贴片机贴片头研究与动作仿真毕业设计.doc

编号： 毕业设计说明书题 目： 贴片机贴片头 研究与动作仿真 学 院： 机电工程学院 专 业： 微电子制造工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发摘 要作为电气互联技术的主要组成部分和主体技术的表面组装技术即SMT，是现代电气互联技术的主流。目前SMT技术已经成为现代电子产品的PCB电路组件级互联的主要技术手段，并进一步向高密度组装、立体组装等技术代表的组装技术领域发展。而电子产品装配的生产能力和多功能适应性对贴装设备的依赖性相当的大，贴片机也就成为了电子互联技术中最为关键的设备。贴装头是贴片机中实现贴装功能的关键部件，所以对贴装头的研究具有十分重要的意义。本课题就是针对贴片机的贴片头进行研究，并对其进行三维建模以及工艺动画的仿真。通过对HS-50自动贴片机和NXT模组型高速多功能贴片机的研究，深入了解它们的贴片头构造，掌握各自贴片头的核心部件。确定需要建模的零部件种类，掌握其大概尺寸，然后对其进行三维建模。主要建模的模型有：转盘、吸嘴、转塔、真空阀等，每个机型的部件各不相同，需要分别建模。了解各个部件间的装配关系，确定装配时需要的零部件的种类及数量，并对它们进行正确的装配。还要熟悉这两种机型贴片机的贴片工艺过程，主要了解贴装头在整个贴片过程中的工艺动画，对该过程中各部件的动画有一定了解，完成相关工艺动画的制作。关键词：贴片头；建模；仿真AbstractAs the major component and agent technology of the electrical interconnected technology, the surface mounting technology is also namely SMT, is the mainstream of the modern electric interconnected technology. The SMT technology has become the main technical means of the circuit components level of PCB in the modern electronic products, and further develop to technology of the high density assembly, three-dimensional assembly and so on that is representative for the assembly technology. And the capacity and more flexibility of electronic product assembly is very large dependent on the equipment, so the placement machine also became a key-equipment in the electrical interconnected technology. At the same time, the mounting head is the critical component of the placement machine while it carry out the function of placing. So the researching of the mounting head is very meaningful. This subject is addressed the research of the mounting head of the placement machine, and on the modeling and complete the process of animation. A researching the HS-50 automatically placement machine and the NXT module functionality high-speed placement machine, understanding of their structure of the mounting head, we can learn about each of the core components of the mounting head. Make sure the type of spare parts for modeling, get hold of its probably size, and then on the modeling. Main modeling model have turntable, nozzle, tower, the vacuum valve and so on. The parts of each model is different, so we need to separately modeling. Understand the assembling relationship between the various parts. Then, make sure the type and quantity of spare parts for assembling, and make sure for them to be correct assembly. Also, we must be