I C編帶機(jī)雙擺桿取料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與研究

任曉慶

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所，北京100176)

編帶機(jī)是集成電路后封裝工藝線上的主要設(shè)備，市場(chǎng)需求量大，近年來(lái)，進(jìn)口設(shè)備以其良好的性能基本壟斷著較大規(guī)模生產(chǎn)線的市場(chǎng)，但因其價(jià)格昂貴，維修不便等原因，限制該設(shè)備更大規(guī)模的引進(jìn)和我國(guó)集成電路行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。因此，國(guó)內(nèi)各集成電路后封裝生產(chǎn)線迫切希望有能代替進(jìn)口設(shè)備，有優(yōu)良性能的國(guó)產(chǎn)設(shè)備問(wèn)世。

近年來(lái)，在國(guó)家大力發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)方針的引導(dǎo)下，北京、上海、深圳等地引進(jìn)了一批較為先進(jìn)的IC生產(chǎn)線，進(jìn)口的IC封裝和編帶設(shè)備占據(jù)統(tǒng)治地位，價(jià)格約為12～15萬(wàn)美金。中國(guó)微電子產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了蓬勃發(fā)展的新時(shí)期，我國(guó)IC產(chǎn)業(yè)的崛起已成定勢(shì)。研制開(kāi)發(fā)滿足先進(jìn)IC生產(chǎn)線能代替進(jìn)口設(shè)備、具有滿足我國(guó)生產(chǎn)線需求的全自動(dòng)多功能的編帶包裝機(jī)刻不容緩。

在這種形式下，中國(guó)電子集團(tuán)公司第四十五研究所承擔(dān)了研制各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的生產(chǎn)效率為2只/秒的全自動(dòng)IC編帶機(jī)。

IC編帶機(jī)是集成電路后封裝工藝線上的主要設(shè)備，它的主要用途是適用于大批量SOL（Small Outline L-Leaded Package）、SOP （Small Outline Package）、SOJ （Small Outline J-Leaded Package）、VSOP（ Very Small Outline Package）和 PLCC（Plastic Leaded Clip Carrier）等集成電路的最終封裝。該機(jī)工作流程和工作原理如圖1所示。

圖1 料、料管條、凹?xì)б约熬帋С善肥疽鈭D

將IC料由手工裝入IC料管條中，把IC料管條放入上料機(jī)構(gòu)的料架上經(jīng)真空吸料機(jī)構(gòu)吸取IC放入編帶導(dǎo)軌上的IC凹?xì)е校ㄟ^(guò)CCD自動(dòng)識(shí)別，識(shí)別正品與廢品，檢測(cè)其表面印字的有無(wú)、印字的正反以及引線管腳的好壞，廢品經(jīng)排廢機(jī)構(gòu)排除，正品放入編帶導(dǎo)軌上的IC凹?xì)?，并覆蓋膜帶熱封，完成IC集成電路或SMD（Surface Mount Device）全自動(dòng)編帶。

目前國(guó)內(nèi)外IC編帶機(jī)的主要特點(diǎn)可分為以下三類：

第一類：普通手動(dòng)型。該類設(shè)備成本低，利潤(rùn)薄，主要用于部分小企業(yè)，國(guó)內(nèi)同類設(shè)備品種有二十多種。

第二類：簡(jiǎn)單自動(dòng)型。該類設(shè)備自動(dòng)化程度明顯提高，工作效率極高，但無(wú)法適應(yīng)后封裝行業(yè)成品率要求極高的IC封裝，而香港、臺(tái)灣地區(qū)等產(chǎn)品或開(kāi)發(fā)裝置大多售價(jià)在20萬(wàn)～30萬(wàn)元人民幣，國(guó)內(nèi)同類設(shè)備有十來(lái)種。

第三類：先進(jìn)自動(dòng)型。該類產(chǎn)品目前國(guó)內(nèi)尚未獲悉有關(guān)研制情況，僅有中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所所于2000年成功研發(fā)了生產(chǎn)效率達(dá)1只/s的全自動(dòng)IC編帶機(jī)，在國(guó)內(nèi)較為先進(jìn)，但其上料速度已跟不上自動(dòng)化的需要。

IC編帶機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 IC編帶機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

