華南理工大學開題報告

PAGE碩士學位論文開題報告高速高精度異型元件插件裝備結構優(yōu)化及其動態(tài)性能研究研究生：洪海生指導教師：鄺泳聰學號：201420100053學院：機械及汽車工程學院專業(yè)：機械制造及其自動化華南理工大學研究生院二〇一五年九月3-一、摘要論文題目中文高速高精度異型元件插件裝備結構優(yōu)化及其動態(tài)性能研究英文DynamicCharacteristicAnalysisandOptimizationoftheKeyStructureoftheHighSpeedandHighAccuracyAutomatedInsertionMachinewithOddComponent論文選題項目是否涉密□是，并已辦理《華南理工大學學位論文定密審批表》審批手續(xù)，復印件已附于本報告末頁。□否，并承諾學位論文將不涉及國家秘密和其他不宜公開的內容。摘要（不超過800字）異型元件插件裝備是針對異型元件高效插入PCB板的設備，異型元件插件裝備的研發(fā)在實現提升PCBA速度上有著重要的地位，也是實現電子制造強國的助推劑。本文從PCB板上，由于電子元器件的種類各異，相應的組裝技術不同，從而有相應兩大類裝備：貼片機和插件機。貼片機的發(fā)展已經趨于標準化，系列化，相對應主要有高速貼片機和多功能貼片機。而插件機主要有AI插件機和異型元件插件機。其中AI插件機的發(fā)展已經趨于成熟，國內也有相應的公司有系列化的產品。而對于異型元件插件機，國內外都是出于起步階段，國外公司主要有日本JUKI公司,芬蘭CENCORP公司。對于異型元件，相對于貼片式元件，高度，體積，質量較大，在插裝該類零件中，在高速高加速度下，對異型元件插件機的機械結構和動態(tài)性能有更高的要求。依托所在實習公司的產品，對裝備進行結構優(yōu)化和動態(tài)性能研究，推進電子插裝裝備技術的發(fā)展，推動我國電子信息產業(yè)發(fā)展。關鍵詞中文動態(tài)性能異型元件插件機多體系統(tǒng)有限元分析英文DynamicCharacteristic/AutomatedInsertionwithOddComponent/MBS/FEA1、關鍵詞數量不少于三個；2、關鍵詞之間空一格（英文用/分隔）二、立題依據1、研究意義2、國內外研究現狀3、主要參考文獻及出處、1.研究意義1、研究意義異型元件插件裝備是針對異型元件高效插入PCB板的設備，異型元件插件裝備的研發(fā)在實現提升PCBA速度上有著重要的地位，也是使實現電子制造強國夢更近一步。在電子組裝裝備的學術和經濟價值有重大的意義。學術意義：異型元件插件機的機械結構優(yōu)化分析在國內仍是空白，異型元件插件機的相關的分析資料較少，依托所在實習公司的產品，對異型元件插件機關鍵結構進行結構優(yōu)化和相應動態(tài)性能分析，填補我國插裝設備在這方面的空缺，具有一定的學術意義和參考價值。2）經濟意義：隨著國內經濟的發(fā)展，人工成本的不斷上升，務工荒的加劇，市場及企業(yè)對PCBA的速度要求的不斷提高。在PCB板，不可或缺的異型元件的插裝，例如接口，開關按鈕變壓器線圈等零件，從傳統(tǒng)的手工插入，逐漸轉型為異型插件裝備插入，更多的企業(yè)嘗試購買進口的異型插件裝備去完成這類零件的插裝。而國內的異型插件裝備仍處于初期階段，還未量產化。據相關數據表明，我國的PCB行業(yè)已處于世界第一的地位，相關的企業(yè)多達2500多家?？梢钥吹剑愋驮逖b裝備的市場巨大。對于高速高精度的插裝裝備，其機械性能對于產品的穩(wěn)定性和可靠性有很重大的作用。2、國內外研究現狀普通的PCB板上，貼裝元件數量占了80%以上，采用已標準化的貼片機貼裝，臥式插裝和立式插裝元件的相應插裝裝備相對成熟，國內外較多廠家有相對應的、已系列化的AI插件機。而異型插裝元件的數量較少，大多數企業(yè)對這類零件仍采用手工插裝的方式。如圖2.1。其中5、7、9、11、12、13、15為貼裝元件，1、6、8、10、14為異型插裝元件，2、16為臥式插裝元件，3、4為立式插裝元件。所謂立式插裝元件，元件主體較為規(guī)則，元件引腳平行于主體，元件引腳一般為雙引腳。而臥式插裝元件，相對于立式，元件引腳垂直于主體。而異型元件，元件主體不規(guī)則，針腳數目較多。112345678141211109131516圖2.1PCB板的電子元器件目前，插件的工序的解決方案是手工插入、機械手插入和插件機插入。對于中小型的代工廠OEM（OriginalEquipmentManufacturer），從成本和產量的考慮上，對異型元件和臥式立式插裝元件，普遍用手工插入的方式。這種方式只能適應需要插入的元件較少的情況，優(yōu)點是初始投入成本低，零件的適應性高，缺點是生產效率低，人工成本較高；對于大型的代工廠，對于臥式立式插裝元件，更傾向于AI插件機插入，能快速的插入元件。優(yōu)點是生產效率較高，但適應性和通用性低。對于異型元件，目前多采用手工插入和機械手插入。對于機械手插入，優(yōu)點是生產效率高，零件的單位插入成本低、穩(wěn)定性好、自動化生產及節(jié)省人工成本。但初始投入成本高，設備維護成本高，插件種類單一，通用性低。對于形狀較少改變，使用數量較少的異形元件，主要有變壓器，按鈕開關，接口端零件和電位器等。這類零件在電視，空調冰箱等家用電器電路板里，異型插裝元件的數量較多，種類繁多，形狀各異，在功能上，是其他貼裝元件無法替代的。為了插入這些異形元件，提高PCBA速度，更多的企業(yè)投入異型元件插件機的相關研究。目前有東莞東舜自動化有限公司，蘇州輝隆自動化設備有限公司和東莞德速達精密設備有限公司等。異型元件插件機，國外異型元件插件機較為知名的有：日本JUKI、芬蘭CENCORP。其中JUKI公司,通用插件機，機器型號為JM-10和JM-20的插件速度可以達到0.8s/component,插件精度可以達到±0.04mm.CENCORP公司，型號100OF-EVO,插件速度為1.9s/component.結合本文的焦點，異型元件插件機的動態(tài)性能，從龍門式貼片機和異型元件插件機的機械結構對比，兩者基本結構相似，則可以借鑒參考相關研究學者對龍門式貼片機的機械結構的研究分析。張識超、李兆龍和郜福亮結合ANSYS對貼片機的基座進行模態(tài)分析，通過分析結構的前六階固有頻率及相應振型，確定結構的擺動的形式和方向，從而為改進結構提供依據，改進后的結構的一階頻率由56.38Hz提高到88.40HzADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>張識超，李兆龍，郜福亮</Author><Year>2013</Year><RecNum>41</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[8]</style></DisplayText><record><rec-number>41</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wwvrvxdzxsptz8eda9cxr0rjtta92srzd5aa">41</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">張識超，李兆龍，郜福亮</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">基于模態(tài)分析的告訴高精度貼片機運動機構優(yōu)化設計</style></title></titles><dates><year><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2013</style></year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[8]。