行设计；写出中期报告。完成设计图纸，写出毕业论文，准备答辩。答辩。开始日期完成日期教研室主任（签字）系主任（签字）西安文理学院本科毕业设计（论文）第 1 页附录附录一：外文文献 An is a of is on as of in to of of of of of to of is in in 00 nm to to of in of by of is by of is in in in in is is 0 in is of is to of is is on of is on 西安文理学院本科毕业设计（论文）第 2 页 is on of 0 N/m, of of is or in is of in C in in it of C to it is a is it be as a At on a -Y by to On of of is of of of on of is A of is of A is by by is It to It to on by so of be XY in As of C) Y of C 安文理学院本科毕业设计（论文）第 3 页 of in C of C as Y is as to to in of to be By in of to Y of Y be to Y le Y le it is to So be on it be to C In on a Y is By as Y CA of is on ID is is XY of X an d Y is as Y Y is on y CA is so y CA be on of it at on is as is as be as y CA is is on in y of is on is of is on on CA by le in 安文理学院本科毕业设计（论文）第 4 页 so of be by by is a as CA a It is in So 050 85 一B is 02 N 0 6, .8 In to of 125 9KM 9 12TN an d 8 12TN NA in , Y of In to an d Y C CA Y is of it at is as so of be XY by by be By as of is on ID is is of Y 西安文理学院本科毕业设计（论文）第 5 页附录二：外文文献翻译基于气浮支承和直线电机驱动技术的超精密气浮定位工作平台，是一种新型的精密运动机构，克服了传统上采用旋转电机和滚珠丝杠驱动方式所造成的传动环节多、响应滞后大以及存在非线性摩擦等缺点，实现了微纳米级加工定位和快速传输，被广泛应用于半导体光刻、精密测量和生物医学等领域。但是，当超精密定位平台的定位精度接近传统加工的极限时，其动力学特性难以满足高速运行时平台的稳定性和快速性要求。因此，本文对静压气浮轴承的支承刚度、空间位置和平台构型对平台动力学特性的影响以及相应的优化方法进行了深入系统的研究，研究成果已在100刻机的研发中得以成功应用。针对气浮支承刚度对定位平台动力学特性的影响，运用结构动力学建模的基本理论和有限元建模方法，对计算模型进行了气浮支承刚度波动的参数化修正，求解计算得到了系统的固有频率和广义刚度与气浮支承刚度之间的变化关系。采用最小二乘法，揭示了气浮支承刚度波动与平台固有频率之间的关系。基于气浮支承刚度变化对平台固有频率灵敏度的分析，提出了气浮支承刚度的优化方法。提出了部分网格的空间移动技术，并对静压气浮轴承空间安装位置进行了优化研究。当静压气浮轴承安装在不同位置时，平台前 5 阶固有频率的比值的极限依次为：且加速度响应的峰值具有明显的变化，最大的加速度响应峰值比达到了 10 倍左右。利用拓扑优化技术，开展了超精密气浮定位平台驱动臂部分的优化研究。在进行动力学特性优化研究过程中，发现了现有驱动臂的设计不足，提出了驱动臂的设计优化方法，解决了超精密气浮定位平台驱动臂部分的设计问题。基于上述研究成果对超精密气浮定位平台进行了动力学特性优化的实验研究。当静压气浮轴承在确定位置和支承刚度达到 70N/ m 时，对试验模态分析获得的平台固有频率，与有限元计算仿真结果进行对比分析，最大相对误差为验证了静压气浮轴承支承刚度参数设置的正确性；调节静压气浮轴承的供气压力，对超精密气浮定位平台的动力学特征随静压气浮轴承支承刚度变化的实验研究，实验数据与仿真计算的结果进行对比分析，两者具有很好的一致性。