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面向LED封装的XY二自由度的工作台的设计.rar

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面向LED封装的XY二自由度的工作台的设计.rar

南昌航空大学科技学院学士学位论文1面向LED封装的XY二自由度的工作台的设计1前言封装是指安装半导体电路外壳,不仅起着安放、固定、密封、保护芯片使之不受外界环境干扰和腐蚀破坏的作用,而且是沟通内部电路与外部电路的桥梁。所谓LED封装加工是将晶片上的连接点用导线封装外壳的引脚上,这些引脚又通过导线与其他电路连接,因此,封装对LED芯片起着重要的作用。而阴险键合WIREBLONDING技术仍然是LED封装连接技术中广泛使用的灵活形式,焊线机是用铝线(或其他材料)把电路板上的压焊点与外壳或引线框架上的外引线引出端通过键合连接起来。近年来,随着电子技术、计算机技术的发展,各种形式的封装样式越来越多,LED封装高速、高精度的需求日益紧迫。为进一步提高质量和生产率,对该类设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,也体现了该类作业装备向高速、高精度方向发展的趋势。这就要求LED的封装技术不断的发展和改良。目前,大多数封装装备中采用的是电机滚珠丝杠式的驱动方式,伺服电机的旋转运动是通过丝杠转为定位平台的直线运动,其极限加速度可以达到1G。日本发明了一种采用直线电磁电机驱动的XY定位平台,可以有效地提高定位系统的速度和可靠性。省去了旋转电机驱动中的传动环节,从而都不痛的提高了XY定位平台的性能。但目前存在的问题是,无论用哪种直线电机驱动方式,动补痛程度的存在滞后、有限响应、有限加速度及速度等问题,且不同程度的限制了定位精度的进一步提高。音圈电机YOICACOILAOTUATOR是另一种可用于直接驱动的驱动元件它是基于安培力原理制造的,除了和直线电机一样避免了传动环节存在间隙等不足外,在理论上具有无限分辨率,还有无滞后、高响应、高加速度、高速度、体积小、力特性好、控制方便等优点使音圈电机更适用于要求高加速度,高频激励,快速和高精度定位的控制系统中SS}S将其用于高频启动和转向的引线键合设备定位机构中,无疑是理想的选择。如下图所示即为音圈电机应用在半导体加工设备中的XY定位平台上的实例,在该X7定位平台单方向,即X向采用了传统结构的音圈电机驱动,Y向南昌航空大学科技学院学士学位论文2则用平面直线电机驱动新加坡发明的双向都采用音圈电书1来驱动的XY精密定位平台,即在该安装有焊头的XY定位平台中,其X向和Y向均采用音圈电机进行驱动来实现焊头在水平面的两自由度运动。又比如美国BEITEDMOLOGIES公司的音圈电机也有用在XY定位平台上的成功范例。近年来,随着电子技术、计算机技术的发展,各种形式的封装样式越来越多,LED封装高速、高精度的需求日益紧迫。为进一步提高质量和生产率,对该类设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,也体现了该类作业装备向高速、高精度方向发展的趋势。这就要求LED的封装技术不断的发展和改良。本文面向LED封装的XY二自由度的工作台的设计为课题,设计一部高速、高精度、可靠的LED封装设备工作台。2XY工作台的传动方式本次设计的工作台为十字工作台,为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑,采用螺旋丝杠螺母传动副。电机与螺旋丝杠副采取直接连接的方式,即螺旋丝杠转速/电机转速1。为提高传动刚度和消除间隙,采用有预加载荷的结构。采用直线导轨副,从而减小工作台的摩擦系数,提高运动平稳性。系统总体框图如下南昌航空大学科技学院学士学位论文3主要完成的工作有螺旋丝杠副的选取、电机的选取、轴承的选取、导轨副的选取及工作台底座尺寸的设计。3螺旋丝杠副的选取31导程的选取根据任务书选择行程400MM,最大速度为03M/S作为设计目标进行计算。因为设计要求分辨率范围是01MM001MM。粗选导程为5MM,计算分辨率SPHA/BS最小进给量,MMA减速比,即滚珠丝杠副转速/电机转速PH滚珠丝杠副的导程,MMB角度测试仪和驱动的分辨率,即每转脉冲数,P/REV电机与丝杠采取直接连接的方式,所以A1,伺服马达每转一周的最小分辨率通常随着伺服马达的标准角度测试仪的分辨率(1000P/REV,1500P/REV)而成为1000P/REV无倍增1500P/REV无倍增2000P/REV2倍增3000P/REV2倍增南昌航空大学科技学院学士学位论文44000P/REV4倍增6000P/REV4倍增由于分辨率要求达到01001MM,先选取1000P/REV的分辨率和导程5MM代入上式计算得S0005MM,所以满足要求,所以选定导程为5MM。32螺旋传动型式的选取螺旋传动分为滑动螺旋、滚动螺旋、静压螺旋。其中滚动螺旋广泛用于各种精度的数控机床、加工中心、FMS柔性制造系统、轻功等机构中,且滚动螺旋有如下许多优点1传动效率高达09098,平均为滑动螺旋的23倍,可节省动力1/23/4,有利于主机的小型化及减轻劳动强度。2摩擦力矩小,接触刚度高,使温升及热变形减小,有利于改善主机的动态特性和提高工作精度。