副標(biāo)題#e#     LED粘片機(jī)關(guān)鍵部件是焊頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。焊頭主運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)要求在垂直平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，在高速運(yùn)動(dòng)的同時(shí)還要求定位高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。焊頭的作用是將晶圓(wafer)上已切割分離成一片片的芯片逐個(gè)吸起，傳送并放置到引線框架上，使得芯片在引線框架上被粘焊固定。焊頭通常由兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)。為了使焊頭運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，在設(shè)計(jì)機(jī)架的時(shí)候一定要使機(jī)架固有頻率避開驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)頻率及倍頻，以減少共振。
    
     1有限元分析的工具
    
     通常，使用ANSYS建立復(fù)雜的三維實(shí)體模型比較麻煩，所以在一般情況下使用三維CAD軟件(例如SolidWorks、UG等)來建立幾何模型，同時(shí)將該模型轉(zhuǎn)換為ANSYS認(rèn)可的文件格式，例如IGES格式和parasolid格式。將IGES格式的模型文件導(dǎo)人ANSYS，可以發(fā)現(xiàn)該模型往往存在或多或少的缺陷，例如線或面之間存在小間隙、出現(xiàn)多余的圖元等，這都是模型文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)所造成的不良影響。我們可以使用ANSYS中的幾何和拓?fù)湫迯?fù)工具對(duì)這些缺陷進(jìn)行修復(fù)和完善，有時(shí)候效果并不是很好，這對(duì)分析結(jié)果會(huì)造成影響。同時(shí)，ANSYS的操作界面不是很友好，有時(shí)還需要進(jìn)行文字命令輸入，而且在進(jìn)行模態(tài)以及諧響應(yīng)分析時(shí)，占用的內(nèi)存資源過多，并會(huì)消耗大量的時(shí)間。
    
     COSMOSWorks是世界上最快的有限元分析軟件，這是由于它采用了FFE(fast finite element)快速有限元算法技術(shù)。FFE(Fast Finite Element)技術(shù)使得復(fù)雜耗時(shí)的工程分析時(shí)間大大縮短，同時(shí)COSMOSWorks完全集成于SolidWorks中，為設(shè)計(jì)工程師在SolidWorks的環(huán)境下，提供了比較完整的分析手段。COSMOSworks的分析模型和分析結(jié)果與SolidWorks共享一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，在幾何模型上，可直接定義載荷和邊界條件，設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)也會(huì)相應(yīng)地自動(dòng)更新。計(jì)算結(jié)果也可以直觀地顯示在SolidWorks精確的設(shè)計(jì)模型上。COsMOSworks操作方法簡(jiǎn)單、便捷。更重要的是，在S01idWorks中建立的有限元模型無需轉(zhuǎn)換就可以用COSMOSWorks進(jìn)行分析，這樣就能夠保證較高的計(jì)算精度，大量的試驗(yàn)已經(jīng)證明主流的分析軟件中沒有一個(gè)能與COSMOSWorks的應(yīng)力計(jì)算精度相提并論。當(dāng)然，我們可以以COSMOSWorks分析為主，同時(shí)參照Ansys的分析結(jié)果，比較它們之間的差別，從而可以保證分析結(jié)果的正確性和可靠性。
    
     2有限元分析要注意的事項(xiàng)
    
     幾何模型的"質(zhì)量"直接影響到分析的結(jié)果。有些復(fù)雜的機(jī)械零件或者裝配體，動(dòng)輒幾百、幾千萬節(jié)點(diǎn)、單元，計(jì)算機(jī)的分析能力也時(shí)有限的，用原型進(jìn)行有限元分析也時(shí)不現(xiàn)實(shí)的口。所以在進(jìn)行有限元分析之前要對(duì)幾何模型進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化。傳統(tǒng)的方法多采用相似性原理來簡(jiǎn)化，但是對(duì)于形狀相對(duì)復(fù)雜的零件，尤其是裝配體，建立簡(jiǎn)化模型也很困難。模態(tài)分析為我們建立一個(gè)合理、合適的模型提供了較好的方法。用于模態(tài)分析的模型由SolidWorks實(shí)體三維建模完成。所謂簡(jiǎn)化就是去除一些小孔、小的圓角，小的臺(tái)階等次要特征。因?yàn)檫@些小的臺(tái)階，小的圓角，小的孔很容易造成網(wǎng)格化時(shí)生成畸形的網(wǎng)格，最終導(dǎo)致有限元分析不能進(jìn)行下去。這里的"小"是一個(gè)相對(duì)的概念。"小"是相對(duì)于整個(gè)幾何模型或者裝配體模型而言。當(dāng)然，這里的簡(jiǎn)化也要時(shí)針對(duì)分析目標(biāo)。在不會(huì)影響分析目標(biāo)結(jié)果的情況下，我們才可以合理簡(jiǎn)化。至于簡(jiǎn)化后的模型是否和原型有相似的動(dòng)態(tài)特性，可以通過對(duì)原型和模型的模態(tài)分析比較來驗(yàn)證。由于模態(tài)分析，尤其是低階模態(tài)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性影響較大，因此通過比較模型的低階模態(tài)和原型的低階模態(tài)，一般兩者相差不超過3％就應(yīng)該認(rèn)為簡(jiǎn)化是合理的。
    
     3結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
    
     LED粘片機(jī)焊頭機(jī)架(如圖l所示)采用了一個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，在機(jī)架的上面和側(cè)面各裝上一個(gè)伺服電機(jī)。電機(jī)在機(jī)架上固定，運(yùn)動(dòng)的部件能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的移動(dòng)。這個(gè)機(jī)架還要放在在一個(gè)由滾珠絲杠帶動(dòng)的平板上。為了使機(jī)架下面的電機(jī)能快速準(zhǔn)確運(yùn)行，上面的機(jī)架就要在保證要求的條件下盡量減少質(zhì)量。另外，為了使焊頭平穩(wěn)運(yùn)行，在設(shè)計(jì)的時(shí)候也要使機(jī)架的固有頻率與電機(jī)的頻率發(fā)生干涉，即機(jī)架的固有頻率不能與電機(jī)的運(yùn)動(dòng)頻率及其倍頻相同。
    
     3.1材料
    
     機(jī)架的主體材料為鑄鋁，其各項(xiàng)指標(biāo)如表1所示。
    

     3.2約束
    
     利用COSMOSWorks做頻率分析時(shí)的主要約束是，機(jī)架的下底板固定。另外，由于電機(jī)的運(yùn)動(dòng)頻率是373．86Hz，所以，在優(yōu)化的時(shí)候要求機(jī)架的固有頻率低于這個(gè)頻率。
    
     3.3優(yōu)化過程中的變量變量
    
     在優(yōu)化過程中，由于受焊頭運(yùn)動(dòng)行程，以及電機(jī)的體積大小所限，機(jī)架的整體大小已經(jīng)沒有多少可以改動(dòng)。能改動(dòng)的地方是上部掏宅的地方。所以優(yōu)化過程中的變量如圖2所示的幾個(gè)尺寸。