基于氣浮支承引線鍵合定位平臺設(shè)計(jì)論文[帶圖紙]

1、<p>　　西安文理學(xué)院機(jī)械電子工程系</p><p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題 目 基于氣浮支承引線鍵合定位平臺設(shè)計(jì) </p><p>　　專業(yè)班級 08級機(jī)械（2）班 </p><

2、p>　　學(xué) 號 08102080222 </p><p>　　學(xué)生姓名 趙魁 </p><p>　　指導(dǎo)教師 盧志偉 </p><p>　　設(shè)計(jì)所在單位 西安文理學(xué)院 </p&

3、gt;<p><b>　　2012年5月</b></p><p>　　基于氣浮支承引線鍵合定位平臺設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　為滿足新一代芯片封裝設(shè)備對定位平臺性能的要求，本文旨在研究設(shè)計(jì)一種全新的高推重比直接驅(qū)動氣浮定位平臺及其相應(yīng)的位置伺服控制系統(tǒng)。通過協(xié)調(diào)機(jī)電系

4、統(tǒng)的多影響參數(shù)，使平臺在高加速度運(yùn)動后，快速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、仿真實(shí)驗(yàn)以及系統(tǒng)的綜合性能評估，提供面向芯片封裝的高加速度高精度定位平臺的單元級和原型級設(shè)計(jì)方法及關(guān)鍵技術(shù)的解決方案。</p><p>　　為了減小定位系統(tǒng)的摩擦力及其擾動，設(shè)計(jì)了一種基于氣浮導(dǎo)軌支撐的兩自由度高速精密定位平臺。</p><p>　　該平臺采用了新型的氣浮解耦機(jī)構(gòu)，使音圈電機(jī)置于固定支座上，有

5、效地減小了定位平臺的運(yùn)動慣量。探討了節(jié)流孔直徑和導(dǎo)軌間隙對平臺承載能力和靜剛度的影響規(guī)律，得到一組優(yōu)化參數(shù)；在此基礎(chǔ)上對平臺的運(yùn)動穩(wěn)定性進(jìn)行深入分析，該平臺在給定的初始條件下可快速趨于穩(wěn)定，為該類氣浮定位平臺的設(shè)計(jì)提供了一定的理論基礎(chǔ)。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 氣浮支承 芯片封裝 引線鍵合 定位平臺</p><p>　　The positioning stage with ai

6、r bearings, which based on the air-supported bearing and wire bonding</p><p><b>　　ABSTRACT:</b></p><p>　　In order to meet the requirements of the new generation of packaging equipmen

7、ts, this thesis is mainly to study and design a completely new positioning stage and its servo-control system. </p><p>　　The stage is directly driven by high thrust-weight ratio linear motor and supported by

8、 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

9、-depth design, simulation, experiment and comprehensive performance assessment, providing unit and prototype design methods and solutions of key technology for high-acceleration/high-precision p</p><p>　　In

10、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 ba

11、se 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

12、is discussed. At the same time the optimized dimensions o</p><p>　　Key words: aerostatic bearing chip packing wire bonding positioning tabe</p><p><b>　　目錄</b></p><p>

13、;<b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 選題背景1</p><p>　　1.2 選題的目的與意義1</p><p>　　1.3 本課題主要討論問題2</p><p>　　1.4 相關(guān)研究情況2</p><p>　　1.4.1機(jī)械部分相關(guān)研究情況2</p

14、><p>　　1.4.2 氣浮部分相關(guān)研究情況3</p><p>　　第二章 定位平臺總體方案設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1 定位平臺機(jī)械部分方案確定5</p><p>　　2.1.1 確定方案思想5</p><p>　　2.1.2 方案對比分析與確定6</p><p>　　2.2

15、空氣靜壓導(dǎo)軌的方案設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.2.1確定方案思想7</p><p>　　2.2.1 方案對比分析與確定9</p><p>　　第三章 定位平臺氣浮導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1 X軸氣浮導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1.1 空氣靜壓導(dǎo)軌的工作原理及特點(diǎn)10<

16、/p><p>　　3.1.1 空氣靜壓導(dǎo)軌氣墊的設(shè)計(jì)計(jì)算10</p><p>　　3.2 Y軸氣浮軸承的設(shè)計(jì)13</p><p>　　第四章 定位平臺傳動部分的設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.1 定位平臺擬采用的研究方案、研究方法或措施14</p><p>　　4.2 定位平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)14</p>

17、<p>　　4.2.1 定位平臺X軸滾珠絲杠型號的確定14</p><p>　　4.2.2 定位平臺X軸滾珠絲杠校核16</p><p>　　4.2.3 定位平臺X軸電機(jī)的確定18</p><p>　　4.2.4 定位平臺Y軸滾珠絲杠型號的確定22</p><p>　　第五章 其他輔助零件的選擇設(shè)計(jì)23</p&

18、gt;<p>　　5.1 定位平臺軸承的選擇23</p><p>　　5.2 定位平臺聯(lián)軸器的選擇23</p><p>　　第六章 檢測元件的選擇24</p><p>　　第七章 結(jié)論25</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)26</b></p><p><b&g

19、t;　　致謝28</b></p><p>　　附錄錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 選題背景</b></p><p>　　世界近幾年高新科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，IC（Integrated circuit）工業(yè)是當(dāng)前全

20、球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的高速增長點(diǎn)，也是我國國民經(jīng)濟(jì)中最具活力的行業(yè)。目前，隨著我國“中國芯”產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加快，我國IC產(chǎn)業(yè)正面臨著難得的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。芯片封裝業(yè)作為芯片產(chǎn)業(yè)的重要環(huán)節(jié)，一直追隨者IC的發(fā)展而發(fā)展。在IC封裝中引線鍵合是芯片焊接的最主要形式。引線鍵合（Wire Bonding）是一種利用熱、壓力、超生波能量將半導(dǎo)體芯片引腳與電子封裝外殼I／O引線或基板上技術(shù)布線引腳用金屬細(xì)絲連接起來的工藝技術(shù)。隨著技術(shù)的進(jìn)步和相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，高加

21、速度高精度定位平臺是引線鍵合機(jī)的核心部件，決定鍵合的速度和質(zhì)量，進(jìn)而影響芯片的成本與可靠性。隨著芯片集成度的不斷增大，管教數(shù)量迅速增多，引線間距日益減小，定位平臺的性能已經(jīng)成為引線鍵合工藝的發(fā)展瓶頸。由于空氣的粘性低，不易發(fā)生爬行，振動也好，熱穩(wěn)定性好；使用壽命是半永久性的，與液體靜壓導(dǎo)軌相比，它不污染環(huán)境。由于具有這些特點(diǎn)，載荷變動小的超精密加工機(jī)床和測量機(jī)以及精密機(jī)器一般都采用氣浮靜壓支承。因此：“基于氣浮支承引線鍵合定位平臺設(shè)計(jì)”