李清國，肖曙紅等，也結合ANSYS考慮接觸面的剛度和阻尼參數，對貼片機整機進行模態(tài)分析，同時采用LMS振動測試儀對貼片機樣機進行錘擊法模態(tài)測試，如圖2.2，分析比較模擬分析和實驗測的固有頻率值，結果表明，實驗結果和仿真分析基本吻合，實驗值和分析值最大偏差在10%ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李清國，肖曙紅，湯雄，陳小軍</Author><Year>2012</Year><RecNum>40</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[9]</style></DisplayText><record><rec-number>40</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wwvrvxdzxsptz8eda9cxr0rjtta92srzd5aa">40</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">李清國，肖曙紅，湯雄，陳小軍</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">基于</style><styleface="normal"font="default"size="100%">ANSYS</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">的拱架式貼片機整機動力學建模與模態(tài)分析</style></title></titles><dates><year><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2012</style></year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[9]。圖2.2實驗模態(tài)測試結果姜鳳鵬運用ANSYS對貼片機的龍門和床身進行了靜力學分析，同時借助ADAMS/View模塊對貼片機的機械系統(tǒng)進行仿真ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>姜鳳鵬</Author><Year>2008</Year><RecNum>37</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[10]</style></DisplayText><record><rec-number>37</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wwvrvxdzxsptz8eda9cxr0rjtta92srzd5aa">37</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">姜鳳鵬</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">基于</style><styleface="normal"font="default"size="100%">ADAMS</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">和</style><styleface="normal"font="default"size="100%">ANSYS</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">的貼片機力學分析與結構優(yōu)化</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">上海交通大學工學碩士論文</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>上海交通大學工學碩士論文</full-title></periodical><dates><year><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2008</style></year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[10]。顧浩杰碩士利用ANSYS仿真，對橫梁的不同結構進行了動靜力學分析，表明V型橫梁的動靜剛度最好ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>顧浩杰</Author><Year>2012</Year><RecNum>36</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[11]</style></DisplayText><record><rec-number>36</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wwvrvxdzxsptz8eda9cxr0rjtta92srzd5aa">36</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">顧浩杰</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">高精度超高速貼片機橫梁的設計及其動態(tài)特性研究</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">武漢理工大學工學碩士學位論文</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>武漢理工大學工學碩士學位論文</full-title></periodical><dates><year><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2012</style></year></dates><work-type><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">武漢理工大學工學碩士學位論文</style></work-type><urls></urls></record></Cite></EndNote>[11]。金朝通過CATIA三維軟件建立貼片機的機械系統(tǒng)的三維模型，結合ADAMS仿真軟件，在ADAMS中建立相應的數學模型和虛擬樣機模型，分析了X與Y軸的伺服電機輸出的角加速度和移動構件與靜止構件的質量比，這兩個參數對X軸與Y軸動態(tài)精度影響。數據分析結果表明，在伺服電機的輸出加速度為1g和動靜質量比達到1/50的條件下，X軸與Y軸的動態(tài)性能最好，符合貼片機的精度要求，△X<0.035mm,△Y<0.035mm。同時利用ANSYS軟件對整機、橫梁和機身進行了靜力學分析。同時對龍門、橫梁、機身和整機進行模態(tài)分析ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>金朝</Author><Year>2015</Year><RecNum>48</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[12]</style></DisplayText><record><rec-number>48</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wwvrvxdzxsptz8eda9cxr0rjtta92srzd5aa">48</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">金朝</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">貼片機的力學分析與結構優(yōu)化</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">吉林大學碩士學位論文</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>吉林大學碩士學位論文</full-title></periodical><dates><year><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2015</style></year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[12]。