3工作寿命长,平均可达滑动螺旋的10倍左右4传动无间隙,无爬行,运转平稳,传动精度高5具有良好的高速性能,其临界转速之DN值(D为轴径,MM;N为转速,R/MIN)可达40000以上,可实现线速度120M/MIN的高速驱动6已经实现系列尺寸标准化,并出现了冷轧滚珠丝杠,提供了多用途的廉价产品所以本次设计丝杠选用滚珠丝杠33计算最大速度和各时段的时间因为行程为400MM,在运行过程中,加速时间与减速时间一般各约为整个运行时间的1/4,设加速度为AAT1VMAX05AT1VMAXT305AT32VMAXT2400计算得T1T31125秒T2225秒A027M/S2滚珠丝杆的最大转速为NMAXVMAX/PH300/560(转/秒)3600(转/分)南昌航空大学科技学院学士学位论文534滚珠丝杠副尺寸选择计算341计算当量载荷加速时滚珠丝杠承受最大轴向负荷,减速时承受最小轴向负荷FMAXΜMGM(VMAX/T)FMINΜMGM(VMAX/T)FMAX滚珠丝杠副承受最大轴向负荷,NFMIN滚珠丝杠副承受最小轴向负荷,NΜ滚动导轨选取0005,M工作台质量及最大工件(和夹具)质量,KGG重力加速度,98M/S2VMAX最大移动速度,M/ST工作台从静止加速到VMAX的时间,S其中工作台质量及最大工件(和夹具)质量约为20KG代入个数据计算得FMAX64NFMIN44N工作时,载荷在FMAX与FMIN之间周期性变化,所以当量载荷FM1/3(2FMAXFMIN)FM57N342计算当量转速R/MIN工作台工作时NMIN0,NMAX3600(R/MIN)NM05NMAXNMIN11252NMAX225/452700(R/MIN)343计算额定动载荷C/AMFWFM60NMLH1/3/100FAFCC/AMFWFMLS/PH1/3/FAFC南昌航空大学科技学院学士学位论文6选取其中较大者为预期值C/AMFA精度系数FC可靠性系数FW载荷性质系数LH预期工作寿命HLS预期工作距离KM根据资料,自动控制设备的滚珠丝杠的工作寿命推荐为LH15000小时,LS((150003600)/45)04/1000480KM查表精度等级1,2,34,5710FA10090807得FA1FC1FW12代入公式计算得CAM746N344估算滚珠丝杠允许最大轴向变形M(ΜM)M(1/31/4)重复定位精度,任务书重复定位精度为00030015MM取重复定位精度为0015MM15ΜMM15ΜM5ΜM31可靠性/909596979899FC1062053044033021载荷性质无冲击轻微冲击伴有冲击或振动FW1121215152南昌航空大学科技学院学士学位论文7345滚珠丝杠副的支撑方式选择滚珠丝杠副的支撑方式有4种情况1)固定自由2)支承游动3)固定游动4)固定固定安装方式对滚珠丝杠副的承载能力,刚性,最高转速,使用寿命有至关重要的影响在条件允许的情况下,设计时应尽量避免一端自由的方式。本次设计选用两端固定的支撑方式,应为其有以下优点1)丝杠的静态稳定性和动态稳定性最高,适用于高速回转2)两端轴承均调整预紧,丝杠的温度变形可转化为轴承的预紧力3)适用于对刚度和位移精度要求高的滚珠丝杠安装4)轴向刚度大346估算滚珠丝杠底径D2MD2MAM/LF。F0Μ0WA支撑方式系数,两端固定时取0039F0导轨静摩擦力,NΜ0导轨静摩擦因数L滚珠丝杠两轴承支点间距离,常取11行程(1014)PH,MM其中滚动导轨的静摩擦因数为0005,W20KG98KG/S2,行程为400MM,计算得L510MM,F0098代入公式计算得D2M123MM347滚珠丝杠副的预紧方式南昌航空大学科技学院学士学位论文8预紧方式预紧方式代号预紧力FP适用范围备注双螺母垫片预紧D≤12CO一般取≤10CO不限单螺母变位导程预紧B≤10CO一般取≤75CO中小直径滚珠丝杠副单螺母增大滚珠直径预紧Z≤5CO中小直径滚珠丝杠CO值参见滚珠丝杠副的详细参数结合查阅机械设计手册表1113和表11114选取滚珠丝杠副的预紧方式为单螺母变为导程预紧确定滚珠丝杠的规格代号产品编号标准行程MM总长LMM公称直径MM公称导程MM滚珠直径MM滚珠圈数丝杠底径MM旋向行程余量MM轴向间隙任意300MM行程变动量V300MM额定动负荷KN额定静负荷KN刚性N/ΜM(30CO)BSG12640054016531753125右19G0G100164976140滚珠丝杆副上螺母348计算预紧力FP(N)FPFMAX,其中FMAX为最大轴向载荷,FMAX64N,所以FP21N31南昌航空大学科技学院学士学位论文9349DN值的验算D为滚珠丝杠副滚珠中心处直径(MM),N为滚珠丝杠副极限转速(RPM)DN≤70000、D16MM,N3600R/MIN16X360057600<70000,所以合格3410安装部精度及其设计查阅表机械设计手册表11125选取精度等级为P4查阅机械设计手册表11129E528ΜME85ΜME620ΜME916ΜME78ΜME1016ΜM南昌航空大学科技学院学士学位论文1035螺旋升角与传动效率351螺旋升角的计算TANPH/(ΠD)螺旋升角Π圆周率,314D滚珠丝杠副的公称直径,MM由前面数据可知,PH5MM,D16MM,代入公式计算得57352传动效率的计算查上图可得滚珠丝杠副的传动效率约为09

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