22、既有較大的學(xué)術(shù)價(jià)值，又有廣闊的市</p><p>　　1.2 選題的目的與意義</p><p>　　近年來，隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展電子產(chǎn)品正迅速朝著便攜式、小型化發(fā)向發(fā)展，IC芯片的集成度不斷提高，對IC封裝技術(shù)也提出更高的要求，特別是引線鍵合技術(shù)提出了特別高的要求：（1）單位體積信息的提高（高密度化）；（2）單位時(shí)間處理速度的提高（高速化）。因此IC引線鍵合技術(shù)也

23、朝著高度集成化、高性能化、多引線和細(xì)間距化方向發(fā)展，高速、高精度的需求日益緊迫。為進(jìn)一步提高質(zhì)量和生產(chǎn)效率，對該類裝備的運(yùn)動精度和運(yùn)動速度、加速度等性能提出了更高的要求，也體現(xiàn)了該類裝備向高速、高精度發(fā)展的趨勢。這就要求集成電路的引線鍵合技術(shù)不但發(fā)展和改良，需要發(fā)展新的引線鍵合定位平臺來促進(jìn)封裝業(yè)的發(fā)展。</p><p>　　因此，發(fā)展具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的引線鍵合定位平臺設(shè)備的核心技術(shù)，開展基于新的驅(qū)動方式、機(jī)

24、構(gòu)形式和控制方法的新型高速、高精度定位系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究，是IC制造裝備中的重要研究內(nèi)容之一，對促進(jìn)IC制造技術(shù)的發(fā)展而加快我國IC產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程具有重要的意義。 </p><p>　　1.3 本課題主要討論問題</p><p>　　本課題的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)定位平臺X、Y軸的傳動裝置和氣浮導(dǎo)軌。定位平臺計(jì)過程可分為總體方案設(shè)計(jì)，完成原理方案設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，確定實(shí)施方案；對引線鍵合定位平臺X

25、、Y兩運(yùn)動導(dǎo)軌的相互運(yùn)動方式進(jìn)行設(shè)計(jì)；對引線鍵合定位平臺的氣浮導(dǎo)軌進(jìn)行設(shè)計(jì)；對引線鍵合定位平臺驅(qū)動裝置、傳動裝置、供氣裝置、測量等裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中對引線鍵合定位平臺X、Y兩運(yùn)動導(dǎo)軌的相互運(yùn)動方式進(jìn)行設(shè)計(jì)中關(guān)鍵是滾珠絲杠的設(shè)計(jì)選型、校核，電機(jī)型號的選型。對引線鍵合定位平臺的氣浮導(dǎo)軌進(jìn)行設(shè)計(jì)中關(guān)鍵的是進(jìn)行氣浮墊片的設(shè)計(jì)。最后完成其他零件的設(shè)計(jì)，完成裝配圖及零件的的繪制，保證定位平臺的精度和質(zhì)量，調(diào)整方便、簡捷。</p>&l

26、t;p>　　1.4 相關(guān)研究情況</p><p>　　1.4.1機(jī)械部分相關(guān)研究情況</p><p>　　人針對芯片制造設(shè)備設(shè)計(jì)出了一種新型磁懸浮超精密工作臺，消除了導(dǎo)軌的摩擦和磨損，使工作臺在X、Y方向能滿足0.02um的定位精度。Bakker致力于用新型的氣浮平臺代替?zhèn)鹘y(tǒng)接觸式軸承XY平臺，在重量、體積和成本基本不變的情況下，獲得更高的運(yùn)動速度和定位精度。Takeuchi基于無摩

27、擦驅(qū)動的概念，制造了靜壓空氣軸承支撐的伺服電機(jī)。Hammer等人設(shè)計(jì)的氣浮精密定位平臺，加速度達(dá)到12g，定位精度0.2um。采用空氣軸承支撐的新型XY運(yùn)動平發(fā)展具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的引線鍵合定位平臺設(shè)備的核心技術(shù)，開展基于新的驅(qū)動方式、機(jī)構(gòu)形式和控制方法的新型高速、高精度定位系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究。</p><p>　　隨著技術(shù)的進(jìn)步和相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，應(yīng)用到秒引線鍵合機(jī)上的定位平臺經(jīng)歷了一系列的變化。最初采用的是旋

28、轉(zhuǎn)電機(jī)加滾珠絲杠驅(qū)動的串聯(lián)機(jī)構(gòu)形形式，如日本KAIJO公司生產(chǎn)的FB-128引線鍵合機(jī)，鍵合速度僅為5線∕秒。到上世紀(jì)九十年代，直線電機(jī)憑借其卓越性能代替了旋轉(zhuǎn)電機(jī)開始廣泛的應(yīng)用到芯片封裝設(shè)備上，如美國K＆S公司生產(chǎn)的8028引線鍵合機(jī)，其定位平臺采用廣義并聯(lián)機(jī)構(gòu)，平臺由線性導(dǎo)軌支撐，XY方向之間用滾動軸承解藕，鍵合速度可達(dá)到11線∕秒。KAIJO公司生產(chǎn)的FB-700引線鍵合機(jī)，鍵合速度達(dá)到16線∕秒。采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)和直線電機(jī)混合驅(qū)動，

29、空氣軸承和線性導(dǎo)軌支撐平臺，經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動構(gòu)建的質(zhì)心在其旋轉(zhuǎn)軸線上，實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的質(zhì)心驅(qū)動，消除了質(zhì)心慣性力的影響。瑞士ESEC公司利用該結(jié)構(gòu)研制的型號為3100的引線鍵合機(jī)，最大鍵合速度為17線∕秒，實(shí)驗(yàn)室可以達(dá)到25線∕秒，是目前世界最高水平。隨著新型電機(jī)的不斷出現(xiàn)，音圈電機(jī)、超音速電機(jī)和平面電機(jī)在微電子裝備方面的應(yīng)用越來越受到人們的重視，天津大學(xué)馮曉梅等人研制出由音圈電機(jī)驅(qū)動的新型高精密定位平臺，其最大加速度可以達(dá)到15

30、g。Kunioka等人研</p><p>　　1.4.2 氣浮部分相關(guān)研究情況</p><p>　　由于空氣的粘性低，不易發(fā)生爬行，振動也好，熱穩(wěn)定性好；使用壽命是半永久性的，與液體靜壓導(dǎo)軌相比，它不污染環(huán)境。由于具有這些特點(diǎn)，載荷變動小的超精密加工機(jī)床和測量機(jī)以及精密機(jī)器一般都采用氣浮靜壓支承。</p><p>　　空氣軸承以清潔干燥的空氣作為潤滑介質(zhì)，具有精度高