familiar with the technological process of the two types of placement machine, primary, know about the process of animation of the mounting head in the whole placing process, know the animations of the various parts in this process., complete the process of animation at last.Key words：Mounting head; modeling; simulation目 录引言11 课题简介21.1 课题背景21.2 课题内容及要求21.3 本文主要研究内容32 相关知识介绍32.1 CAD技术概述32.2 CAD技术的发展趋势32.3 SolidWorks系统简介42.4 Solidworks建模的特点和设计方法52.4.1零件设计直观快捷52.4.2精确表达不规则曲面52.4.3设计效率高52.4.4一般设计过程和方法52.5 零件的三维建模62.6装配体的生成62.7 装配体的运动仿真和修改63 贴片头元件的建模及装配63.1 HS-50贴片机63.1.1元件建模73.1.2元件装配113.2 NXT模组型高速多功能贴片机143.2.1元件建模153.2.2元件装配184 动画制作224.1 HS-50自动贴片机的动画制作224.2 NXT模组型高速多功能贴片机的动画制作255 总结28谢 辞29参考文献30II 引言表面安装技术(SMT)是第四代电子装联技术，其优点是元器件安装密度高，电子产品体积小，重量轻，可靠性高，抗振能力强，高频特性好，易于实现自动化和提高生产效率，同时可以降低成本。不论是日用消费类电子产品，还是应用在航空航天、通信工程等尖端科技电子产品，SMT的应用都将使产品发生重大变革。SMT生产线由丝网印刷、贴装元件及再流焊三个过程构成。丝网印刷机给需要贴装元件的焊盘印上锡膏，贴片机在相应的位置上贴装上相应的元件，经过回流炉再流焊接，将表面安装器件贴放并焊接在指定的PCB位置上，这时SMT工艺过程就基本完成。其他配套设备有：对焊膏中残留在PCB上的助焊剂进行清洗的水清洗机；检查器件及其焊接质量的在线测试仪；通孔插装器件成型机和波峰焊接机等。元件贴装工艺是整个表面安装工艺的重要组成部分。而贴片机也就成为了电子互联技术中最为关键的设备。贴装头是贴片机实现贴装功能的关键部件，其功能是借x-y坐标运动系统或送料器运动，通过旋转及沿Z轴的运动从送料器的取料部位拾取元件并把元件准确贴放在电路板的设定部位上。同时，在把元件运送到贴装位置期间，利用真空原理牢固地吸住元件。随着电子装备对电子元件小型、轻型、薄型和高可靠性的需求，元件的管脚变得更密，体积更小，贴片元件的封装种类越来越多，对贴装头运动性能参数的要求也越来越高。从电装机器人的概念来说，贴装头就是一只智能的机械手，它同贴片机x-y坐标传动伺服系统联合能按要求拾取元件，并精确地贴放到 PCB 板预置的焊盘上。贴装轴不仅做旋转运动而且做轴向直线运动。贴装轴与吸嘴卡接（有利于经常、快速切换），带动拾放元件的吸嘴实现旋转和直线运动 在拾放的动作中，吸嘴在做Z方向的移动时，既要拾放速度快，而且还要平稳。早期，吸嘴Z方向移动是选用微型气缸完成的，在使用中发现气缸易磨损，寿命短，噪音大。目前，贴片机都选用了机电一体化传动轴代替，有步进电机、同步带、导轨组合结构，也有伺服电机、滚珠丝杠、导轨组合结构等。这些结构都大大提高Z方向运动综合性能。当吸嘴头吸持元件移动定位时，大部分元件都作回转运动，修正元件对中的偏差和 PCB 板与机器系统坐标的偏差。早期，采用开环步进电机控制，通过小型同步带进行回转操作。目前，已被高精度伺服电机所代替，使机构的性能有很大的提高。贴装头的元件定位系统是决定贴片质量的一个重要环节。当元件被吸住之后，元件就处于不稳定的悬浮状态。早期，采用机械爪进行定位，但这种机械方式，仅适用 Chip 元件，对于带有引脚的IC就不太适用，缺点是精度低，速度慢；还有机械噪音，元件的磨损等问题都限制了纯机械定位爪的进一步发展。目前，有激光对中系统和图像对中系统，这两种对中方法都能做到在移动过程中对偏离值进行自动检测和修正 (通称飞行对中)。由于图像技术的发展成熟和具有速度快、精度高、适用范围广的优点，在贴片机中采用图像对中技术已经成为主流。拾取元件一般是采用真空负压的吸嘴吸住元件，它结构简单便于维护 这种产生负压的微型真空发生器组件由电磁换向阀、真空发生器、真空度、传感器、消声器等组成。当真空负压产生之后吸嘴是直接接触元件的表面，吸嘴孔的大小与元件的外形使每一台贴片机都有一套实用性很强的吸嘴。为了使贴片机适应不同元件的贴装，还配有一个自动更换吸嘴的装置。不同的元件对应不同的吸嘴，对应关系正确，才能克服贴片中各种不正常的工艺现象如：飞片，立片，漏片等。为了提高贴片速度，贴装头大都采用了多吸嘴的组合，通称为多头贴装头。典型的结构有线性组合式(如由单吸嘴贴装头直线组合)、旋转式(象卧铣床，如西门子的贴片机)、转盘式(象立铣床，如松下、富士和索尼的贴片机)等。多头贴装头主要贴装Chip，还有小型的IC多头贴装头能够大大提高贴片效率。贴装头是一个在x-y坐标传动系统上做高速运动的组件，要提高精度和速度就必须减小其本身的质量和体积，所以贴装头应该是结构紧凑、功能齐全的机构。为使贴装头各机构能协同工作，其上安装着多个多种形式的传感器，计算机通过这些传感器能够有效地协调贴片的工作状态。