硕士学位论文开题报告
高速高精度异型元件插件装备结构优化及其
动态性能研究
研究生：洪海生
指导教师：邝泳聪
学号：************
学院：机械及汽车工程学院
专业：机械制造及其自动化
华南理工大学研究生院
二〇一五年九月
一、摘要
二、立题依据
图2.1 PCB 板的电子元器件 目前，插件的工序的解决方案是手工插入、机械手插入和插件机插入。
对于中小型的代
工厂OEM （Original Equipment Manufacturer ），从成本和产量的考虑上，对异型元件和卧式立式插装元件，普遍用手工插入的方式。
这种方式只能适应需要插入的元件较少的情况，优点是初始投入成本低，零件的适应性高，缺点是生产效率低，人工成本较高；对于大型的代工厂，对于卧式立式插装元件，更倾向于AI 插件机插入，能快速的插入元件。
优点是生产效率较高，但适应性和通用性低。
对于异型元件，目前多采用手工插入和机械手插入。
对于机械手插入，优点是生产效率高，零件的单位插入成本低、稳定性好、自动化生产及节省人工成本。
但初始投入成本高，设备维护成本高，插件种类单一，通用性低。
对于形状较少改变，使用数量较少的异形元件，主要有变压器，按钮开关，接口端零件
和电位器等。
这类零件在电视，空调冰箱等家用电器电路板里，异型插装元件的数量较多，种类繁多，形状各异，在功能上，是其他贴装元件无法替代的。
为了插入这些异形元件，提高PCBA 速度，更多的企业投入异型元件插件机的相关研究。
目前有东莞东舜自动化有限公司，苏州辉隆自动化设备有限公司和东莞德速达精密设备有限公司等。
异型元件插件机，国外异型元件插件机较为知名的有：日本JUKI 、芬兰CENCORP 。
其中
JUKI 公司,通用插件机，机器型号为JM-10和JM-20的插件速度可以达到0.8 s/component,1 2
3
4 5 6 7
8
14 12
11
10
9 13
15
16
插件精度可以达到±0.04mm. CENCORP公司，型号100OF-EVO,插件速度为1.9s/component.
结合本文的焦点，异型元件插件机的动态性能，从龙门式贴片机和异型元件插件机的机械结构对比，两者基本结构相似，则可以借鉴参考相关研究学者对龙门式贴片机的机械结构的研究分析。
张识超、李兆龙和郜福亮结合ANSYS对贴片机的基座进行模态分析，通过分析结构的前六阶固有频率及相应振型，确定结构的摆动的形式和方向，从而为改进结构提供依据，改进后的结构的一阶频率由56.38Hz提高到88.40Hz[8]。
李清国，肖曙红等，也结合ANSYS考虑接触面的刚度和阻尼参数，对贴片机整机进行模态分析，同时采用LMS振动测试仪对贴片机样机进行锤击法模态测试，如图2.2，分析比较模拟分析和实验测的固有频率值，结果表明，实验结果和仿真分析基本吻合，实验值和分析值最大偏差在10%[9]。
图2.2 实验模态测试结果
姜凤鹏运用ANSYS对贴片机的龙门和床身进行了静力学分析，同时借助ADAMS/View模块对贴片机的机械系统进行仿真[10]。
顾浩杰硕士利用ANSYS仿真，对横梁的不同结构进行了动静力学分析，表明V型横梁的动静刚度最好[11]。
金朝通过CATIA三维软件建立贴片机的机械系统的三维模型，结合ADAMS仿真软件，在ADAMS中建立相应的数学模型和虚拟样机模型，分析了X与Y轴的伺服电机输出的角加速度和移动构件与静止构件的质量比，这两个参数对X轴与Y轴动态精度影响。
数据分析结果表明，在伺服电机的输出加速度为1g和动静质量比达到1/50的条件下，X轴与Y轴的动态性能最好，符合贴片机的精度要求，△X<0.035mm, △Y<0.035mm。
同时利用ANSYS软件对整机、横梁和机身进行了静力学分析。
同时对龙门、横梁、机身和整机进行模态分析[12]。
肖永山、宋福民和刘少军在ADAMS的平台上，对三种不同结构的横梁进行静力学分析，分别比较两个指标，Y轴丝杆螺母与横梁连接处的受力和Y向导轨滑块副与横梁联接处的受力。
同时对贴片头进行振动分析仿真，分别获得贴片头在X轴，Y轴的加速度频率响应和位移响应曲线，从而分析贴片头的抗振动能力[13]。
姜涛、唐火红和冯宝林以横梁为研究对象，提出了结合刚体和柔性体多体动力学理论和有限元的方法，建立贴片机的刚柔耦合多体模型。
分析不同截面结构的横梁，如图2.3，分析贴片头的振动幅值变化和加速度变化，来评估横梁的抗振性能，结果表明，在质量基本相同的前提下，“O”型截面的横梁的抗振性能更好[14]。
图2.3 四种截面形状
林维强从贴片机的动态误差着手，分析贴装速度对贴片性能的影响，分析结果表明，为
了防止电机失步或者过冲， ,其中Vmax为贴片头的最佳移动速度，S3 为贴片头移动的距离，Fq 为电机的驱动力，m为贴片头的质量，n为安全系数，一般取2~3[15]。
肖永山、刘少军和宋福民基于虚拟样机技术，对贴片机动态精度分析，结合相应的物理实验，仿真结果为贴装头在X轴的最大精度误差27µm,Y轴方向的最大精度误差为50µm.物理实验结果表明贴装头在XZ平面的最大扭摆位移为32µm，横梁在XY平面的最大扭摆位移时58µm.实验误差和仿真误差在18%左右[16]。
蔡金杰研究梯形曲线加减速和S曲线加减速两种控制方式，在ADAMS平台上，通过在横梁两端设置两个Marker点，初始状态下，两个Marker 点在Y轴方向无误差，仿真一个周期后，通过测量两个Marker点的位移差，得到刚柔耦合的位置精度。
结果表明，采用梯形曲线，最大位置误差为0.1219mm；反之，采用S曲线，最大位置误差为0.0672mm。
数据表明，在S曲线加减速控制下，横梁振动较小[17]。
三、研究方案及工作基础
四、论文工作计划及预期成果
五、开题报告作者承诺及导师意见
注：开题报告结束后，本表与《华南理工大学硕士学位论文开题报告审核表》一起交至学院研究生教务员处。