31、、無摩擦、無磨損、清潔、無污染、壽命長、免維護(hù)、低發(fā)熱、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活、耐高/低溫和原子輻射等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于三坐標(biāo)測量機(jī)，高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械工具(如高速磨頭、高速離心分離器、陀螺儀表)、原子反應(yīng)堆致冷壓縮機(jī)、電子計(jì)算機(jī)記憶裝置、微電子制造及醫(yī)療設(shè)備中。由于采用了空氣軸承支撐，系統(tǒng)無摩擦(或極低摩擦)，消除了接觸式軸承摩擦力的不利影響，使得產(chǎn)品性能得到了極大的提高。但空氣軸承無標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品供選取，其性能受節(jié)流形式等諸多因素影響，因此，設(shè)計(jì)性能優(yōu)越

32、的空氣軸承并不容易，需要豐富經(jīng)驗(yàn)和大量理論知識。 </p><p>　　Fourka 和 Bonis比較了小孔和多孔材料節(jié)流靜壓空氣軸承性能的特點(diǎn)，指出適當(dāng)增加節(jié)流孔的個(gè)數(shù)，可以使兩種軸承的性能比較接近。Renn 和 Hsiao通過實(shí)驗(yàn)和CFD 仿真分析了小孔節(jié)流式靜壓空氣軸承的氣體流量特性。Watanabe 等人提出了確定空氣軸承線性和非線性剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)的方法。Karkoub 和 Elkamel指出空

33、氣軸承內(nèi)氣體壓力分布的理論模型過于簡單，所提出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法能更好地預(yù)測軸承內(nèi)氣體壓力分布和承載能力。Kassab 等人用實(shí)驗(yàn)的方法研究供氣壓力和節(jié)流孔直徑對矩形靜壓空氣軸承性能的影響。Fourka 等人通過數(shù)值計(jì)算、分析和實(shí)驗(yàn)的方法分析空氣靜壓止推軸承的穩(wěn)定性，指出非線性方法的分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)更接近，與線性方法相比可靠性更高。Talukder 和 Stowell研究了小孔節(jié)流式旋轉(zhuǎn)軸承的氣錘現(xiàn)象。Kassab研究了靜壓空氣軸承的入口處的

34、低壓特性，對經(jīng)驗(yàn)公式提出了修正方法。Kwan 和 Post研究了空氣軸承表面和節(jié)流孔的制造公差、分布對承載能力和剛度的影響，確定出使承載能力和剛度變化在 10%以內(nèi)的制造公差。</p><p>　　為克服空氣軸承剛度低、承載能力差等弱點(diǎn)，F(xiàn)an 等人制造了多節(jié)流孔空氣軸承。Watanabe 等人設(shè)計(jì)了微槽軸承，即平面軸承具有淺圓形槽。Chen 和 Lin應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展成果設(shè)計(jì)了矩形靜壓空氣軸承，軸承上具有 X

35、 形勾槽。Nakamura和Nakamura研究了雙向雙排小孔節(jié)流式靜壓矩形空氣軸承在受到側(cè)向力時(shí)的動態(tài)特性。Stout 和 Barrans闡述了具有納米級定位精度的靜壓空氣軸承的設(shè)計(jì)，討論了影響靜壓空氣軸承性能的主要參數(shù)和制造公差。Yoshimoto設(shè)計(jì)了一種新型靜壓空氣軸承，氣膜間隙小于 1μm，剛度可達(dá)到 1N/nm，是一般靜壓空氣軸承的 10 倍。</p><p>　　Nakamura 和 Yoshimo

36、to指出混合節(jié)流式矩形空氣靜壓止推軸承容易獲得較高的剛度，從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面研究了具有混合節(jié)流器的靜壓矩形雙面止推軸承的剛度特性。</p><p>　　近年來，以石墨等多孔材料為節(jié)流器的靜壓空氣軸承被成功應(yīng)用。實(shí)際軸承設(shè)計(jì)中，需要減小多孔材料的厚度來縮小軸承的體積，但會導(dǎo)致強(qiáng)度降低，特別是當(dāng)多孔材料的半徑較大時(shí)，由于材料的變形，空氣很難完全通過多孔材料介質(zhì)。為此，Yoshimoto 和 Kohno在多孔材料空氣軸

37、承中采用兩種供氣方法(圓環(huán)勾槽和小孔供氣)，以免軸承表面發(fā)生變形，通過理論和實(shí)驗(yàn)方法得到了這種軸承的靜態(tài)和動態(tài)性能。</p><p>　　Watanabe 和 Natsume利用多孔材料作為節(jié)流器制成了幾何形狀復(fù)雜的靜壓空氣軸承，例如球軸承或空氣靜壓絲杠。Kwan 和 Corbett通過增加平衡間隙來進(jìn)行多孔材料空氣軸承性能的數(shù)學(xué)分析。Luong 等人用有限元方法預(yù)測表面完全由多孔材料組成的空氣軸承的性能。Ban

38、g 和 Lee利用碳纖維制成的氣浮仿錘具有慣量小、阻尼大、固有頻率高等特點(diǎn)，用于高速鉆孔工具。馬明建等人采用有限元理論分析了靜壓空氣軸承的壓力場，并討論了空氣軸承壓力場邊界條件的處理方法。</p><p>　　第二章 定位平臺總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 定位平臺機(jī)械部分方案確定</p><p>　　2.1.1 確定方案思想</p>&l

39、t;p><b>　　方案一：</b></p><p>　　傳動：滾珠絲杠螺母副</p><p>　　支撐：雙推-簡支式 滑動導(dǎo)軌</p><p>　　伺服電機(jī)：步進(jìn)電動機(jī)</p><p><b>　　優(yōu)點(diǎn)：</b></p><p>　　采用滾珠絲杠螺母副，可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動

40、與直線運(yùn)動相互轉(zhuǎn)換，在具有螺旋槽的絲杠螺母中裝有滾珠作為中間傳動元件，以減少摩擦。優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小，傳動效率高，靈敏度高，傳動平穩(wěn)，不易產(chǎn)生滑行，傳動精度和定位精度高；磨損小，使用壽命長，精度保持性好。雙推-簡支式支撐減少絲杠熱變形的影響。</p><p><b>　　缺點(diǎn)：</b></p><p>　　滾珠絲杠螺母副的不足在于制造工藝復(fù)雜，成本高，不能自鎖，故需附加

41、制動裝置。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p><b>　　傳動：同步帶傳動</b></p><p><b>　　支撐：滑動導(dǎo)軌</b></p><p>　　伺服電機(jī)：直流無刷電機(jī)</p><p><b>　　優(yōu)點(diǎn)：&