通过软件编程的方式计算机能很容易完成多种复杂的贴装流程贴放时，为了保证元器件与焊盘上的锡膏良好粘接，需要一定的贴装力，贴装力的产生可通过弹簧的压缩来实现。控制弹簧的压缩量是通过调节轴位移量实现的。1 课题简介1.1 课题背景作为电气互联技术的主要组成部分和主体技术的表面组装技术即SMT，是现代电气互联技术的主流。经过20多年的发展，目前SMT技术已经成为现代电子产品的PCB电路组件级互联的主要技术手段，并进一步向高密度组装、立体组装等技术代表的组装技术领域发展。组装技术的不断发展必将对组装工艺及相关设备的发展提出新的要求。如何缩短运行时间、加速转换时间，以及不断地引进具有大量的引脚数量和细间距的元器件成了如今的贴装设备所面临的严峻挑战。正因为如此，选择合适的的贴装设备以满足现如今的应用需要是一项相当困难的决定。但这是一项非常重要的选择，因为电子产品装配的生产能力和多功能适应性对贴装设备的依赖性相当的大，所以贴片设备的发展最引人注目。而贴片机则是典型的高速度、高精度、高效率的的电子贴装设备。贴片机的速度及精度与其结构特点密不可分。针对贴片机贴片头部分，对主流贴片机的贴片头进行研究，并采用CAD软件实现其3D实体建模和运行动画，可以使我们更直观地了解贴片头的构造及其工作原理。1.2 课题内容及要求本课题通过对常见的贴片机的贴片头机构的研究，并采用CAD软件实现其3D实体建模和运行动画，从而比较完整的掌握整个设备相对应的结构和运作原理。研究常见的主流贴片机的贴片头机构，获取至少四种（通用机和高速机等）的设备的机构图和操作说明，同时掌握至少一种三维的CAD软件（推荐SolidWorks，ProE，UG）和一种动画制作方法（建议采用屏幕录制软件或者直接使用软件自身所带的动画制作功能）。在上面的调研和学习的基础上，选取两种最典型的贴片机贴片头装置，确定需要进行三维几何建模的元器件的数目和内容（可以简化不重要的一些零配件，但必须能够完成主要的功能）。在上面的方案选择的基础上进行几何建模和最终装配，并且依据设备使用说明书进行工艺动作的动画设计和制作。本课题的具体要求包括：1、 实现两种机构的建模和动作仿真；2、 对各种生产工艺动作（主要包括贴片头的吸嘴拾取元件，或者高速机的转塔动作等），编写控制程序和流程；3、 每个动作制作2个方向的3D机械动画。1.3 本文主要研究内容本文通过对主流贴片机贴片头的研究，最终确定对HS-50自动贴片机和NXT模组型高速多功能贴片机贴片头的构造进行深入的研究，弄清楚这两种贴片机贴片头的主要零部件以及贴片机的大致形状，确定建模需要的零部件的种类以及数量，并使用SolidWorks软件对其进行三维几何建模、模拟装配。在装配完成的基础上，还要对其各自的工艺流程做详细了解，并且制作出相关的工艺动画仿真。2 相关知识介绍2.1 CAD技术概述CAD技术以计算机、外围设备及其系统软件为基础，利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，辅助知识劳动者进行工程和产品的设计与分析，以达到理想的目的或取得创新成果的一种技术。按CAD技术的功能特点将CAD技术的发展分为四个阶段:曲面造型阶段，实体造型阶段，参数化造型阶段，变量化造型阶段。CAD技术是先进制造技术的重要组成部分，也是提高设计水平、缩短开发周期、增强行业竞争能力的一项关键技术。采用CAD技术进行产品设计不但可以使设计人员“甩掉图板”，更新传统的设计思想，实现设计自动化;还可以使企业由原来的串行式作业变成并行作业，建立一种全新的设计和生产技术管理机制。2.2 CAD技术的发展趋势随着CAD技术的不断研究、开发与广泛应用，对CAD技术提出了越来越高的要求。围绕创新设计能力的提高和网络设计环境的普及，CAD技术正向标准化、集成化、开放性、网络化、并行化和智能化的方向发展。(1)标准化:国际上提出了通用的数据交换规范，使CAD软件建立在这些标准(IGEs标准：InitialGraphicsExehangespeeifieation 初始图形信息交换标准；sTEp标准：StandardforExehangeofproduetModelData产品模型数据交换标准)上，以实现系统的开放性、可移植性和可互连性。(2)集成化:现在的企业逐渐从单一白贫AD软件的需求发展成为对CAD、CAPP、CAM、CAE、PDM、MIS甩RP等技术的集成软件的需求，从单一考虑某个软件的功能发展为考虑企业级信息集成系统的整体功能和各个子系统的信息共享。(3)网络化与并行化:网络化是指CAD的公用信息、图形、编码、标准零部件等都存贮在服务器的公用数据库中，用户CAD工作站通过网络共享其中的数据，进行各自的工作，交换所需要的中间处理数据和最终结果。CAD并行化是指产品的方案设计、概念设计、详细设计、分析设计、工艺设计、加工仿真等各阶段的工作能够在各设计部门同步进行，各部门的设计信息共享，并以规定流程实现交流、反馈，同时对各阶段设计中的问题进行修正，保证能在方案完成的同时，产品即可加工出来。(4)智能化：AD的智能化特性主要体现为系统本身的智能化特性、人机智能交互接口、设计工程和设计结果的智能显示。2.3 SolidWorks系统简介目前，在我国的CAD市场上比较流行的三维CAD软件有SolidWorks、MDT、UG、Pro/ESolidEdge等。但就价位来讲SolidWorks、MDT、SolidEdge是中低档价位的产品，UG、Pro/E DEAS是高中档价位的产品。