肖永山、宋福民和劉少軍在ADAMS的平臺上，對三種不同結構的橫梁進行靜力學分析，分別比較兩個指標，Y軸絲桿螺母與橫梁連接處的受力和Y向導軌滑塊副與橫梁聯接處的受力。同時對貼片頭進行振動分析仿真，分別獲得貼片頭在X軸，Y軸的加速度頻率響應和位移響應曲線，從而分析貼片頭的抗振動能力ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>肖永山</Author><Year>2006</Year><RecNum>20</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[13]</style></DisplayText><record><rec-number>20</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wwvrvxdzxsptz8eda9cxr0rjtta92srzd5aa">20</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>肖永山</author></authors></contributors><titles><title>全自動貼片機橫梁設計與動力學仿真</title></titles><dates><year>2006</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[13]。姜濤、唐火紅和馮寶林以橫梁為研究對象，提出了結合剛體和柔性體多體動力學理論和有限元的方法，建立貼片機的剛柔耦合多體模型。分析不同截面結構的橫梁，如圖2.3，分析貼片頭的振動幅值變化和加速度變化，來評估橫梁的抗振性能，結果表明，在質量基本相同的前提下，“O”型截面的橫梁的抗振性能更好ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>姜濤，唐火紅，馮寶林</Author><Year>2014</Year><RecNum>38</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[14]</style></DisplayText><record><rec-number>38</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wwvrvxdzxsptz8eda9cxr0rjtta92srzd5aa">38</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">姜濤，唐火紅，馮寶林</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">拱架式貼片機橫梁剛柔耦合動態(tài)仿真優(yōu)化設計</style></title></titles><dates><year><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2014</style></year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[14]。圖2.3四種截面形狀林維強從貼片機的動態(tài)誤差著手，分析貼裝速度對貼片性能的影響，分析結果表明，為了防止電機失步或者過沖，Vmax=s3*Fqm*n,其中Vmax為貼片頭的最佳移動速度，S3為貼片頭移動的距離，Fq為電機的驅動力，m為貼片頭的質量，n為安全系數，一般取2~3ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>林維強</Author><Year>1994</Year><RecNum>39</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[15]</style></DisplayText><record><rec-number>39</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wwvrvxdzxsptz8eda9cxr0rjtta92srzd5aa">39</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">林維強</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">貼片機動態(tài)誤差的控制</style></title></titles><dates><year><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">1994</style></year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[15]。肖永山、劉少軍和宋福民基于虛擬樣機技術，對貼片機動態(tài)精度分析，結合相應的物理實驗，仿真結果為貼裝頭在X軸的最大精度誤差27μm,Y軸方向的最大精度誤差為50μm.物理實驗結果表明貼裝頭在XZ平面的最大扭擺位移為32μm，橫梁在XY平面的最大扭擺位移時58μm.實驗誤差和仿真誤差在18%左右ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>肖永山</Author><Year>2009</Year><RecNum>9</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[16]</style></DisplayText><record><rec-number>9</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wwvrvxdzxsptz8eda9cxr0rjtta92srzd5aa">9</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>肖永山</author></authors></contributors><titles><title>MSC_ADAMS在貼片機動態(tài)精度研究中的應用</title></titles><dates><year>2009</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[16]。蔡金杰研究梯形曲線加減速和S曲線加減速兩種控制方式，在ADAMS平臺上，通過在橫梁兩端設置兩個Marker點，初始狀態(tài)下，兩個Marker點在Y軸方向無誤差，仿真一個周期后，通過測量兩個Marker點的位移差，得到剛柔耦合的位置精度。結果表明，采用梯形曲線，最大位置誤差為0.1219mm；反之，采用S曲線，最大位置誤差為0.0672mm。數據表明，在S曲線加減速控制下，橫梁振動較小ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><RecNum>44</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[17]</style></DisplayText><record><rec-number>44</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wwvrvxdzxsptz8eda9cxr0rjtta92srzd5aa">44</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">蔡金杰</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">基于加減速控制和剛柔耦合的貼片機位置精度分析</style></title></titles><dates><year><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2012</style></year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[17]。3、主要參考文獻及出處ADDINEN.REFLIST[1] 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