42、lt;/b></p><p>　　同步帶傳動無相對滑動，傳動比準(zhǔn)確，傳動精度高，齒形帶的強(qiáng)度高，厚度小、重量輕，故可用于高速傳動；傳動比恒定，同步帶無需特別漲緊，因而作用于軸和軸承等上的載荷小，傳動效率高。</p><p><b>　　缺點(diǎn)：</b></p><p>　　同步帶工作時(shí)候有溫度要求，安裝精度要求較高，中心間距要求較高，有時(shí)候

43、需要張緊，安裝麻煩。無刷直流電機(jī)啟動時(shí)有震動，控制器要求高，價(jià)格高。</p><p><b>　　方案三：</b></p><p><b>　　傳動：齒輪齒條</b></p><p><b>　　支撐：直線導(dǎo)軌</b></p><p>　　伺服電機(jī)：直流無刷電機(jī)</p&g

44、t;<p><b>　　優(yōu)點(diǎn)：</b></p><p>　　齒輪齒條傳動功率大，精度高，穩(wěn)定性好，響應(yīng)速度快。無刷直流電機(jī)啟動時(shí)有震動，控制器要求高，價(jià)格高。雙線導(dǎo)軌穩(wěn)定。</p><p><b>　　缺點(diǎn)：</b></p><p>　　齒輪齒條無自鎖，需要外加自鎖機(jī)構(gòu)。噪音大，磨損較快。</p>

45、;<p>　　2.1.2 方案對比分析與確定</p><p>　　綜合課程設(shè)計(jì)要求，精度為0.04mm，最大載荷是500N，相比同步帶和齒輪齒條傳動，滾珠絲杠傳動更符合精度要求，因?yàn)榻z杠傳的動的精度可以達(dá)到±0.01mm，而同步帶傳動時(shí)會產(chǎn)生彈性變形，具有一定的蠕變性。齒輪齒條傳動精度和滾軸絲杠精度相當(dāng)，但是安裝較麻煩，安裝精度要求高。</p><p>　　步進(jìn)電動

46、機(jī)和直流無刷電機(jī)相比，步進(jìn)電動機(jī)控制簡單，啟動穩(wěn)定，而直流無刷電機(jī)控制要求高，成本高，畢業(yè)設(shè)計(jì)要求精度未達(dá)到微米級別，空載轉(zhuǎn)速要求為1m/min,因此采用低檔的步進(jìn)電動機(jī)就能滿足要求。</p><p>　　綜合以上分析，決定選擇第一種方案。步進(jìn)電動機(jī)提供動力，滾軸絲杠傳遞動力。</p><p>　　圖2.1定位平臺結(jié)構(gòu)</p><p>　　此數(shù)控工作臺主要由步進(jìn)電機(jī)

47、、絲杠螺母副、滾動導(dǎo)軌副、工作臺、軸承座、端蓋、軸承、聯(lián)軸套、鍵、墊圈等組成。（具體見裝配圖）</p><p>　　2.2 空氣靜壓導(dǎo)軌的方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1確定方案思想</p><p>　　空氣靜壓導(dǎo)軌，根據(jù)工作臺的移動量，載荷量和精度要求的不同，一般采用下圖所示的結(jié)構(gòu)形式</p><p><b>　　（a）&

48、lt;/b></p><p>　　圖2.2閉式平面導(dǎo)軌</p><p>　　圖2.3 閉式圓柱導(dǎo)軌</p><p>　　圖2.4 重量封閉式導(dǎo)軌</p><p>　　閉式平面型 閉式圓柱型 重量封閉式導(dǎo)軌</p><p>　　方案一：閉式平面導(dǎo)軌</p><p>　　優(yōu)

49、點(diǎn)：這種形式的的導(dǎo)軌因工作臺移動時(shí)導(dǎo)軌面僅產(chǎn)生很小的撓度，可以獲得高精度、高剛度、承載能力大，適合于超精加工設(shè)備和測量一起的長導(dǎo)軌。</p><p><b>　　方案二：閉式圓導(dǎo)軌</b></p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：這種形式導(dǎo)軌的導(dǎo)向零件少，結(jié)構(gòu)簡單。</p><p>　　缺點(diǎn)：零件的精度完全取決于加工設(shè)備，運(yùn)動精度有限。導(dǎo)桿采用兩端支撐，隨這

50、工作臺的移動導(dǎo)桿容易產(chǎn)生撓度。</p><p>　　方案三：重力封閉式導(dǎo)軌</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：這種形式的導(dǎo)軌用工作臺的質(zhì)量和空氣靜壓保持平衡，以維護(hù)導(dǎo)軌的固定間隙。其結(jié)構(gòu)較簡單，零件的高精度也容易實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　缺點(diǎn)：支承剛性低，故多用于載荷變化范圍不大的設(shè)備上。</p><p><b>　　如圖2.5所示<

51、;/b></p><p><b>　　圖2.5 上導(dǎo)軌</b></p><p>　　2.2.1 方案對比分析與確定</p><p>　　綜合畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，定位平臺上需要定位的芯片質(zhì)量很小，故方案三可滿足要求。同時(shí)由于導(dǎo)軌形式的確定，可以確定氣墊為矩形墊片；節(jié)流器為環(huán)面節(jié)流器。如圖2.5所示：</p><p>　　圖

52、2.6 具有亞園形氣腔的矩形氣墊</p><p>　　第三章 定位平臺氣浮導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)</p><p>　　空氣靜壓導(dǎo)軌是將具有一定壓力的空氣經(jīng)過節(jié)流器送入導(dǎo)軌的間隙。借助其靜壓使運(yùn)動導(dǎo)軌懸浮起來，使兩導(dǎo)軌面之間形成一層極薄的氣膜，且氣膜厚度基本保持恒定不變的一種純空氣摩擦的滑動導(dǎo)軌。</p><p>　　3.1 X軸氣浮導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)</p><p

53、>　　3.1.1 空氣靜壓導(dǎo)軌的工作原理及特點(diǎn)</p><p>　　如圖3.1所示，空氣靜壓導(dǎo)軌副是由氣墊和承導(dǎo)面組成的。這樣的氣墊在每個(gè)承導(dǎo)面上不少于兩個(gè)。從氣源送來的清潔、干燥、恒壓的空氣流經(jīng)節(jié)流器進(jìn)入氣腔并沿封氣面向外流出，在封氣面上形成具有承載能力的氣膜。氣腔與封氣面處氣膜的承載能力之和將氣墊及與之相連的工作臺浮起。工作中承載能力與載荷處于平衡狀態(tài)，氣膜厚度保持不變，從而實(shí)現(xiàn)氣體摩擦。當(dāng)載荷變化時(shí)，