SolidWorks是一套基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统，是美国SolidWorks公司在总结和继承了大型机械CAD软件的基础上，在Windows环境下实现的第一个机械三维CAD软件，于1995年11月研制成功。它全面采用非全约束的特征建模技术，其设计过程全相关性，可以在设计过程的任何阶段修改设计。同时牵动相关部分的修改。它即提供自底向上的装配方法，同时还提供自顶向下的装配方法。自顶向下的装配方法使工程师能在装配环境中参考装配体的其他零件的位置及尺寸设计新的零件，更加符合工程习惯。它具有独创性的“封装”功能，可以分块处理复杂的装配体。具有产品配置功能，为用户设计不同构性的产品。它集成了设计、分析、加工和数据管理过程，所获得的分析和加工模拟结果成为产品模型的属性，在SolidWorks的特征管理器中清晰的列出了详细的数据信息。它还可以动态模拟装配过程，进行静态干涉检查、计算质量特征，如质心、惯性矩等。它将2D造型绘图与3D造型技术融为一体，能自动生成零件尺寸、材料明细表（BOM）、具有指引线的零部件编号等技术资料，从而简化了工程图样的生成过程。同时有中英文两种界面可以选择，其先进的特征树结构使操作更加简便和直观。具有较好的开发性接口和功能扩充性，能轻松实现各种CAD软件之间的数据转换传送。但是SolidWorks也并非十全十美，不可能满足特定企业的特殊要求。例如，由于该软件是外国人写的，不适合中国的国标，如标题栏、明细表、放大图的标注、剖视图的标注、装配图的序号等。也没有适合我国国标的标准件库。因此，为了适应特定企业的特殊要求，形成企业自己的特色，使SolidWorks在我国的企业中有效的发挥作用，并使常用的或是重复的任务自动化，提高效率，就必须对其进行本土化和专业化的二次开发工作。SolidWorks系统具有如下的特点：(1)具有独特的特征管理员,提供的特征管理员设计历史树同具体的实体模型是实时的动态联接；(2)具有强大的实体建模功能和直观的Windows用户界面；(3)支持Windows的DDE机制和OLE技术；(4)支持Internet技术,可以共享设计数据；(5)双向关联的尺寸驱动机制；(6)提供了VB，VC+和其他支持OLE的开发语言接口；(7)给基于Windows的桌面集成赋予了新的含义。2.4 Solidworks建模的特点和设计方法2.4.1零件设计直观快捷通过简单的草图绘制，就可以使用拉伸或旋转等特征生成基体。在此基体上，可以方便地通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列、钻孔等操作不断改变其结构，最终完成零部件的设计，建立模型时，Solidworks对每个特征尺寸自动赋值。通过“智能尺寸”操作对尺寸进行修改和赋值，而实体模型将随尺寸变化重新生成，因此修改方便快捷。2.4.2精确表达不规则曲面Solidworks软件通过带控制线的扫描、放样、填充以及拖动可控制的相切操作产生复杂的曲面，可以直观地对曲面进行修剪、延伸、倒角和缝合等操作，使不规则曲面的设计表达更精确、直观。2.4.3设计效率高Solidworks软件提供Toolbox插件，包含标准零件，也可自定义零件库，因而减少了不必要的重复设计工作。应用Solidworks软件的质量特征功能，只需要输入零件的材质属性（密度），即可直接输出零件的质量特性，如质量、体积、重心、惯性矩、惯性张量等，从而减少了很多复杂的计算。2.4.4一般设计过程和方法应用Solidworks进行设计，需要选定设计方案和装配体的建模，经过检验之后要输出适合工厂使用的二维图纸。其设计的一般过程和方法，如图1所示。修改用户图库标准图库计算、初步确定零部件结构尺寸非标准零件的三维造型标准零部件的调入装配设计仿真、干涉检查二维工程图图1 设计过程流程图选择、确定设计方案2.5 零件的三维建模Solidworks具有丰富的零件实体建模功能。在绘制草图时，先选择合适的草图绘制基准面，再通过草图绘制工具栏、添加几何关系、转换实体引用、等距实体、镜像、阵列、智能尺寸等，可以快速绘制高质量的草图。草图绘制完毕，用它的拉伸、拉伸切除、旋转、倒角、圆角、抽壳、筋等实体特征可以方便地得到要设计的实体模型。2.6 装配体的生成可以按照自上而下的方法生成装配体，即做出所以零件后再按各零件的相对位置关系组装起来。新建装配图文件，使用“插入零部件”命令，分别插入每个零件，通过“几何关联”和“代数关联”来约束实体的相对位置，实现装配。“几何关联”包括同心、重合、相切、共线等。“代数关联”是通过建立尺寸之间的代数关系，提供一种强制模型修改的外部方法。在此过程中随时检查零部件之间的是否有干涉和碰撞，并及时修改相关零件的结构、尺寸。装配完成后，为了更为直观和清楚地看到各个零部件的安装位置和装配关系，可以先生成爆炸视图。2.7 装配体的运动仿真和修改Solidworks提供了很多插件，其中Solidworks Animato是一个动画制作工具，在设计中使用它对零件或部件按约束条件进行仿真运动。查看了装配体的所有运动，并且对运动的零部件进行动态的干涉检查和间隙检查，发现问题并及时纠正。最后输出avi动画文件，可以脱离软件环境，使用相关的播放器进行动画演示。3 贴片头元件的建模及装配3.1 HS-50贴片机HS-50贴片机属于拱架式结构，又称动臂式结构，也可以叫平台式结构（Platform）或者过顶悬梁式结构（Overhead Gantry）。一般采用一体式的基础框架（Base Frame），将贴片头横梁的X、Y定位系统安装在基础框架上，线路板识别相机安装在贴装头的旁边。