高速高精运动是电子制造装备的核心技术之一。在芯片封装中，随着芯片尺寸的减小，生产率要求的提高，封装设备的加速度、速度和定位精度要求越来越高。这给运动控制器的设计提出了极大的挑战。本文首先分析了封装过程中设备的运行特点，指出此运动是在两点之间快速的往复运动，并满足高精度定位要求，但对运动过程中的精度要求不高，因此可抽象为重复的快速点到点运动。接着提出了关于快速点到点运动的性能指标，最后以一个高加速度直线伺服系统直线电机驱动的位平台为研究对象，设计控制器使得平台能进行快速点到点高精度定位。根据流体力学连续性方程和运动方程，研究了小孔节流静压气浮导轨的特性，西安文理学院本科毕业设计（论文）第 6 页分析了小孔节流器孔径和气膜厚度与静压气浮导轨承载能力、刚度和耗气量的内在关系，给出了静压气浮导轨结构设计方法。通过模拟仿真给出了静压气浮导轨的一组优化参数，并校核了所设计的高速精密气浮平台的静态性能。提出了一种基于音圈电机直接驱动，静压气浮导轨支承，静压气浮解耦的高速精密定位平台。该方案应用了音圈电机直接驱动，消除了现有精密定位平台常用的伺服电机滚动丝杠螺母机构形式存在返程间隙和摩擦的问题；应用了静压气浮导轨支承，消除了滚动导轨支承存在摩擦的问题；应用气浮解耦机构将驱动电机布置在基座上，减小了运动惯量。这些措施为高速精密定位平台性能的提高提供了可能。速定位平台，定位精度高，分辨率高和可靠性，可以实现二维运动，并已被广泛用于机械加工设备。作为集成电路的关键运动模块（粘结剂，良好好的位平台的精度和动态性能的重要粘接设施。近年来，随着片的集成度和巨大的市场需求的增加，速度和精度高已成为装设备的发展趋势。现在，如焊线机，装设备和引线键合螺杆驱动位平台用来作为交换机制，以改变旋转运动为直线运动，导致运动中的差距和大惯性，对螺杆驱动的高旋转电机使用直线电机驱动作台的精度，速度和加速度表的限制。既可以用螺杆驱动作台也可以用直线电机驱动作台用以解决反应滞后，有限的速度和加速度，它是在难以提高的高速精密定位系统研究的基础上新的驾驶系统和动态控制算法的基础上进行研究的，这将有利于促进装设备的开发。在本文中，基于音圈驱动器（接驱动，位工作台，采用新颖灵活的脱钩机制。考虑集中质量弹簧系统的定位表，并使用牛顿力学原理和电磁理论，动态模型的开发，机电耦合系统的控制模型，通过拉普拉斯变换。基于位移制器，环路锁定为定位系统控制算法进行了研究，精密实验开展。在作台的基础上，音圈驱动器，动工作台，去耦机制灵活，线性光栅。为直接驱动的作台的驱动软件使用， Y 平台安装在 X 平台的顶部。 y 轴与Y 工作台通过灵活去耦机制连接，使定在平台上可以减少惯性，使有可能在高速定位平台运动的基础上精确安装。线性光栅作为 Y 工作台反馈的 X 工作台的反馈元件。具体去耦脱钩机制可以描述如下：导向是固定的，并可以在 y 方向沿导轨移动。预装连杆装上导向键，另一端连接预装弹簧，弹簧的另一端安装在导向键上， y 轴向驱动器 Y 驾驶灵活去耦机制。 X Y 工作台移动方向， Y 运动平台的去耦机制具有弹性铰链和预装铰链，可消除干扰引起的变形 ,装配误差 ,小的弹性变形能消除瞬间产生的较大惯性，弹簧可消除间隙。一个特殊的的直接驱动，工作原理是洛伦兹直接驱动的，如高的速度和加速度，齿轮无，滞后自由，无限的位置敏感和精确的控制特性使一个完美的直接驱动伺服控制。自适应在高频动机和高精度定位控制系统。西安文理学院本科毕业设计（论文）第 7 页峰值力是移 50 毫米，力常数 86，最大的移动质量 0.8 高系统的可靠性，大部分组件都选择 9及选择 9/12一 8/12 承系统。关键零部件，例如，X， Y 平台导向键。为了提高速度是基于直接驱动，作台，采用新颖灵活的去耦机制，集成电路焊机作台的三维定位精度，惯性减少，使定位平台高速度和高精度。线性光栅用于作为反馈元件。高的平台的定位速度和精度，可有效保证台装配误差和可以通过灵活去耦机制消除高速度和高加速度移动的动态负载所产生的瞬间干扰造成的干扰。考虑集中质量弹簧系统的定位平台，并使用牛顿力学原理和电磁理论，提出机电耦合系统的控制模型位移制器的的垂耳锁定控制定位系统的算法。