54、氣膜的厚度隨載荷增大而減小，氣膜一方面起承載作用，另一方面也起著潤滑作用。</p><p>　　圖3.1 氣墊工作原理</p><p>　　1-氣墊； 2-節(jié)流器； 3-承導(dǎo)面； 4-氣腔； 5-封氣面</p><p>　　3.1.1 空氣靜壓導(dǎo)軌氣墊的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　現(xiàn)已圖3.2所示的長方形靜壓氣墊為例，說明氣墊的性能計(jì)算的過

55、程。氣墊各部分的尺寸，供氣孔的位置和數(shù)目，以及計(jì)算時(shí)坐標(biāo)的設(shè)定如圖所示。供氣孔的節(jié)流形式為環(huán)面節(jié)流，供氣孔直徑為d。 </p><p>　　圖3.2 間隙一定的長方形靜壓氣墊</p><p>　　1) 確定雷諾方程的具體形式，假設(shè)導(dǎo)軌的間隙一定，相對運(yùn)動速度U=0，間隙內(nèi)</p><p>　　的氣體是等溫流，定長狀態(tài)，則可采用最簡單的雷諾方程式</p>

56、<p>　　+=0 (式3.1)</p><p>　　設(shè)邊界壓力是大氣壓力Pa，則有邊界條件</p><p>　　x=0，x=a 時(shí)，</p><p>　　y=0，y=b 時(shí)，</p><p>　　根據(jù)這一邊界條件，求出相對供氣孔出口壓力的雷諾方程的特解，即成為壓力分布，就可以進(jìn)一步計(jì)算出

57、氣墊的承載能力、流量等。問題的難點(diǎn)是如何求得供氣孔的出口壓力，為了就一般條件下解決這個(gè)問題，可運(yùn)用流量連續(xù)條件采用數(shù)值計(jì)算方法解之。流量連續(xù)條件就是設(shè)通過供氣孔流入氣墊的注量等于由氣墊周圍流出的流量。</p><p>　　2) 通過節(jié)流器的流量</p><p>　　通過節(jié)流器的質(zhì)量流量（單位Kg/s）為</p><p>　　= (式3.2)<

58、;/p><p>　　式中A-------節(jié)流面積，單位。對于小孔節(jié)流=，對于環(huán)面節(jié)流，；</p><p>　　------氣源壓力，單位Pa；</p><p>　　R-------氣體常數(shù)，對于空氣 ；</p><p>　　T--------供氣絕對溫度，單位K；</p><p>　　r---------比熱比，對于空氣

59、r=1.41；</p><p>　　--------氣腔壓力，單位Pa；令，稱為節(jié)流壓力比，為了避免抑流現(xiàn)象，要求0.528；</p><p>　　--------流量系數(shù)，一般為0.8；但是時(shí)，下降很快。</p><p>　　令為噴嘴的流出速度系數(shù)，取</p><p><b>　　(式3.3)</b></p>

60、;<p>　　則3-2式可寫為= (式3.4)</p><p>　　3) 流出導(dǎo)軌間隙的流量</p><p>　　對于從氣墊邊緣流出的氣體，可以根據(jù)長方形平行間隙中的粘性流動公式來求出。如圖3-3所示的長方形平行間隙中，設(shè)間隙為h，平行于x軸及y軸的流動之體積流量d，d</p><p&

61、gt;　　d=dy (式3.5)</p><p>　　d=dx (式3.6)</p><p>　　在環(huán)境壓力為、溫度為、氣體密度為的情況下，由氣墊邊緣流出的氣體流量為</p><p>　　= (式3.7)</p><p>　　對于具有n個(gè)供

62、氣孔的長方形氣墊，根據(jù)流量連續(xù)的條件由3-4式和3-7式得：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　(式3.8)</b></p><p>　　對于圖3-2所示的氣墊，考慮對稱性，其一個(gè)供氣孔可得</p><p>　　= (式3.9)</p>

63、;<p>　　利用上式可以求得導(dǎo)軌間隙h。</p><p><b>　　4) 承載能力</b></p><p>　　將氣墊間隙中的壓力p沿整個(gè)氣墊面進(jìn)行積分，即可求得氣墊的承載能力。</p><p>　　W= (式3.10)</p><p><b>　　5)

64、氣墊的剛度</b></p><p>　　對于一個(gè)支承氣墊或總的支承氣墊，其剛度</p><p>　　K= (式3.11)</p><p>　　負(fù)號表示隨著載荷的增加，間隙減小?？諝忪o壓導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)目標(biāo)，就是追求剛度K的絕對值為最大。并將工作中的氣墊間隙控制在對應(yīng)K最大的附近，稱為最佳間隙。</p&

65、gt;<p>　　設(shè)有a=b=20mm的正方形氣墊，4個(gè)環(huán)面節(jié)流孔等距配置，孔徑d=0.5mm。氣源為常溫空氣，常溫=288K,供氣壓力=5MPa，動力粘度=1.796，比熱比=1.4，空氣密度，氣體常數(shù)，流量系數(shù)=0.85</p><p>　　設(shè)=30Mpa時(shí)，將數(shù)據(jù)代入上面的公式，可解出</p><p>　　承載能力 W=18.7

66、（N） (式3.12)</p><p>　　氣墊間隙 h=0.20mm (式3.13)</p><p>　　氣體流量 (式3.14)</p><p>　　因

67、為上平臺約重100N，因此在上平臺左右各安裝3個(gè)氣浮墊片。</p><p>　　3.2 Y軸氣浮軸承的設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè)計(jì)同理X軸的氣浮墊片設(shè)計(jì)，估x軸的設(shè)備總重約為200，因此在Y底座左右各安裝6個(gè)氣浮墊片。</p><p>　　第四章 定位平臺傳動部分的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 定位平臺擬采用的研究方案、研究方法或措施

68、</p><p>　　定位平臺擬采用X軸電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠，然后滾珠絲杠福帶動定位平臺運(yùn)動，Y軸電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠，然后滾珠絲杠副帶動上平臺運(yùn)動。這里最主要的是對滾珠絲杠的選型、校核；對電機(jī)的合理選型。</p><p>　　4.2 定位平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1 定位平臺X軸滾珠絲杠型號的確定</p><p>　　1） 計(jì)算進(jìn)給

69、牽引力</p><p>　　作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給牽引力主要包括切削時(shí)的走刀抗力以及移動件的重量和切削分力在導(dǎo)軌上的摩擦力。因而其數(shù)值的大小與導(dǎo)軌的型式有關(guān)，由于在設(shè)計(jì)中采用的是加有導(dǎo)軌塊的氣浮導(dǎo)軌導(dǎo)軌，所以選擇的計(jì)算公式為綜合導(dǎo)軌的計(jì)算公式。計(jì)算公式為：</p><p><b>　　(式4.1)</b></p><p>　　式中 、、---