线路板传送到机器中间的工作平台上固定，送料器安装在传送轨道的两边，在送料器旁安装有元件识别照相机。HS-50自动贴片系统具有4个12段型DLM1转换头。主要部件有星型器（配有12个套筒），吸嘴，SP6_12数字中间配电板，24x24组件相机，Z轴挡光板，Z轴驱动器，Z轴下降传感器，T2齿轮带，阀门定位器，强迫通风装置，消声器，翻转工位，RSF数字编码器12等。HS-50贴片机的具体参数介绍如表1所示。表1 HS-50贴片机的参数介绍参数特性贴片头数量48个贴装速度50,000片/小时贴装精度67.5m/3sigma或90m/4sigma或135m/6sigma元件贴装范围0.6 mm0.3 mm18.57mm18.7mm元件高度最高6 mm元件送料能力144种8 mm料带送料器系统类型料带（8-32 mm）散装元件送料器3.1.1元件建模本课题是针对贴片头的研究及仿真，故重点对转盘（星型器）、吸嘴及一些连接部件进行建模及装配。下面以转盘及吸嘴的建模做详细的介绍。（1） 转盘的建模图2 转盘模型如图2所示是HS-50自动贴片机系统的转盘模型。从图中可以看到，转盘有12个段，每个段上都配有套筒，套筒用于安装吸嘴。大圆盘上的“丫”肋板用于与其他器件相连，而均布与四周的孔则可以减轻转盘的重量，从而减轻电机承载的压力。转盘中心位置的孔用于与电机相连，电机带动转盘转动，从而带动转盘上的吸嘴旋转到不同的站位，实现其功能。了解了转盘的大致结构便可以着手进行建模。首先，打开Solidworks软件，新建一个零件文件。点击草图绘制按钮，开始草图绘制。点击“草图绘制”，选择前视基准面作为绘图的基准平面，在基准平面上绘制转盘的星型结构，内圆直径取55mm，两尖端间的距离为20mm，段间槽的宽度取5mm，均布于各段上的12个镂空圆直径为4mm，要确保整个草图是封闭的，“退出草图”， 选择“特征”菜单下的“拉伸凸台/基体”选项，选择“给定深度”，拉伸厚度取6mm，确定完成星型结构的制作。然后绘制星型结构内凸起的圆环结构，点击“草图绘制”，选择前视基准面作为绘图的基准平面，外圆直径55mm，内圆直径50mm，“退出草图”， 选择“特征”菜单下的“拉伸凸台/基体”选项，选择“两侧对称”，拉伸厚度取16mm，确定后完成圆环凸台的制作。接下来是中间的圆盘的制作，点击“草图绘制”，依然选择前视基准面作为绘图的基准平面，外圆直径50mm，内圆直径20mm，“退出草图”， 在“特征”菜单下选择“拉伸凸台/基体”选项，选择“两侧对称”，拉伸厚度取12mm，确定后完成操作。紧接着要做的是原盘上均布的小圆孔的制作，点击“草图绘制”，选取前视基准面作为绘图的基准平面，绘制一个直径为2mm的小圆，“退出草图”， 在“特征”菜单下选择“拉伸切除”命令，选择“两侧对称”，距离为15mm，确定完成。然后按照“特征参考几何体基准轴”的操作，选择右视基准面和上视基准面确定一个基准轴1，然后点击“特征圆周阵列”，在参数设定中，“反向”选中上面确定的基准轴1，“角度”为30，“实例数”为12，“要阵列的特征”选中直径2mm小圆的拉伸切除操作，确定之后在圆盘上出现均匀的12个小圆孔分布。做完上述的操作之后，转盘的大致外形基本形成，现在要做的是圆盘中央部分的制作。首先是“丫”行肋板，点击“草图绘制”，选取前视基准面作为绘图的基准平面，以圆盘中心为圆心绘制一个直径为20mm的圆，在其上方再绘制一直径5mm的圆，画一根竖直方向的中心线，在中心线一侧，沿圆的切线方向做一直线与直径20mm的圆相交，交点到切点的距离为5mm，选择“工具草图绘制工具镜向（M）”，“要镜向的实体”选中该直线，“镜向点”选中中心线，确定后在中心线另一侧出现直线。选择“工具草图绘制工具剪裁（T）”，剪去多余的线段，“退出草图”， 在“特征”菜单下选择“拉伸凸台/基体”命令，选择两侧对称，距离为16mm，确定完成肋板的建模。其次要在肋板上打一个孔，点击“草图绘制”，选取前视基准面作为绘图的基准平面，在肋板上直径5mm圆的圆心上再做一个直径为2.4mm的圆，“退出草图”，“特征拉伸切除”，选择两侧对称，距离为16mm，确定完成。完成拉伸肋板和打孔之后，要进行阵列，选择“特征圆周阵列”， 在参数设定中，“反向”选中上面确定的基准轴1，“角度”为120，“实例数”为3，“要阵列的特征”选中拉伸的肋板及拉伸切除的圆孔，确定之后完成。紧接着是肋板间小圆环的建模，点击“草图绘制”，选取前视基准面作为绘图的基准平面，以外围大圆盘的圆心为圆心，绘制直径为20mm和16mm的圆，“退出草图”，“特征拉伸凸台/基体”，选择两侧对称，距离为20mm，确定完成。然后是小圆环中的小圆盘，点击“草图绘制”，选取前视基准面作为绘图的基准平面，以小圆环的圆心为圆心，绘制直径为5mm的圆，“退出草图”，“特征拉伸凸台/基体”，选择两侧对称，距离为16mm，确定完成。小圆环上还有均布的圆孔。点击“草图绘制”，选取前视基准面作为绘图的基准平面，过圆心画一根竖直方向的中心线，在中心线上取一点为圆心画一直径为1.5mm的圆，并使用智能尺寸，限定该圆心到小圆环的圆心距离为6mm，“退出草图”， “特征拉伸切除”，选择两侧对称，距离为16mm，确定完成。选择“特征圆周阵列”， 在参数设定中，“反向”选中上面确定的基准轴1，“角度”为30，“实例数”为12，“要阵列的特征”选中直径为1.5mm的拉伸切除圆孔，确定之后完成。现在要在星型结构的宽度方向上做些修饰，首先在各个段的端面上打孔。点击“草图绘制”，选取一个段上的其中一个端面作为绘图的基准平面，绘制一个直径为1.2mm的圆，圆心位于端面宽度的中心线上，到槽的中心线距离为3.5mm，“退出草图”，“特征拉伸切除”，选择给定深度，距离5mm，确定完成。