IC編帶機(jī)主要由料條提架、夾料傳送機(jī)構(gòu)、滑道機(jī)構(gòu)、擺桿取料機(jī)構(gòu)、承片臺(tái)、編帶軌道機(jī)構(gòu)、收帶機(jī)構(gòu)以及操作系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等組成。

其中IC編帶機(jī)的擺桿取料機(jī)構(gòu)的主要功能是：當(dāng)料條提架上的料由夾料傳送機(jī)構(gòu)送到滑道機(jī)構(gòu)上，通過(guò)擺桿取料機(jī)構(gòu)擺桿周而復(fù)始地?cái)[動(dòng)實(shí)現(xiàn)把IC料從上料滑道機(jī)構(gòu)送到編帶軌道機(jī)構(gòu)的取放料。

根據(jù)IC編帶機(jī)結(jié)構(gòu)的各部分分析得出，一方面要保證設(shè)備的自動(dòng)化程度，另一方面要提高設(shè)備的生產(chǎn)效率，增加IC編帶機(jī)的一次取料數(shù)量將對(duì)提高設(shè)備的生產(chǎn)效率極為關(guān)鍵。

1 雙擺桿取料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 采用雙擺桿機(jī)構(gòu)的理由

目前，在國(guó)內(nèi)后封裝生產(chǎn)線上，一方面要保證設(shè)備的自動(dòng)化程度，另一方面要提高設(shè)備的生產(chǎn)效率，增加IC編帶機(jī)的取料頻率將對(duì)提高設(shè)備的生產(chǎn)效率極為關(guān)鍵。

通過(guò)上述對(duì)國(guó)內(nèi)外IC編帶機(jī)取料機(jī)構(gòu)的研究和分析，可知采用擺桿機(jī)構(gòu)比較成熟，另外與凸輪機(jī)構(gòu)相比也比較簡(jiǎn)單。同時(shí)，擺桿機(jī)構(gòu)好調(diào)整，吸頭也好控制，在整個(gè)設(shè)備中好布置。在不增加過(guò)多機(jī)構(gòu)的條件下，采用雙擺桿取料機(jī)構(gòu)增加IC編帶機(jī)的取料頻率，可提高整機(jī)的生產(chǎn)效率和保持其運(yùn)動(dòng)的可靠性。這樣，在保證滑道和編帶導(dǎo)軌相同的情況下，同樣電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，雙擺桿取料機(jī)構(gòu)比單擺桿取料機(jī)構(gòu)快。因此，采用雙擺桿取料機(jī)構(gòu)對(duì)提高IC編帶機(jī)的效率，實(shí)現(xiàn)2只/s的目標(biāo)具有重要意義。

按照IC編帶機(jī)的編帶工作流程，所設(shè)計(jì)的雙擺桿取料機(jī)構(gòu)必須滿足的動(dòng)作是：當(dāng)35°上料滑道機(jī)構(gòu)的吸口檢測(cè)有料時(shí)，雙擺桿取料機(jī)構(gòu)必須能準(zhǔn)確地把在滑道某一固定位置的IC料，取放到編帶軌道機(jī)構(gòu)的某一固定位置。要求機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確，傳動(dòng)平穩(wěn)。

1.2 雙擺桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

雙擺桿取料機(jī)構(gòu)采用同步帶傳動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)是：在同樣的張緊力下，同步帶傳動(dòng)較其他傳動(dòng)形式能產(chǎn)生更大的摩擦力，并且允許的傳動(dòng)比較大，結(jié)構(gòu)較緊湊，同時(shí)同步帶已標(biāo)準(zhǔn)化并大量生產(chǎn)。因此，可保證傳動(dòng)平穩(wěn)、準(zhǔn)確到位。雙擺桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式如圖3所示。

圖3 雙擺桿取料機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)圖

雙擺桿機(jī)構(gòu)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為n=3000 r/min，連接在連桿2上的取料電機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)工作，當(dāng)電機(jī)工作時(shí)，擺桿1擺動(dòng)，連接在連桿2、連桿3和連桿4轉(zhuǎn)軸上的同步帶輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)擺桿1在擺動(dòng)的同時(shí)圍繞轉(zhuǎn)軸7平動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)擺桿2在高于擺桿1所在平面內(nèi)做擺動(dòng)，連接在擺桿1和擺桿2下方的吸頭1和吸頭2的真空發(fā)生器觸發(fā)信號(hào)有料時(shí)，IC呈吸附狀態(tài)，反之，吸頭無(wú)IC。通過(guò)擺桿的擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)把IC料從上料滑道機(jī)構(gòu)到編帶軌道機(jī)構(gòu)的取放料任務(wù)。

