华南理工大学开题报告(改5)-洪海生

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：201420100053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-1-一、摘要论文题目中文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英文DynamicCharacteristicAnalysisandOptimizationoftheKeyStructureoftheHighSpeedandHighAccuracyAutomatedInsertionMachinewithOddComponent论文选题项目是否涉密□是，并已办理《华南理工大学学位论文定密审批表》审批手续，复印件已附于本报告末页。□否，并承诺学位论文将不涉及国家秘密和其他不宜公开的内容。摘要（不超过800字）异型元件插件装备是针对异型元件高效插入PCB板的设备，异型元件插件装备的研发在实现提升PCBA速度上有着重要的地位，也是实现电子制造强国的助推剂。本文从PCB板上，由于电子元器件的种类各异，相应的组装技术不同，从而有相应两大类装备：贴片机和插件机。贴片机的发展已经趋于标准化，系列化，相对应主要有高速贴片机和多功能贴片机。而插件机主要有AI插件机和异型元件插件机。其中AI插件机的发展已经趋于成熟，国内也有相应的公司有系列化的产品。而对于异型元件插件机，国内外都是出于起步阶段，国外公司主要有日本JUKI公司,芬兰CENCORP公司。对于异型元件，相对于贴片式元件，高度，体积，质量较大，在插装该类零件中，在高速高加速度下，对异型元件插件机的机械结构和动态性能有更高的要求。依托所在实习公司的产品，对装备进行结构优化和动态性能研究，推进电子插装装备技术的发展，推动我国电子信息产业发展。关键词中文动态性能异型元件插件机多体系统有限元分析英文DynamicCharacteristic/AutomatedInsertionwithOddComponent/MBS/FEA1、关键词数量不少于三个；2、关键词之间空一格（英文用/分隔）-2-二、立题依据1、研究意义2、国内外研究现状3、主要参考文献及出处、1.研究意义1、研究意义异型元件插件装备是针对异型元件高效插入PCB板的设备，异型元件插件装备的研发在实现提升PCBA速度上有着重要的地位，也是使实现电子制造强国梦更近一步。在电子组装装备的学术和经济价值有重大的意义。1）学术意义：异型元件插件机的机械结构优化分析在国内仍是空白，异型元件插件机的相关的分析资料较少，依托所在实习公司的产品，对异型元件插件机关键结构进行结构优化和相应动态性能分析，填补我国插装设备在这方面的空缺，具有一定的学术意义和参考价值。2）经济意义：随着国内经济的发展，人工成本的不断上升，务工荒的加剧，市场及企业对PCBA的速度要求的不断提高。在PCB板，不可或缺的异型元件的插装，例如接口，开关按钮变压器线圈等零件，从传统的手工插入，逐渐转型为异型插件装备插入，更多的企业尝试购买进口的异型插件装备去完成这类零件的插装。而国内的异型插件装备仍处于初期阶段，还未量产化。据相关数据表明，我国的PCB行业已处于世界第一的地位，相关的企业多达2500多家。可以看到，异型元件插装装备的市场巨大。对于高速高精度的插装装备，其机械性能对于产品的稳定性和可靠性有很重大的作用。2、国内外研究现状普通的PCB板上，贴装元件数量占了80%以上，采用已标准化的贴片机贴装，卧式插装和立式插装元件的相应插装装备相对成熟，国内外较多厂家有相对应的、已系列化的AI插件机。而异型插装元件的数量较少，大多数企业对这类零件仍采用手工插装的方式。如图2.1。其中5、7、9、11、12、13、15为贴装元件，1、6、8、10、14为异型插装元件，2、16为卧式插装元件，3、4为立式插装元件。所谓立式插装元件，元件主体较为规则，元件引脚平行于主体，元件引脚一般为双引脚。而卧式插装元件，相对于立式，元件引脚垂直于主体。而异型元件，元件主体不规则，针脚数目较多。-3-图2.1PCB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（OriginalEquipmentManufacturer），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0.8s/component,12345678141211109131516-4-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，△X0.035mm,△Y0.035mm。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]。-5-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]。-6-3、主要参考文献及出处[1]梁志立.我来议一议_中国PCB行业大而不强[J].2015,[2]JianjieLiJunfaMao,MinTang,andLinshengWu.PerformanceEnhancementResearchforPrintedCircuitBoardManufactureinChina[J].2011,[3]PANASONICCOMPANY.AM100_1121-PANASONIC[J].2015,[4]PANASONIC.AV-132-throughhole[J].2015,[5]UNIVERSALCOMPANY.Gen_88HT_Through-Hole_brochure[J].[6]东莞市新泽谷机械有限公司.国产AI新泽谷XG300立式机说明书09-17(DEC)[J].2009,[7]JUKICORPORATION.JM10_20_JASEU_EN_A4[J].2013,[8]张识超，李兆龙，郜福亮.基于模态分析的告诉高精度贴片机运动机构优化设计[J].2013,[9]李清国，肖曙红，汤雄，陈小军.基于ANSYS的龙门式贴片机整机动力学建模与模态分析[J].2012,[10]姜凤鹏.基于ADAMS和ANSYS的贴片机力学分析与结构优化[J].上海交通大学工学硕士论文,2008,[11]顾浩杰.高精度超高速贴片机横梁的设计及其动态特性研究[J].武汉理工大学工学硕士学位论文,2012,[12]金朝.贴片机的力学分析与结构优化[J].吉林大学硕士学位论文,2015,[13]肖永山.全自动贴片机横梁设计与动力学仿真[J].2006,[14]姜涛，唐火红，冯宝林.龙门式贴片机横梁刚柔耦合动态仿真优化设计[J].2014,[15]林维强.贴片机动态误差的控制[J].1994,[16]肖永山.MSC_ADAMS在贴片机动态精度研究中的应用[J].2009,[17]蔡金杰.基于加减速控制和刚柔耦合的贴片机位置精度分析[J].2012,[18]杨帅.机械产品动态性能建模_分析_优化及工程应用研究[J].天津大学工学博士学位论文,2009,[19]廖伯瑜.《现代机械动力学及其工程应用》[J].2003.5):[20]XuDan,KangRui,LiuQiang.ResearchonNCMachineToolDynamicCharacteristicConsideringProcessingDynamics[J].2010,227-31.[21]RicardoR.Teixeira,SérgioR.D.S.Moreira,S.M.O.Tavares.Mult