平台系统的动态性能得到有效改善。实验结果验证了该模型的正确性和理论。与传统的作台相比，具有更高的速度加速和定位精度。西安文理学院本科毕业设计（论文）第 1 页西安文理学院本科毕业设计（论文）开题报告题目基于气浮支承引线键合定位平台设计学生姓名赵魁学号 08102080222 专业名称机械设计制造及其自动化指导教师卢志伟开题时间级 08 机械（ 2）班一、选题目的和意义随着技术的进步和相关行业的发展，高加速度高精度定位平台是引线键合机的核心部件 ,决定键合的速度和质量 ,进而影响芯片的成本与可靠性。随着芯片集成度的不断增大 ,管脚数量迅速增多 ,引线间距日益减小 ,定位平台的性能已经成为引线键合工艺进一步发展的瓶颈。由于空气的粘性低，不易发生爬行，振动也小，热稳定性好；使用寿命是半永久性的 ,与液体静压导轨相比，它不污染环境。由于具有这些特点，载荷变动小的超精密加工机床和测量机以及精密机器一般都采用气浮静压支承。因此把“基于气浮支承引线键合定位平台设计”作为本次本科毕业论文的课题，既有较大的学术价值，又有广阔的应用前景。二、本课题在国内外的研究状况及发展趋势由于平台进行高加速度、高精度、快速往复小行程运动，并在很短的时间内达到高精度定位，要求机械结构简单、易于控制、刚度大、惯性小、阻尼低、制造精密。涉及到的研究内容包括机构形式、支撑方式、新型材料、设计方法、精密加工技术，运动学、动力学分析及简单有效的运动控制算法等方面。随着速度、加速度和工作频率的进一步提高，摩擦力对平台性能的影响越来越显著。其微米级行程仅适用于一些细微装配或操作任务。但磁悬浮轴承制造成本高，是一个非线性局部稳定系统，易发生悬浮磁场和线性驱动磁场间的相互影响。气浮轴承除不具有上述缺点外，还具有结构简单、质量轻便和设计灵活等优点。因此，近年来，气浮高性能定位平台的目前片在各个领域的应用越来越广泛，对封装工艺的质量及检测技术提出了更高的要求，如何实现复杂封装的工艺稳定、质量保证和协同控制变得越来越重要。国外对引线键合工艺涉及的大量参数和精密机构的控制问题已有较为深入的研究，并且已经在参数敏感度和重要性的排列方面有了共识。引线键合技术，作为片封装的关键技术之一，是用金属丝将片上的电极与底座支架连接在一起的一种互连技术 ,通常采用热压键合、热超声键合和超声键合三种键合工艺方法。在自动引线键合技术中，键合丝尾长度、键合变形不当、键合位置不当等现象均可经调整温度、压力、超声功率和时间等参数、换劈刀等方法进行纠正。我国装研究起步较晚，其中的关键技术掌握不足，缺乏工艺的数据积累，加之国外的技术封锁，有必要深入研究各种封装工艺，掌握其间的关键技术，自主研发高水西安文理学院本科毕业设计（论文）第 2 页平封装设备。研究非常活跃。引线键合（术，又称球楔键合技术，在装中是应用最广泛的键合方法。要求键合设备具有比以往更高的精度、速度、可靠性。为了达到上述要求，需要从驱动电机选择，平台结构设计和合适的控制方法等角度进行研究。比如，为了使系统能够在高速度和加速度条件下稳定运行，需要开发出一类鲁棒性很强的控制器。而为了减小系统运行的摩擦力以及摩擦力的不均匀，对定位平台气浮技术的研究也具有重要的理论和实践意义。三、主要研究内容 (1)参阅相关资料，了解气体润滑技术以及引线键合定位平台的工作原理及其发展： (2) 完成原理方案设计和结构方案设计，确定实施方案； (3) 对引线键合定位平台 X、 Y 两运动导轨的相互运动方式进行设计； (4)对引线键合定位平台驱动装置、传动装置、供气装置、测量等装置进行设计； (5)完成装配图和零件图。指导教师意见及建议：该生自进入课题以来，能够积极主动地和指导老师联系，调研和查阅相关资料，态度端正；对题目有了一定初步理解，初步设计了出了一定的方案规划；但后面还有很多工作和内容要做，需抓紧时间。同意开题。签字：年月日西安文理学院本科毕业设计（论文）第 3 页教研室审核意见：签字：年月日西安文理学院本科毕业设计（论文）第 1 页西安文理学院本科毕业设计（论文）中期检查表题目基于气浮支承引线键合定位平台设计学生姓名赵魁学号 08102080222 专业名称机械设计制造及其自动化指导教师卢志伟检查时间 2012 级 08 级机械 2 班毕业设计（论文）进展情况通过对基于气浮支承引线键合定位平台设计的相关资料的学习，以及对整个设计的了解，现基本完成以下设计工作： 1 参阅相关资料，了解气体润滑技术以及引线键合定位平台的工作原理及其发展，并查阅和收集相关资料。