然后在槽的底部打孔，点击“草图绘制”，选取槽的底面作为绘图的基准平面，以底面的中心位置作为圆心，绘制一个直径为3.5mm的圆，“退出草图”， “特征拉伸切除”，选择给定深度，距离4mm，确定完成。接着将上诉操作分别做一次圆周阵列。首先选择“特征圆周阵列”， 在参数设定中，“反向”选中上面确定的基准轴1，“角度”为30，“实例数”为12，“要阵列的特征”选中槽底面直径为3.5mm的拉伸切除圆孔，确定之后完成。然后对段端面上直径为1.2mm的圆进行一次圆周阵列，在参数设定中，“反向”选中上面确定的基准轴1，“角度”为360，“实例数”为12，“要阵列的特征”选中段端面直径为1.2mm的拉伸切除圆孔，确定之后每个段上的一侧端面都会出现一个小孔。为了使段的另一侧端面也都打上小孔，要重复拉伸切除操作，然后再做一次圆周阵列即可。下面要在圆盘中央的小圆环凸台打通孔。点击“草图绘制”，选取小圆环凸台表面作为绘图的基准平面，绘制一个直径为1mm的圆，圆心与“丫”行肋板的中心线成60角，“退出草图”，“特征拉伸切除”，选择完全贯穿，确定完成。接着选择“特征圆周阵列”， 在参数设定中，“反向”选中上面确定的基准轴1，“角度”为120，“实例数”为3，“要阵列的特征”选中小圆环凸台上1mm的拉伸切除圆孔，确定之后完成。接着要做的是各段上套筒和矩形肋板的制作。先来制作矩形肋板。点击“草图绘制”，选取前视基准面作为绘图的基准平面，在段的中间位置绘制一个略高于段尖端的矩形，矩形的下部用一个R27.5mm的圆弧连接，“退出草图”，“特征拉伸凸台/基体”，选择给定深度，距离为4mm，确定完成。点击“草图绘制”，选取矩形的上端面作为绘图的基准平面，绘制一个长5.96mm，宽2.99mm的矩形，“退出草图”， “特征拉伸切除”，选择成形到一顶点，顶点选中矩形与大圆环面的交点，确定完成矩形肋板的制作。点击“草图绘制”，选取矩形的上端面作为绘图的基准平面，以矩形的外边线中心作为圆心绘制直径为4mm和5.6mm的两个同心圆，“退出草图”， “特征拉伸凸台/基体”， 选择给定深度，距离为15mm，确定完成套筒的制作。接着选择“特征圆周阵列”， 在参数设定中，“反向”选中上面确定的基准轴1，“角度”为30，“实例数”为12，“要阵列的特征”选中矩形肋板制作中的拉伸及拉伸切除以及套筒制作中的拉伸，确定之后完成。经过了一些列的草图绘制及其相应的特征操作之后，转盘模型完成。在绘制的过程当中，有些尺寸是大概的数，需要在装配的过程当中，通过检查是否干涉和碰撞，再做出相应的调整。（2） 吸嘴的建模图3 吸嘴模型如图3所示是HS-50自动贴片机系统的吸嘴模型。吸嘴中间为通孔结构，与真空软管相接，真空泵控制其真空状况，从而实现元器件的拾取和贴放。首先，打开Solidworks软件，新建一个零件文件。点击“草图绘制”按钮，开始草图的绘制。先以前视基准面作为草图绘制的基准面，绘制吸嘴上下两段间的圆面，取圆的直径为20mm，退出草图，选择“特征”菜单下的“拉伸凸台/基体”选项，选择“给定深度”，拉伸厚度取1mm，点击确定完成。然后点击“草图绘制”，以上视基准面作为绘图基准面，绘制吸嘴的上下两个部分，只取中心线一半进行绘制，在草图中表现为上部是上宽下窄的梯形，下部是一个矩形，绘制完成后点击“退出草图”，在“特征”菜单下选择“旋转凸台/基体”，旋转参数设定为：单向，360，并选择合并结果，确定完成操作。接着点击“草图绘制”，以吸嘴最上端表面作为绘图面，绘制一个直径为2mm的圆，点击“退出草图”， 在“特征”菜单下选择“拉伸切除”命令，选择完全贯穿，确定后形成通孔。在经过上述三步之后即可生成吸嘴的大致模型，接下来要对其进行倒角及切除扫描的工作。先对吸嘴的上端面进行倒角处理，点击“倒角”命令，选择上端面的外边线，参数设定为：距离1mm，角度45，同时选中“角度距离”、“通过面选择”、“切线延伸”、“部分预览”选项，确定之后完成倒角。接着对吸嘴上的凹槽进行制作。在适当的位置设置基准面，在基准面上绘制一个路径圆，然后在垂直基准面方向绘制一个截面圆，路径圆与界面圆的关系约束为穿透，然后按照“插入切除扫描”的顺序执行，在参数设定窗口中的轮廓和路径栏分别将截面圆和路径圆选中，确定之后便完成一次切除扫描。模型中共有四次用到切除扫描，需要重复四次切除扫描的操作，值得注意的是每一次的基准面都需要重新定义。最后对吸嘴的下端面进行倒角处理，先点击“倒角”命令，选择吸嘴下部通孔的边线，参数设定为：距离1mm，角度45，确定完成操作；然后重复点击“倒角”命令，选择吸嘴下部的外圆边线，参数设定为：距离0.8mm，角度角度45，点击确定完成。在吸嘴的上下部制作过程中，除了选择旋转命令来制作外还可以选择分段拉伸的制作方法。不过相比之下，旋转命令更加快捷方便，并且对于吸嘴上部的上粗下细状况，使用分段拉伸会比较繁琐，并且生成的实体也没有使用旋转命令生成的实体连贯性好，故采用旋转命令较好。而在制作通孔时，参数设定也有一定的技巧，通常通孔选择完全贯穿指令，而不是指定深度，这样可以避免在修改了整体长度之后，通孔变成盲孔，需要对拉伸切除指令也进行修改，从而减少了修改的工作量。3.1.2元件装配在完成了HS-50自动贴片机中贴片头系统的主要部件及贴片机的一些部件的建模后，可以开始做贴片机中各零部件的装配。在完成整个贴片机的装配前，可以将其分解为若干个小块，先对其进行一个子装配，最后再进行整合。在这一部分的装配中，主要分成两大块进行组装，一是转盘系统，二是整个贴片机。如图4所示是整个贴片机装配完成后的大致情况。