70、切削分力（N）；</p><p>　　---移動部件上的重量（N）；</p><p>　　---主軸上的扭距（）；</p><p>　　---導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌型式而不同；</p><p>　　---考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)；</p><p>　　綜合導(dǎo)軌的 , ，取，式中=150 N，=0 N，G=100 N

71、 </p><p>　　代入計(jì)算得 </p><p><b>　　(式4.2)</b></p><p>　　2） 計(jì)算最大動載荷</p><p>　　如圖4.1滾珠絲杠副</p><p>　　圖4.1 滾珠絲杠副</p><p>　　選用滾珠絲杠副的直

72、徑時(shí)，必須保證在一定軸向載荷作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬轉(zhuǎn)（106轉(zhuǎn)）后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動負(fù)載，用下式計(jì)算選擇：</p><p><b>　　(式4.3)</b></p><p>　　式中 ---壽命，以10轉(zhuǎn)為一單位</p><p>　　---溫度系數(shù)，小于100攝氏度=1<

73、;/p><p>　　---硬度系數(shù)，=1</p><p>　　---精度系數(shù)，三級精度=1</p><p>　　---可靠度系數(shù)，可靠度為95%，=0.62</p><p>　　---為運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)；有一般運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) =1.2-1.5</p><p>　　---絲杠轉(zhuǎn)速，，用下式計(jì)算</p><p>　

74、　---為最大切削力條件下的進(jìn)給速度，</p><p><b>　　---絲杠導(dǎo)程，；</b></p><p>　　---為使用壽命，，對于數(shù)控機(jī)床取；</p><p>　　初選導(dǎo)程=4，由任務(wù)書可知最大的速度，則,代入公式可計(jì)算得</p><p>　　==30 (式4.4)</p&

75、gt;<p><b>　　(式4.5)</b></p><p><b>　　(式4.6)</b></p><p>　?。?） 傳動效率計(jì)算</p><p>　　滾珠絲杠螺母副的傳動效率：</p><p><b>　　(式4.7)</b></p>&l

76、t;p>　　式中 ---絲杠螺旋升角；</p><p>　　---摩擦角，滾珠絲杠的滾動摩擦系數(shù)，其摩擦角約等于。</p><p>　　由選用的W1L2506的滾珠死杠的相關(guān)數(shù)據(jù)可知絲杠螺旋升角</p><p>　　代入公式計(jì)算得 </p><p><b>　　(式4.8)</b></p>

77、<p>　　4.2.2 定位平臺X軸滾珠絲杠校核</p><p><b>　　1) 剛度的驗(yàn)算</b></p><p>　　先畫出此進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖,如圖所示.最大牽引力為578.6N,由螺母裝配總長度為75mm,絲杠螺紋長度取250mm,預(yù)計(jì)長度為410mm,絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊,預(yù)緊力為最大軸向負(fù)載的1/3.</p><

78、p>　　圖4.2 Y向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡圖</p><p>　　滾珠絲杠副的軸向變行會影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動的平穩(wěn)性，因此應(yīng)考慮以下引起軸向變形的因素：</p><p>　　2) 絲杠的拉伸或壓縮變形量</p><p>　　在總的變形量中占的比重較大,可以用計(jì)算方法或查圖表的方法決定，在這里我選用的是計(jì)算的方法，先用下式計(jì)算滾珠絲杠受工作負(fù)載的作用引起的導(dǎo)程

79、的變化量再計(jì)算滾珠絲杠總長度上的拉伸或壓縮變形量，公式如下：</p><p>　　式中 ---在工作負(fù)載Fm作用下引起每一導(dǎo)程的變化量，;</p><p>　　---工作負(fù)載，即進(jìn)給牽引力，;</p><p>　　---滾珠絲杠的導(dǎo)程，;</p><p>　　---材料彈性模數(shù)，對鋼 E=20.6,();</p><

80、p>　　---滾珠絲杠截面積（按內(nèi)徑確定）.</p><p>　　“+”號用于拉伸，“-”號用于壓縮。</p><p>　　其中，，為X向和Y向兩向中的最大值</p><p>　　滾珠絲杠總長度上拉伸或壓縮的變形量</p><p><b>　　(式4.9)</b></p><p>　　式中

81、 ---滾珠絲杠在支撐間的受力長度</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)行程、滾珠絲剛副的最大長度、防護(hù)罩的極限距離、及軸承一半的長度，以上幾項(xiàng)之和確定滾珠絲杠在支撐間的受力最大長度。</p><p><b>　　計(jì)算得 </b></p><p>　　==0.0040 mm (式4.10)</p>

82、<p>　　3) 滾珠與螺紋滾道間接觸變形</p><p>　　當(dāng)對絲杠加有預(yù)緊力，且預(yù)緊力為軸向最大負(fù)載的1/3時(shí)，之值可減少一半；此變形可根據(jù)我所選用的滾珠絲杠在指導(dǎo)書中的圖4-7中查到其值為，雖然有預(yù)緊但不做減半的處理，用其查出的值。</p><p>　　4) 支撐滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形</p><p>　　不同類型的軸承的接觸變形量可用不同的

83、公式計(jì)算，我選用的是角接觸球軸承則公式如下：</p><p><b>　　(式4.11)</b></p><p>　　式中 ---軸承所受軸向載荷，；</p><p>　　---軸承的滾動體數(shù)目；</p><p>　　---軸承滾動體直徑，；</p><p>　　由于其中的一些數(shù)據(jù)無法獲得

84、準(zhǔn)確值只能作粗略的估算，式中軸承所受軸向載荷，軸承的滾動體數(shù)目，軸承滾動體直徑</p><p><b>　　代入算得 </b></p><p><b>　　(式4.12)</b></p><p>　　。 (式4.13)</p><p>　　這里因?yàn)闈L珠絲杠的扭轉(zhuǎn)變

85、形引起導(dǎo)程的變化量占的比重比較小忽略不計(jì)，螺母座變形及軸承座變形的變形量計(jì)算比較困難，在結(jié)構(gòu)上作了相應(yīng)的處理所以也不作計(jì)算。</p><p><b>　　總的變形量</b></p><p>　　= 0.0095mm (式4.14)</p><p>　　小于要求的定位精度0.1mm合乎設(shè)計(jì)的要求。&l

86、t;/p><p><b>　　穩(wěn)定性驗(yàn)算</b></p><p>　　滾珠絲杠一端為角接觸軸承固定支撐，另一端為深溝球軸承支撐，不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，不需要進(jìn)行穩(wěn)定性校核。</p><p>　　4.2.3 定位平臺X軸電機(jī)的確定</p><p>　　1) 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選擇</p><p>　　選用步進(jìn)