完成气浮支承引线键合定位平台原理方案设计和结构方案设计与分析。 2 对引线键合定位平台 X、 Y 两运动导轨的相互运动方式进行设计 3 完成气浮支承引线键合定位平台原理方案设计和结构方案设计与分析。下一步设计工作内容是设计以及相关零件的设计以及相关零件图的绘制。对引线键合定位平台驱动装置、传动装置、供气装置、测量等装置进行设计指导教师意见常联系；成进度要求完成相关设计；计内容和技术路线；综上所述，同意按照设计进度进行后续工作。签字：年月日西安文理学院本科毕业设计（论文）第 2 页教研室意见签字：年月日西安文理学院本科毕业设计（论文）指导教师评分表学生姓名赵魁学号 08102080222 专业机械设计制造及其自动化班级 08 机械 2 班毕业设计（论文）题目基于气浮支承引线键合定位平台设计设计（论文）起止时间 2012 年 1 月 10 日至 2012 年 5 月 11 日西安文理学院本科毕业设计（论文）第 3 页指导教师评语：建议成绩：指导教师签名：年月日西安文理学院本科毕业设计（论文）评阅教师评分表学生姓名赵魁学号 08102080222 专业机械设计制造及其自动化班级 08 机械 2 班西安文理学院本科毕业设计（论文）第 4 页毕业设计（论文）题目基于气浮支承引线键合定位平台设计设计（论文）起止时间 2012 年 1 月 10 日至 2012 年 5 月 11 日评阅教师评语：建议成绩：评阅教师签名：年月日西安文理学院本科毕业设计（论文）答辩记录西安文理学院本科毕业设计（论文）第 5 页学生姓名赵魁学号 08102080222 专业名称机械设计制造及其自动化答辩时间辩地点导教师卢志伟题目基于气浮支承引线键合定位平台设计答辩小组成员姓名职称姓名职称提问及回答情况记录：记录人签字：年月日答辩成绩：答辩小组组长签名：年月日毕业论文成绩答辩委员会认定成绩毕业论文等级系（院）答辩委员会意见：负责人签名：年月日注： 1、毕业论文成绩 =指导教师成绩 40%评阅教师成绩 20%答辩成绩 40%； 2、答辩委员会认定成绩是根据该生毕业设计期间的表现及该专业整体论文情况的综合评定成绩。 3、论文等级分优秀（ 90 分）、良好（ 8089 分）、中等（ 7079 分）、及格（ 6069 分）、西安文理学院本科毕业设计（论文）第 6 页不及格（ 60 分）。基于气浮支承引线键合定位平台设计摘要：为满足新一代芯片封装设备对定位平台性能的要求，本文旨在研究设计一种全新的高推重比直接驱动气浮定位平台及其相应的位置伺服控制系统。通过协调机电系统的多影响参数，使平台在高加速度运动后，快速达到稳定状态。实现概念设计、详细设计、仿真实验以及系统的综合性能评估，提供面向芯片封装的高加速度高精度定位平台的单元级和原型级设计方法及关键技术的解决方案。为了减小定位系统的摩擦力及其扰动，设计了一种基于气浮导轨支撑的两自由度高速精密定位平台。该平台采用了新型的气浮解耦机构，使音圈电机置于固定支座上，有效地减小了定位平台的运动惯量。探讨了节流孔直径和导轨间隙对平台承载能力和静刚度的影响规律，得到一组优化参数；在此基础上对平台的运动稳定性进行深入分析，该平台在给定的初始条件下可快速趋于稳定，为该类气浮定位平台的设计提供了一定的理论基础。关键词 : 气浮支承芯片封装引线键合定位平台 on In to of of is to a is by by of be in of is to of In to of it a An is to on is of is At of On of of is in be to of of 目录第一章绪论 . 1 题背景 . 1 题的目的与意义 . 1 课题主要讨论问题 . 2 关研究情况 . 2 械部分相关研究情况 . 2 浮部分相关研究情况 . 3 第二章定位平台总体方案设计 . 5 位平台机械部分方案确定 . 5 定方案思想 . 5 案对比分析与确定 . 6 气静压导轨的方案设计 . 7 定方案思想 . 7 案对比分析与确定 . 9 第三章定位平台气浮导轨的设计 . 