图4 HS-50自动贴片机装配模型（1）转盘的子装配转盘的子装配需要用到转盘、吸嘴、电机、螺钉、小螺钉、机械阀、真空阀和肋板等。打开Solidworks软件，新建一个装配体文件。点击“装配体插入零部件”，在预览中找到需要插入的零部件，并将其放在适当的位置。在该装配中，需要零部件的种类及数量如表2所示。重复插入零部件操作一次性将所有零部件调入，也可以边装配边调入。表2 转盘子装配的零部件数零部件转盘吸嘴电机螺钉小螺钉机械阀真空阀肋板数量112132412121知道了所需零部件的种类及数量之后，还要了解各个零部件间的组装关系。电机和转盘通过一个“丫”形肋板，用三个螺钉固定，实现电机带动转盘转动。真空阀安装在转盘星型结构的凹槽中，凹槽之上放置机械阀，每个机械阀用两枚小螺钉固定。吸嘴安装在转盘上的套筒当中，沿套筒上下运动。了解了上述关系之后就可以开始将各个零部件组装在一起了，可以按照上述的分析顺序来进行装配。首先做电机和转盘间的装配。点击“装配体配合”命令，出现一个配合选择窗口，“要配合的实体”中选中电机传动轴外表面和肋板中心孔内壁，在“标准配合（A）”栏中，选择“同轴心（N）”，确定。在“要配合的实体”中选中电机传动轴的上端面和肋板的一个端面，在“标准配合（A）”栏中，选择“距离”，数值为3mm，确定之后电机和肋板的配合就做好了。然后要做的就是电机和转盘间的配合。点击“装配体配合”命令，在“要配合的实体”中选中电机传动轴外表面和转盘中心孔的内壁，在“标准配合（A）”栏中，选择“同轴心（N）”，确定。接下来开始做肋板和转盘之间的装配。点击“装配体配合”命令，在“要配合的实体”中选中肋板中心孔内壁和转盘中心孔内壁，在“标准配合（A）”栏中，选择“同轴心（N）”，确定。在“要配合的实体”中选中肋板的另一个端面和转盘套筒一侧的端面，在“标准配合（A）”栏中，选择“重合（C）”，确定。紧接着就是要将肋板和转盘用3个螺钉固定起来。点击“装配体配合”命令，在“要配合的实体”中选中肋板上一个孔的内壁和转盘上“丫”形凸台的一个孔内壁，在“标准配合（A）”栏中，选择“同轴心（N）”，确定。在“要配合的实体”中选中转盘上转盘上“丫”形凸台的一个孔内壁和螺钉的外表面，在“标准配合（A）”栏中，选择“同轴心（N）”，确定。在“要配合的实体”中选中转盘上转盘上“丫”形凸台的外端面和螺钉的螺杆和螺帽处的端面，在“标准配合（A）”栏中，选择“重合（C）”，确定。重复上诉两个步骤两次，即可将另外的两个螺钉与转盘、肋板装配完成。做完这些之后就轮到真空阀和机械阀的装配了。先做真空阀与转盘的装配，需要三个约束，一是真空阀侧面与凹槽内侧面的平行，一是真空阀侧面与凹槽内侧面的重合，最后是真空阀矩形与圆柱相交截面和装配星型结构表面的重合。点击“装配体配合”命令，在“要配合的实体”中选中真空阀侧面和凹槽内侧面，在“标准配合（A）”栏中，选择“平行（R）”，确定。在“要配合的实体”中选中真空阀侧面和凹槽内侧面，在“标准配合（A）”栏中，选择“重合（C）”，确定。在“要配合的实体”中选中真空阀矩形与圆柱相交截面和装配星型结构表面，在“标准配合（A）”栏中，选择“重合（C）”，确定。最后来做机械阀和转盘及真空阀间的装配。机械阀上肋板凹槽的内端面与真空阀的矩形端面重合，机械阀肋板的一个表面与转盘星型结构的段的一个表面重合，机械阀的螺钉孔与转盘上的螺钉孔同轴心，再用2个小螺钉加以固定。点击“装配体配合”命令，在“要配合的实体”中选中机械阀上肋板凹槽的内端面与真空阀的矩形端面，在“标准配合（A）”栏中，选择“重合（C）”，确定。在“要配合的实体”中选中机械阀肋板的一个表面与转盘星型结构的段的一个表面，在“标准配合（A）”栏中，选择“重合（C）”，确定。在“要配合的实体”中选中机械阀的螺钉孔内壁与转盘上的螺钉孔内壁，在“标准配合（A）”栏中，选择“同轴心（N）”，确定。下面就是小螺钉的固定了。点击“装配体配合”命令，在“要配合的实体”中选中机械阀的螺钉孔内壁和小螺钉的外表面，在“标准配合（A）”栏中，选择“同轴心（N）”，确定。在“要配合的实体”中选中螺钉的螺杆和螺帽处的端面和机械阀的端面，在“标准配合（A）”栏中，选择“重合（C）”，确定。由于真空阀和机械阀各有12个，小螺钉24个，所以真空阀和机械阀间的装配、机械阀和转盘及真空阀间的装配涉及到得操作要重复12次，而小螺钉的固定操作则需要重复24次。至此完成整个转盘的一个子装配，在整体贴片机的装配中，只需要将转盘子装配作为一个整体调用即可。（2）整体贴片机的装配整个贴片机需要用到底座1个、横梁1个、转盘子装配1个、外壳1个、1个零件4、大齿轮带1个、大肋板1个、小齿轮带1个、小肋板1个、4个M38的螺钉、2个M1.55的螺钉、电路板1个、元件若干等。转盘子装配与零件4通过小齿轮带与小肋板的作用下相连，用2个M1.55的螺钉固定。零件4与横梁在大齿轮带和大肋板的作用下相连，用4个M38的螺钉固定。横梁安装在底座上，电路板安装在底座的导轨上，元件放置在供料器中。转盘与零件4的装配用到同轴心、重合操作。先是小齿轮带与零件4上的两个圆柱凸台分别同轴心，然后是小齿轮带的端面与圆柱凸台的端面重合，小肋板凹面与小齿轮带的外侧面重合，M1.55螺钉的外表面与肋板上的孔内壁同轴心，M1.55螺钉的螺杆与螺帽相接处的界面与肋板面重合。同轴心、重合等可以从“特征配合”命令中找到，具体的操作不再赘述。零件4和横梁的装配与转盘和零件4的装配类似，都用到同轴心和重合操作。先是大齿轮带与横梁上的两个圆柱凸台分别同轴心，然后是大齿轮带的端面与圆柱凸台的端面重合，大肋板凹面与大齿轮带的外侧面重合，M38螺钉的外表面与肋板上的孔内壁同轴心，M38螺钉的螺杆与螺帽相接处的界面与肋板面重合。