87、電機(jī)時(shí)，必須首先根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)草圖計(jì)算機(jī)械傳動裝置及負(fù)載折算到電機(jī)軸上的等效慣量，分別計(jì)算各種共況條件下所需的等效力矩，再根據(jù)步進(jìn)電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩選擇合適的步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　2) 轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算</p><p>　　(1） 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算</p><p>　　由于用步進(jìn)電機(jī)則省去了齒輪的傳動比，以及齒輪的轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算所以只要計(jì)算絲杠本身的轉(zhuǎn)動慣量即

88、可,絲杠導(dǎo)程=4mm，名義直徑=20mm,兩支撐間距L=300mm可計(jì)算出絲杠的轉(zhuǎn)動慣量，公式如下：</p><p>　　= 0.282kg (式4.14)</p><p>　　由于絲杠是通過聯(lián)軸器與電機(jī)直接進(jìn)行連接的，所以，絲杠折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量 </p><p><b>　　(式4.15

89、)</b></p><p>　　(2) 工作臺折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量</p><p>　　根據(jù)《機(jī)電裝備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表4-22所示工作臺折算到絲杠軸上的轉(zhuǎn)動慣量，由絲杠導(dǎo)程L0=4mm，工作臺重量為100N，可查出N工作臺的轉(zhuǎn)動慣量為0.688，則工作臺的折算轉(zhuǎn)動慣量為：</p><p><b>　　(式4.16)</b>&

90、lt;/p><p>　　(3) 絲杠傳動時(shí)傳動系折算到電機(jī)上的總的轉(zhuǎn)動慣量</p><p>　　由于絲杠是通過聯(lián)軸器與電機(jī)直接進(jìn)行連接的，所以，絲杠傳動時(shí)傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為：</p><p><b>　　(式4.17)</b></p><p>　　在上式中沒有考慮電機(jī)轉(zhuǎn)子本身的轉(zhuǎn)動慣量，，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，傳動

91、系統(tǒng)慣量和轉(zhuǎn)子慣量之間，有一個(gè)慣量匹配的問題，的比值不能太小，否則機(jī)床動態(tài)特性將主要取決于負(fù)載特性，此時(shí)不同重量和行程的各坐標(biāo)的特性將有很大差別，并且很容易受切削力、摩擦力等干擾的影響。但是的比值太大，也是很不經(jīng)濟(jì)的。</p><p>　　電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量可以查出，初選步進(jìn)電機(jī)為杭州中達(dá)FHB397三相高性能混合式步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)慣量為1.32。</p><p>　　所以=0.66，基本滿

92、足慣量匹配要求。</p><p>　　傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為1.9908 </p><p>　　3) 電機(jī)的力矩的計(jì)算</p><p>　　電機(jī)的負(fù)載力矩在各種工況下是不同的，下面分別對快速空載起時(shí)所需要的力矩、快速進(jìn)給時(shí)所需要的力矩、最大切削負(fù)載時(shí)所需要的力矩等幾部分進(jìn)行計(jì)算。</p><p><b>　　X向電

93、機(jī)力矩的計(jì)算</b></p><p>　　快速空載起動時(shí)所需力矩</p><p><b>　　(式4.18)</b></p><p>　　式中 ---快速空載起動力矩；</p><p>　　---空載起動時(shí)折算到電機(jī)上的加速力矩；</p><p>　　---折算到電機(jī)軸上的摩

94、擦力矩；</p><p>　　---由于絲杠欲緊時(shí)折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩</p><p><b>　　其中 </b></p><p><b>　　(式4.19)</b></p><p>　　式中 ---傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的等校轉(zhuǎn)動慣量；

95、 (式4.20)</p><p>　　---電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速；</p><p>　　---運(yùn)動部件動停止起動加速到最快進(jìn)給速度所需時(shí)間;</p><p><b>　　代入上式</b></p><p>　　=544.54 (式4.21)</

96、p><p>　　折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩：</p><p>　　式中 ---導(dǎo)軌的摩擦力；</p><p>　　=0.004×(600+600)=3.6N (式4.22)</p><p>　　---垂直方向的切削力；</p><p>　　---運(yùn)動部件的總重量；</p>

97、<p>　　---導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)；</p><p>　　---齒輪降速比，這里無齒輪既；</p><p>　　---傳動鏈總效率，這里取0.8；</p><p><b>　　代入求解</b></p><p>　?。?.287 (式4.23)</p><p

98、><b>　　附加摩擦力：</b></p><p>　　式中 ---滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷，一般取，為進(jìn)給牽引力；</p><p>　　---滾珠絲杠導(dǎo)程；</p><p>　　---滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動效率；=0.9</p><p><b>　　代入算得</b></p>

99、<p>　?。?.338 (式4.24)</p><p>　　根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)果可得</p><p>　　=28.11 (式4.25)</p><p>　　=28.11<717比初選的電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩小符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　快速進(jìn)給時(shí)所

100、需力矩： </p><p>　　=2.788 (式4.26)</p><p>　　=2.788<2.39比初選電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩小，符合要求。</p><p><b>　　Y向電機(jī)力矩的計(jì)算</b></p><p>　　快速空載起動時(shí)所需力矩</p>&

101、lt;p><b>　　(式4.27)</b></p><p>　　式中 ---快速空載起動力矩；</p><p>　　---空載起動時(shí)折算到電機(jī)上的加速力矩；</p><p>　　---折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩；</p><p>　　---由于絲杠欲緊時(shí)折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩</p>

102、<p>　　其中 (式4.28)</p><p>　　式中 ---傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的等校轉(zhuǎn)動慣量； (式4.29)</p><p>　　---電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速；</p><p>　　---運(yùn)動部件動停止起動加速到最快進(jìn)給速度所需時(shí)間;

103、</p><p><b>　　代入上式</b></p><p>　　=544.54 (式4.30)</p><p>　　折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩：</p><p><b>　　(式4.31)</b></p><p>　　式中

104、 ---導(dǎo)軌的摩擦力；</p><p>　　=0.004×(600+600)=3.6N (式4.32)</p><p>　　---垂直方向的切削力；</p><p>　　---運(yùn)動部件的總重量；</p><p>　　---導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)；</p><p>　　---齒輪降速比，這里無齒輪

105、既；</p><p>　　---傳動鏈總效率，這里取0.8；</p><p><b>　　代入求解</b></p><p>　?。?.278 (式4.33)</p><p><b>　　附加摩擦力：</b></p><p>　　式中

106、 ---滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷，一般取，為進(jìn)給牽引力；</p><p>　　---滾珠絲杠導(dǎo)程；</p><p>　　---滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動效率；=0.9</p><p><b>　　代入算得</b></p><p>　　＝2.92 (式4.34)</p><

107、;p>　　根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)果可得</p><p>　　=28.30 (式4.35)</p><p>　　28.30<544.54比初選的電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩小符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　(2)、快速進(jìn)給時(shí)所需力矩：</p><p><b>　　(式4.36)</b>&l