10 轴气浮导轨的设计 . 10 气静压导轨的工作原理及特点 . 10 气静压导轨气垫的设计计算 . 10 Y 轴气浮轴承的设计 . 13 第四章定位平台传动部分的设计 . 14 位平台拟采用的研究方案、研究方法或措施 . 14 位平台结构设计 . 14 位平台 X 轴滚珠丝杠型号的确定 . 14 位平台 X 轴滚珠丝杠校核 . 16 位平台 X 轴电机的确定 . 18 位平台 Y 轴滚珠丝杠型号的确定 . 22 第五章其他辅助零件的选择设计 . 23 位平台轴承的选择 . 23 位平台联轴器的选择 . 23 第六章检测元件的选择 . 24 第七章结论 . 25 参考文献 . 26 致谢 . 28 附录 . 错误 !未定义书签。附录一：外文文献 . 错误 !未定义书签。附录二：外文文献翻译 . 错误 !未定义书签。西安文理学院本科毕业设计（论文）第 1 页第一章绪论题背景世界近几年高新科学技术迅速发展，业是当前全球经济发展的高速增长点，也是我国国民经济中最具活力的行业。目前，随着我国“中国芯”产业化进程的加快，我国片封装业作为芯片产业的重要环节，一直追随者发展而发展。在装中引线键合是芯片焊接的最主要形式。引线键合（一种利用热、压力、超生波能量将半导体芯片引脚与电子封装外壳 I 基板上技术布线引脚用金属细丝连接起来的工艺技术。随着技术的进步和相关行业的发展，高加速度高精度定位平台是引线键合机的核心部件，决定键合的速度和质量，进而影响芯片的成本与可靠性。随着芯片集成度的不断增大，管教数量迅速增多，引线间距日益减小，定位平台的性能已经成为引线键合工艺的发展瓶颈。由于空气的粘性低，不易发生爬行，振动也好，热稳定性好；使用寿命是半永久性的，与液体静压导轨相比，它不污染环境。由于具有这些特点，载荷变动小的超精密加工机床和测量机以及精密机器一般都采用气浮静压支承。因此：“基于气浮支承引线键合定位平台设计”既有较大的学术价值，又有广阔的市场前景。题的目的与意义近年来，随着微电子技术、计算机技术和通信技术的迅速发展电子产品正迅速朝着便携式、小型化发向发展，别是引线键合技术提出了特别高的要求：（ 1）单位体积信息的提高（高密度化）；（ 2）单位时间处理速度的提高（高速化）。因此性能化、多引线和细间距化方向发展，高速、高精度的需求日益紧迫。为进一步提高质量和生产效率，对该类装备的运动精度和运动速度、加速度等性能提出了更高的要求，也体现了该类装备向高速、高精度发展的趋势。这就要求集成电路的引线键合技术不但发展和改良，需要发展新的引线键合定位平台来促进封装业的发展。因此，发展具有我国自主知识产权的引线键合定位平台设备的核心技术，开展基于新的驱动方式、机构形式和控制方法的新型高速、高精度定位系统的关键技术研究，是造装备中的重要研究内容之一，对促进造技术的发展而加快我国西安文理学院本科毕业设计（论文）第 2 页课题主要讨论问题本课题的主要内容是设计定位平台 X、 Y 轴的传动装置和气浮导轨。定位平台计过程可分为总体方案设计，完成原理方案设计和结构方案设计，确定实施方案；对引线键合定位平台 X、引线键合定位平台的气浮导轨进行设计；对引线键合定位平台驱动装置、传动装置、供气装置、测量等装置进行设计。其中对引线键合定位平台 X、核，电机型号的选型。对引线键合定位平台的气浮导轨进行设计中关键的是进行气浮垫片的设计。最后完成其他零件的设计，完成装配图及零件的的绘制，保证定位平台的精度和质量，调整方便、简捷。关研究情况械部分相关研究情况人针对芯片制造设备设计出了一种新型磁悬浮超精密工作台，消除了导轨的摩擦和磨损，使工作台在 X、 Y 方向能满足定位精度。力于用新型的气浮平台代替传统接触式轴承重量、体积和成本基本不变的情况下，获得更高的运动速度和定位精度。于无摩擦驱动的概念，制造了静压空气轴承支撑的伺服电机。人设计的气浮精密定位平台，加速度达到 12g，定位精度用空气轴承支撑的新型动平发展具有我国自主知识产权的引线键合定位平台设备的核心技术，开展基于新的驱动方式、机构形式和控制方法的新型高速、高精度定位系统的关键技术研究。随着技术的进步和相关行业的发展，应用到秒引线键合机上的定位平台经历了一系列的变化。最初采用的是旋转电机加滚珠丝杠驱动的串联机构形形式，如日本合速度仅为 5线秒。