同轴心、重合等可以从“特征配合”命令中找到。横梁与底座的装配用到三个约束，横梁滑块的底面和侧面分别于底座支架上的凹槽的底面和侧面平行，再选取滑块的一根边线与对应凹槽的一边线重合即可完成。电路板的安装，只要使电路板的一个平面与导轨平面平行，再使电路板的一个边线和导轨的边线重合，就可以使电路板安装在导轨上，并能沿导轨移动。至于元件的安装，只要使元件一表面与供料器的底面重合，即可使元件在供料器移动。具体的操作就不再逐一讲述。3.2 NXT模组型高速多功能贴片机NXT模组型高速多功能贴片机属于转塔式结构（Turret Head）。这种结构通常都有一个固定的转塔在旋转的同时进行元件的吸取、照相、贴装和吸嘴的更换等，元件送料器由在机器后面进行往复运动的料车供给，线路板由X、Y工作台带动来实现高速贴装。由于采用凸轮联动，机械结构较为稳定，在贴装小型元件时的效率很高，速度较快。采用转塔式结构的优点有：（1） 多达12个不同尺寸的吸嘴适用于转塔上的任何贴片头，工作中不需要更换吸嘴。也就是说，任何吸嘴都能够随时拾取元件，取消过多的和不必要的运行操作步骤。（2） 视觉系统安装在转塔式贴片机的拾取点和贴片点之间，可以“飞行”中进行图像处理。（3） 使用转塔设计，只在贴片机的一侧安装送料器，这样可以使贴片机的前后宽度减少达1m左右，为此不必在生产线的另一侧额外安装送料器和元件储存装置，从而减少了整个操作区域的面积。采用转塔式结构存在的缺点：（1） 由于机械结构的限制，其贴装速度已经达到极限，不能再大幅度提高，而且占用空间大，噪声大。（2） 转塔式贴片机只能贴装带式包装或者散料包装的元件，而管料和盘料就无法进行贴装。（3） 转塔式贴片机相对于PCB贴装部位而言其贴装头的位置是固定的，PCB通过沿X-Y方向运行使其精确的定位于贴片位置，由于高速运动产生的震动，会使已贴好的元件发生位置偏移，最终影响贴片精度。（4） 可贴装元件范围限于片式元件，不适合于IC器件。NXT模组型高速多功能贴片机多用于阻容式元件，装载密度大的场合，但由于机械结构的限制，速度已经发展到极限，很难再提高，具有局限性。3.2.1元件建模NXT模组型高速多功能贴片机的贴片头系统主要由转塔、吸嘴、机械阀、真空过滤器、步进马达、Z轴LM导轨、Z轴滚珠丝杆等组成。选取转塔及步进马达的建模做详细的介绍。（1） 转塔的建模图5 转塔模型图5所示是转塔的模型，从上往下看，最顶端的细长圆杆用于与电机相连，由电机带动整个转塔转动。再往下的带有均布圆孔的圆盘，上面的圆孔是用于安装机械阀的，控制套筒及吸嘴的真空状况。再往下是砖塔的主体部分，上面带有圆孔，与最底端圆盘上的圆孔对应，主要用来安装套筒，套筒再与吸嘴相连，完成整个转塔机构的设计。首先制作上部的圆盘，打开Solidworks软件，新建一个零件文件。点击“草图绘制”，选择前视基准面作为草图的绘制基准平面，绘制一个直径为100mm的圆，“退出草图”，“特征拉伸凸台/基体”，选择给定深度，距离为20mm，确定完成。然后是圆盘上均布圆孔的制作，点击“草图绘制”，选择圆盘上与前视基准面相对的另一个端面作为草图的绘制基准平面，绘制一个直径为5mm的圆，圆心到圆盘的圆心距离为45mm，“退出草图”，“特征拉伸切除”，选择完全贯穿，确定完成。然后按照“特征参考几何体基准轴”的操作，选择右视基准面和上视基准面确定一个基准轴1。选择“特征圆周阵列”， 在参数设定中，“反向”选中上面确定的基准轴1，“角度”为360，“实例数”为12，选中“等间距（E）”，“要阵列的特征”选中直径为5mm的拉伸切除圆孔，确定之后，圆盘上出现均匀分布的12个圆孔。其次做转塔的主体部分，点击“草图绘制”，选择圆盘上与前视基准面相对的另一个端面作为草图的绘制基准平面，以圆盘圆心作为圆心绘制一个直径为80mm的圆，“退出草图”， “特征拉伸凸台/基体”，选择给定深度，距离为50mm，确定完成。接着要在主体部分上打套筒孔。点击“草图绘制”，选择主体的下端面作为草图的绘制基准平面，绘制一个直径为8mm的圆，圆心到主体圆心的距离为34mm，“退出草图”， “特征拉伸切除”，选择给定深度，距离为15mm，确定。选择“特征圆周阵列”， 在参数设定中，“反向”选中上面确定的基准轴1，“角度”为360，“实例数”为12，选中“等间距（E）”，“要阵列的特征”选中直径为8mm的拉伸切除圆孔，确定之后，圆盘上出现均匀分布的12个套筒圆孔。紧接着是最底端圆盘的制作，在绘制之前要先定义一个基准面，按照“特征参考几何体基准面”的操作，“参考实体”选择前视基准面，距离参数为80mm，确定后形成一个基准面1。点击“草图绘制”，以基准面1作为草图绘制的基准平面，绘制一个与主体同心的圆，直径为85mm，“退出草图”， “特征拉伸凸台/基体”，选择给定深度，距离为20mm，确定完成。最底端的圆盘完成之后，还要在上面打套筒孔。点击“草图绘制”， 以圆盘的下端面作为草图绘制的基准平面，绘制一个直径为8mm的圆，圆心到主体圆心的距离为34mm，“退出草图”， “特征拉伸切除”，选择给定深度，距离为20mm，确定。选择“特征圆周阵列”， 在参数设定中，“反向”选中上面确定的基准轴1，“角度”为360，“实例数”为12，选中“等间距（E）”，“要阵列的特征”选中直径为8mm的拉伸切除圆孔，确定之后，圆盘上出现均匀分布的12个套筒圆孔。最后是砖塔上端与电机相连部分的制作。点击“草图绘制”， 以上部圆盘的上端面作为草图绘制的基准平面，绘制一个与该圆盘同心的圆，直径为55mm，“退出草图”， “特征拉伸凸台/基体”，选择给定深度，距离为10mm，确定完成。点击“