108、t;/p><p><b>　　=3.207</b></p><p>　　=2.788 <3.207比初選電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩小，符合要求。</p><p>　　4.2.4 定位平臺Y軸滾珠絲杠型號的確定</p><p>　　同X軸滾珠絲杠選用W1L2506的滾珠死杠的相關(guān)數(shù)據(jù)可知絲杠螺旋升角</p><p

109、><b>　　(式4.35) </b></p><p>　　第五章 其他輔助零件的選擇設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 定位平臺軸承的選擇</p><p>　　X方向滾珠絲杠副在工作中用于精確地傳遞相對位移，轉(zhuǎn)速較低，傳動時(shí)只需克服摩擦力矩和較小的附加阻力矩，承受的是軸向和徑向雙向輕載荷，所以選用了能同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷的滾動軸承

110、。</p><p>　　對于其支撐方式可以選擇一端固定，一端游動，這樣可以避免由于熱變形伸長而引起的彎曲變形，由選定的絲杠可知，固定端的滾動球軸承需選型號為6202,游動端選滾動球軸承型號為6202.</p><p>　　Y方向上對于其支撐方式可以選擇一端固定，一端游動，這樣可以避免由于熱變形伸長而引起的彎曲變形，由選定的絲杠可知，固定端的滾動球軸承需選型號為6202,游動端選滾動球軸承型

111、號為6202.</p><p>　　5.2 定位平臺聯(lián)軸器的選擇</p><p>　　對于聯(lián)軸器的選擇，根據(jù)X軸的滾珠絲杠直徑為20mm，選擇聯(lián)軸器型號為YL3；根據(jù)Y軸的滾珠絲杠直徑為20mm，選擇聯(lián)軸器型號業(yè)為YL3。</p><p>　　第六章 檢測元件的選擇</p><p>　　關(guān)于直線位置檢測元件的選擇，如采用激光器件則成本較高,

112、 而感應(yīng)同步器、磁柵又都是利用電磁感應(yīng)原理。為防止直線電機(jī)電磁場對檢測元件的干擾和節(jié)約成本, 選擇光電轉(zhuǎn)換原理工作的光柵尺作為位移和速度的檢測裝置，由于不需要 A/D轉(zhuǎn)換, 因此，可提高采樣頻率和檢測精度，構(gòu)成可靠的伺服控制體系。如果需要進(jìn)一步提高位置檢測的分辨率和精度，可以通過倍頻處理來提高分辨率；還可以采用軟件定點(diǎn)補(bǔ)償來提高精度,方法是在整個(gè)直線位置控制裝置安裝完畢后,借助于更高一級的位置測量裝置, 如激光干涉儀, 進(jìn)行測量比較,

113、設(shè)定多點(diǎn)并逐點(diǎn)進(jìn)行誤差標(biāo)定,運(yùn)行時(shí)通過軟件控制,進(jìn)行定點(diǎn)補(bǔ)償來提高檢測精度。光柵采用英國 RENISHAW 公司的 RGH22R 系列產(chǎn)品。該類光柵尺有較高的精度和響應(yīng)速度，具有安裝調(diào)試方便，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。光柵線周期為 20μs；分辨率可達(dá) 2μm；響應(yīng)最大速度為 10m/s。</p><p><b>　　第七章 結(jié)論</b></p><p>　　高加速度高精

114、度定位平臺是引線鍵合機(jī)的核心部件,決定鍵合的速度和質(zhì)量,進(jìn)而影響芯片的成本與可靠性。隨著芯片集成度的不斷增大,管腳數(shù)量迅速增多,引線間距日益減小,定位平臺的性能已經(jīng)成為引線鍵合工藝進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。由于空氣的粘性低，不易發(fā)生爬行，振動也小，熱穩(wěn)定性好；使用壽命是半永久性的,與液體靜壓導(dǎo)軌相比，它不污染環(huán)境。由于具有這些特點(diǎn)，載荷變動小的超精密加工機(jī)床和測量機(jī)以及精密機(jī)器一般都采用氣浮靜壓支承。</p><p>　

115、　本文對定位平臺X、Y軸的傳動裝置和氣浮導(dǎo)軌進(jìn)行了設(shè)計(jì)。定位平臺計(jì)過程可分為總體方案設(shè)計(jì)，完成原理方案設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，確定實(shí)施方案；對引線鍵合定位平臺X、Y兩運(yùn)動導(dǎo)軌的相互運(yùn)動方式進(jìn)行設(shè)計(jì)；對引線鍵合定位平臺的氣浮導(dǎo)軌進(jìn)行設(shè)計(jì)；對引線鍵合定位平臺驅(qū)動裝置、傳動裝置、供氣裝置、測量等裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中對引線鍵合定位平臺X、Y兩運(yùn)動導(dǎo)軌的相互運(yùn)動方式進(jìn)行設(shè)計(jì)中關(guān)鍵是滾珠絲杠的設(shè)計(jì)選型、校核，電機(jī)型號的選型。對引線鍵合定位平臺的氣浮導(dǎo)軌進(jìn)

116、行設(shè)計(jì)中關(guān)鍵的是進(jìn)行氣浮墊片的設(shè)計(jì)。最后完成其他零件的設(shè)計(jì)，完成裝配圖及零件的的繪制，保證定位平臺的精度和質(zhì)量，調(diào)整方便、簡捷。</p><p>　　本文對氣浮支承引線鍵合定位平臺進(jìn)行了一定研究和分析，達(dá)到了預(yù)期的目的，但仍然有待進(jìn)一步深化和研究的地方。</p><p>　　由于條件限制，對驅(qū)動軟件研究還不充分，缺少試驗(yàn)研究，在以后應(yīng)該對其進(jìn)一步深入研究。由于沒有做物理實(shí)驗(yàn), 由于水平有限

117、，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的不足，以及時(shí)間上的限制，在設(shè)計(jì)中難免存在一些錯(cuò)誤，沒有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)作對照，分析還存在局限性。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]楊盛標(biāo) 許康﹒工程范疇演變考略﹒自然辯證法研究，2000，1：35</p><p>　　[1]畢克允﹒把握“十一五”契機(jī)推進(jìn)封裝業(yè)持續(xù)發(fā)展﹒電子與封裝，2006

118、，6：12</p><p>　　[2]丁漢 朱利民 林忠欽﹒面向芯片封裝的高加速度運(yùn)動系統(tǒng)的精確定位和操</p><p>　　作﹒自然科學(xué)進(jìn)展，2003，13：568</p><p>　　[3]成立等﹒IC產(chǎn)業(yè)鏈中的新技術(shù)應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展對策﹒半導(dǎo)體技術(shù)，2004，6：57</p><p>　　[4]賈松良﹒微電子封裝業(yè)和微電子封裝設(shè)備﹒電子工