到上世纪九十年代，直线电机凭借其卓越性能代替了旋转电机开始广泛的应用到芯片封装设备上，如美国 K 028 引线键合机，其定位平台采用广义并联机构，平台由线性导轨支撑，合速度可达到 11线秒。合速度达到 16 线秒。采用旋转电机和直线电机混合驱动，空气轴承和线性导轨支撑平台，经过特殊设计，旋转驱动构建的质心在其旋转轴线上，实现了旋转机构的质心驱动，消除了质心惯性力的影响。瑞士 100的引线键合机，最大键合速度为 17 线秒，实验室可以达到 25线秒，是目前世界最高水平。随着新型电机的不断出现，音圈电机、超音速电机和平面电机在微电子装备方面的应用越来越受到人们的重视，天津大学冯晓梅等人研制出由音圈电机驱动的新型高精密定位平台，其最大加速度可以达到15g。人研制出的新型台，采用超音速直线电机，结构简单紧凑。作效率有了突破性的进西安文理学院本科毕业设计（论文）第 3 页展，达到了当前流行速度的近两倍。长春光学精密机械与物理所王延风等台。工作空间 6060速度超过 10g，分辨率低于 100 浮部分相关研究情况由于空气的粘性低，不易发生爬行，振动也好，热稳定性好；使用寿命是半永久性的，与液体静压导轨相比，它不污染环境。由于具有这些特点，载荷变动小的超精密加工机床和测量机以及精密机器一般都采用气浮静压支承。空气轴承以清洁干燥的空气作为润滑介质，具有精度高、无摩擦、无磨损、清洁、无污染、寿命长、免维护、低发热、结构设计灵活、耐高 /低温和原子辐射等特点，广泛应用于三坐标测量机，高速旋转机械工具 (如高速磨头、高速离心分离器、陀螺仪表 )、原子反应堆致冷压缩机、电子计算机记忆装置、微电子制造及医疗设备中。由于采用了空气轴承支撑，系统无摩擦 (或极低摩擦 )，消除了接触式轴承摩擦力的不利影响，使得产品性能得到了极大的提高。但空气轴承无标准化产品供选取，其性能受节流形式等诸多因素影响，因此，设计性能优越的空气轴承并不容易，需要丰富经验和大量理论知识。较了小孔和多孔材料节流静压空气轴承性能的特点，指出适当增加节流孔的个数，可以使两种轴承的性能比较接近。过实验和真分析了小孔节流式静压空气轴承的气体流量特性。人提出了确定空气轴承线性和非线性刚度系数和阻尼系数的方法。出空气轴承内气体压力分布的理论模型过于简单，所提出的神经网络方法能更好地预测轴承内气体压力分布和承载能力。人用实验的方法研究供气压力和节流孔直径对矩形静压空气轴承性能的影响。人通过数值计算、分析和实验的方法分析空气静压止推轴承的稳定性，指出非线性方法的分析结果与实验更接近，与线性方法相比可靠性更高。究了小孔节流式旋转轴承的气锤现象。究了静压空气轴承的入口处的低压特性，对经验公式提出了修正方法。究了空气轴承表面和节流孔的制造公差、分布对承载能力和刚度的影响，确定出使承载能力和刚度变化在 10%以内的制造公差。为克服空气轴承刚度低、承载能力差等弱点，人制造了多节流孔空气轴承。人设计了微槽轴承，即平面轴承具有浅圆形槽。用神经网络的发展成果设计了矩形静压空气轴承，轴承上具有 X 形勾槽。究了双向双排小孔节流式静压矩形空气轴承在受到侧向力时的动态特性。述了具有纳米级定位精度的静压空气轴承的设计，讨论了影响静压空气轴承性能的主要参数和制造公差。膜间隙小于 1 m，刚度可达到 1N/一般静压空气轴承的 10 倍。出混合节流式矩形空气静压止推轴承容易获得较高西安文理学院本科毕业设计（论文）第 4 页的刚度，从理论和实验两方面研究了具有混合节流器的静压矩形双面止推轴承的刚度特性。近年来，以石墨等多孔材料为节流器的静压空气轴承被成功应用。实际轴承设计中，需要减小多孔材料的厚度来缩小轴承的体积，但会导致强度降低，特别是当多孔材料的半径较大时，由于材料的变形，空气很难完全通过多孔材料介质。为此，多孔材料空气轴承中采用两种供气方法 (圆环勾槽和小孔供气 )，以免轴承表面发生变形，通过理论和实验方法得到了这种轴承的静态和动态性能。用多孔材料作为节流器制成了几何形状复杂的静压空气轴承，例如球轴承或空气静压丝杠。人用有限元方法预测表面完全由多孔材料组成的空气轴承的性能。尼大、固有频率高等特点，用于高速钻孔工具。马明建等人采用有限元理论分析了静压空气轴承的压力场，并讨论了空气轴承压力场边界条件的处理方法。