超高加速度精密运动平台研制

论文摘要

芯片以极快的速度向着尺寸小,管脚多,数量大的方向发展,引线键合机是芯片加工流水线中的封装设备,为配合芯片的发展,下一代封装设备应大幅提高生产效率、改善产品质量和降低制造成本。高加速度精密运动平台是芯片封装设备的核心部件之一,其快速启停和高精密定位是高效率的完成芯片封装的前提和保证。针对XY平台超高加速度和精密性的要求,结合国家重大科技专项“超高加速精密运动系统与控制技术”（项目编号2009ZX02021-003）,本课题对引线键合机的XY运动平台的动态特性进行了深入研究,设计了超高加速度精密运动平台,并对平台进行了有限元分析和优化,最终对搭建的试验样机的动态性能进行了实验验证。在平台的力学建模方面,对平台进行了详细的受力分析,并得出了几点优化方向。针对平台结构建立了平台的动力学模型,对影响平台性能的重要结合面交叉滚子导轨副的刚度做了较详细的研究,利用接触力学计算了导轨滚珠的变形,并采用简单而准确的弹簧单元模拟接触做了有限元分析,针对薄弱环节进行了再设计。在平台的驱动方面,采用直线永磁同步电机（LPMSM）直接驱动模式,搭建了直线电机结构,实现了简洁的驱动模式。对搭建的电机结构进行了电磁场有限元分析,得到了电机的出力情况,最后提出直线电机的性能严重制约着XY运动平台的性能提高。最后搭建了试验系统,对设计的平台样机进行了模态试验研究。实验证明,基于动态设计方法设计的超高加速度精密运动平台低阶固有频率满足固有频率指标要求,实验结果与有限元分析结果相差较小,证明了有限元分析的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究意义及来源
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 驱动方式和支撑形式研究现状
• 1.2.2 机构解耦方式研究现状
• 1.2.3 平台性能指标研究现状
• 1.2.4 平台设计方法研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 XY 运动平台方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 运动平台设计基本要求
• 2.2.1 平台外形尺寸要求
• 2.2.2 平台性能指标及运动指标要求
• 2.2.3 平台推广指标—固有频率要求
• 2.3 标准件初步选型计算
• 2.3.1 导轨选型计算
• 2.3.2 光栅选型计算
• 2.3.3 电机选型计算
• 2.4 平台方案结构搭建
• 2.5 本章小结
• 第3章 平台结构建模与分析
• 3.1 引言
• 3.2 运动平台受力分析
• 3.3 运动平台动力学建模
• 3.3.1 Y 向平台动力学建模
• 3.3.2 X 向平台动力学建模
• 3.4 运动平台模态分析
• 3.4.1 交叉滚子导轨模态分析
• 3.4.2 平台整机模态分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 运动平台结构优化
• 4.1 引言
• 4.2 X 向及Y 向组件结构优化
• 4.2.1 Y 向组件结构优化
• 4.2.2 X 向组件结构优化
• 4.2.3 导轨解决方案
• 4.3 电机结构设计
• 4.4 运动平台优化后整机结构
• 4.5 优化后整机有限元分析
• 4.5.1 优化后整机静力分析
• 4.5.2 优化后整机模态分析
• 4.5.3 优化后整机谐响应分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 运动平台实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验平台搭建
• 5.3 平台的固有频率测试
• 5.4 实验结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