西安文理学院本科毕业设计（论文）第 5 页第二章定位平台总体方案设计位平台机械部分方案确定定方案思想方案一：传动：滚珠丝杠螺母副支撑：双推滑动导轨伺服电机：步进电动机优点：采用滚珠丝杠螺母副，可实现旋转运动与直线运动相互转换，在具有螺旋槽的丝杠螺母中装有滚珠作为中间传动元件，以减少摩擦。优点是摩擦系数小，传动效率高，灵敏度高，传动平稳，不易产生滑行，传动精度和定位精度高；磨损小，使用寿命长，精度保持性好。双推缺点：滚珠丝杠螺母副的不足在于制造工艺复杂，成本高，不能自锁，故需附加制动装置。方案二：传动：同步带传动支撑：滑动导轨伺服电机：直流无刷电机优点：同步带传动无相对滑动，传动比准确，传动精度高，齿形带的强度高，厚度小、重量轻，故可用于高速传动；传动比恒定，同步带无需特别涨紧，因而作用于轴和轴承等上的载荷小，传动效率高。缺点：同步带工作时候有温度要求，安装精度要求较高，中心间距要求较高，有时候需要张紧，安装麻烦。无刷直流电机启动时有震动，控制器要求高，价格高。方案三：传动：齿轮齿条支撑：直线导轨伺服电机：直流无刷电机优点：齿轮齿条传动功率大，精度高，稳定性好，响应速度快。无刷直流电机启动时西安文理学院本科毕业设计（论文）第 6 页有震动，控制器要求高，价格高。双线导轨稳定。缺点：齿轮齿条无自锁，需要外加自锁机构。噪音大，磨损较快。案对比分析与确定综合课程设计要求，精度为大载荷是 500N，相比同步带和齿轮齿条传动，滚珠丝杠传动更符合精度要求，因为丝杠传的动的精度可以达到同步带传动时会产生弹性变形，具有一定的蠕变性。齿轮齿条传动精度和滚轴丝杠精度相当，但是安装较麻烦，安装精度要求高。步进电动机和直流无刷电机相比，步进电动机控制简单，启动稳定，而直流无刷电机控制要求高，成本高，毕业设计要求精度未达到微米级别，空载转速要求为1m/此采用低档的步进电动机就能满足要求。综合以上分析，决定选择第一种方案。步进电动机提供动力，滚轴丝杠传递动力。图位平台结构此数控工作台主要由步进电机、丝杠螺母副、滚动导轨副、工作台、轴承座、端盖、轴承、联轴套、键、垫圈等组成。（具体见装配图）西安文理学院本科毕业设计（论文）第 7 页气静压导轨的方案设计定方案思想空气静压导轨，根据工作台的移动量，载荷量和精度要求的不同，一般采用下图所示的结构形式（ a）图式平面导轨图式圆柱导轨西安文理学院本科毕业设计（论文）第 8 页图量封闭式导轨闭式平面型闭式圆柱型重量封闭式导轨方案一：闭式平面导轨优点：这种形式的的导轨因工作台移动时导轨面仅产生很小的挠度，可以获得高精度、高刚度、承载能力大，适合于超精加工设备和测量一起的长导轨。方案二：闭式圆导轨优点：这种形式导轨的导向零件少，结构简单。缺点：零件的精度完全取决于加工设备，运动精度有限。导杆采用两端支撑，随这工作台的移动导杆容易产生挠度。方案三：重力封闭式导轨优点：这种形式的导轨用工作台的质量和空气静压保持平衡，以维护导轨的固定间隙。其结构较简单，零件的高精度也容易实现。缺点：支承刚性低，故多用于载荷变化范围不大的设备上。如图西安文理学院本科毕业设计（论文）第 9 页图导轨案对比分析与确定综合毕业设计要求，定位平台上需要定位的芯片质量很小，故方案三可满足要求。同时由于导轨形式的确定，可以确定气垫为矩形垫片；节流器为环面节流器。如图图有亚园形气腔的矩形气垫西安文理学院本科毕业设计（论文）第 10 页第三章定位平台气浮导轨的设计空气静压导轨是将具有一定压力的空气经过节流器送入导轨的间隙。借助其静压使运动导轨悬浮起来，使两导轨面之间形成一层极薄的气膜，且气膜厚度基本保持恒定不变的一种纯空气摩擦的滑动导轨。轴气浮导轨的设计气静压导轨的工作原理及特点如图示，空气静压导轨副是由气垫和承导面组成的。这样的气垫在每个承导面上不少于两个。从气源送来的清洁、干燥、恒压的空气流经节流器进入气腔并沿封气面向外流出，在封气面上形成具有承载能力的气膜。气腔与封气面处气膜的承载能力之和将气垫及与之相连的工作台浮起。工作中承载能力与载荷处于平衡状态，气膜厚度保持不变，从而实现气体摩擦。当载荷变化时，气膜的厚度随载荷增大而减小，气膜一方面起承载作用，另一方面也起着润滑作用。图垫工作原理 1 2 3 4 5气静压导轨气垫的设计计算现已图示的长方形静压气垫为例，说明气垫的性能计算的过程。气垫各部分的尺寸，供气孔的位置和数目，以及计算时坐标的设定如图所示。供气孔的节流形式为环面节流，供气孔直径为 d。西安文理学院本科毕业设计（论文）第 11 页图隙一定的长方形静压气垫 1) 确定雷诺方程的具体形式，假设导轨的间隙一定，相对运动速度 U=0，间隙内的气体是等温流，定长状态，则可采用最简单的雷诺方程式 222+222 =0 (式设边界压力是大气压力有边界条件 x=0， x=a 时，， y=b 时，出相对供气孔出口压力成为压力分布，就可以进一步计算出气垫的承载能力、流量等。问题的难点是如何求得供气孔的出口压力了就一般条件下解决这个问题，可运用流量连续条件采用数值计算方法解之。流量连续条件就是设通过供气孔流入气垫的注量 2) 通过节流器的流量通过节流器的质量流量位 Kg/s）为 211212 (式西安文理学院本科毕业设计（论文）第 12 页式中位 2m 。对于小孔节流 A = 24d，对于环面节流，；位于空气 R 位 K；于空气 r= 0位，称为节流压力比，为了避免抑流现象，要求；般为是时，降很快。令为喷嘴的流出速度系数，取 211212 (式则 3可写为 3) 流出导轨间隙的流量对于从气垫边缘流出的气体，可以根据长方形平行间隙中的粘性流动公式来求出。如图 3示的长方形平行间隙中，设间隙为 h，平行于 x 轴及 y 轴的流动之体积流量 123 (式 123 (式在环境压力为度为0T、气体密度为的情况下，由气垫边缘流出的气体流量 a 000312 (式对于具有 n 个供气孔的长方形气垫，根据流量连续的条件由 3和 3得： 01= a 000312 (式西安文理学院本科毕业设计（论文）第 13 页对于图 3示的气垫，考虑对称性，其一个供气孔可得 0D= 2020 00312a (式利用上式可以求得导轨间隙 h。 4) 承载能力将气垫间隙中的压力 p 沿整个气垫面进行积分，即可求得气垫的承载能力。 W= 0 0(式 5) 气垫的刚度对于一个支承气垫或总的支承气垫，其刚度 K= 负号表示随着载荷的增加，间隙减小。空气静压导轨的设计目标，就是追求刚度将工作中的气垫间隙控制在对应 K 最大的 h 附近，称 h 为最佳间隙。设有 a=b=20正方形气垫， 4 个环面节流孔等距配置，孔径 d=源为常温空气，常温0T=288K,供气压力力粘度 =510 比热比 =气密度 3610226.1 ，气体常数 287 ，流量系数 0p=30，将数据代入上面的公式，可解出承载能力 W=N） (式气垫间隙 h= (式气体流量 (式因为上平台约重 100N，因此在上平台左右各安装 3个气浮垫片。 Y 轴气浮轴承的设计设计同理 00，因此在个气浮垫片。西安文理学院本科毕业设计（论文）第 14 页第四章定位平台传动部分的设计位平台拟采用的研究方案、研究方法或措施定位平台拟采用后滚珠丝杠福带动定位平台运动，后滚珠丝杠副带动上平台运动。这里最主要的是对滚珠丝杠的选型、校核；对电机的合理选型。位平台结构设计位平台 1）计算进给牵引力作用在滚珠丝杠上的进给牵引力主要包括切削时的走刀抗力以及移动件的重量和切削分力在导轨上的摩擦力。因而其数值的大小与导轨的型式有关，由于在设计中采用的是加有导轨块的气浮导轨导轨，所以选择的计算公式为综合导轨的计算公式。计算公式为： )( (式式中 N）； G N）； M ）； f 的摩擦系数，随导轨型式而不同； K 综合导轨的 , 00 0 f ，取 f ，式中50 N， 0 N，G=100 N 代入计算得式 2）计算最大动载荷如图西安文理学院本科毕业设计（论文）第 15 页图珠丝杠副选用滚珠丝杠副的直径0须保证在一定轴向载荷作用下，丝杠在回转 100万转（ 106转）后，在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的最大动负载 C ，用下式计算选择： 3/11060 01000s (式式中 L 106 转为一单位于 100摄氏度级精度靠度为 95%，一般运转时 n r ，用下式计算 m ， 0 T h ，对于数控机床取 5000 ；初选导程0L=4由任务书可知最大的速度 2.0 ，则 2.0 ,代入公式可计算得西安文理学院

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