當(dāng)滑道系統(tǒng)入口檢測(cè)無(wú)IC時(shí)，擺桿取料機(jī)構(gòu)中的擋料氣缸伸出，此時(shí)，擺桿座與料管條平行，擺桿機(jī)構(gòu)開(kāi)始擺動(dòng)，使擺桿1擺到與滑道機(jī)構(gòu)垂直位置，此時(shí)吸頭1吸上滑道口處檢測(cè)到的IC料，而擺桿2此時(shí)擺到承片臺(tái)垂直上方，吸頭2吸取承片臺(tái)上的IC料。擺桿機(jī)構(gòu)繼續(xù)擺動(dòng)，當(dāng)擺桿1擺到承片臺(tái)垂直上方時(shí)，吸頭1把吸附的IC料放到承片臺(tái)上，此時(shí)，擺桿2擺到編帶導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)上IC殼帶的凹?xì)の恢?，吸頭2把吸附的IC料放入IC殼帶的凹?xì)ぶ?，放有IC料的料殼帶在編帶軌道機(jī)構(gòu)上，擺桿機(jī)構(gòu)中的擺桿1和擺桿2如此周而復(fù)始連續(xù)擺動(dòng)360°，采用電機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，并通過(guò)發(fā)生器發(fā)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)IC的吸附和取放料。

1.3 雙擺桿取料機(jī)構(gòu)的整體尺寸設(shè)計(jì)

按照連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)所必須滿足的尺寸要求和IC編帶機(jī)其他機(jī)構(gòu)的安裝位置，雙擺桿取料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)如圖4所示，可利用Grashof條件來(lái)驗(yàn)證該設(shè)計(jì)尺寸。

Grashof條件是用來(lái)預(yù)測(cè)四桿機(jī)構(gòu)可轉(zhuǎn)性的一個(gè)非常簡(jiǎn)單的關(guān)系式：

設(shè)S為最短構(gòu)件的長(zhǎng)度；L為最長(zhǎng)構(gòu)件的長(zhǎng)度；P為其余構(gòu)件之一的長(zhǎng)度；Q為其余另一構(gòu)件的長(zhǎng)度。

如果有：

則該連桿機(jī)構(gòu)是Grashof機(jī)構(gòu)，且至少有一個(gè)構(gòu)件相對(duì)機(jī)架平面能夠整周轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)也是保證鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件。

該機(jī)構(gòu)由于擺桿1和擺桿2在各自平面內(nèi)做平面運(yùn)動(dòng)，故可以把該雙擺桿取料機(jī)構(gòu)化為兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)。

圖4 雙擺桿取料機(jī)構(gòu)整體尺寸圖

擺桿1所在左半部分相當(dāng)于一個(gè)四桿曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)示意圖如圖5所示。

按Grashof條件對(duì)其尺寸設(shè)計(jì)驗(yàn)證符合條件。擺桿2所在右半部分為一四桿機(jī)構(gòu)，即平行四邊形機(jī)構(gòu)，如圖6所示。

按Grashof條件驗(yàn)證，符合條件。

圖5 擺桿1所在連桿機(jī)構(gòu)示意圖

圖6 擺桿2所在連桿機(jī)構(gòu)示意圖

該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸滿足工作要求。由此以來(lái)，原來(lái)一個(gè)擺桿送取料，必須轉(zhuǎn)-35°和35°，即必須擺動(dòng)夾角為70°，現(xiàn)在雙擺桿結(jié)構(gòu)就擺桿1而言，只需從位置1擺到位置2，即擺動(dòng)夾角為35°，這樣就比單擺桿機(jī)構(gòu)節(jié)省一半送取料時(shí)間，從而提高了生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)IC編帶機(jī)2只/s的要求。

1.4 雙擺桿取料機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)軌跡及干涉檢驗(yàn)

1.4.1 建立雙擺桿取料機(jī)構(gòu)模型

本文所采用的工具是ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems） 軟件,它是世界上應(yīng)用最廣泛且最具有權(quán)威性的機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件，它的ADAMS/View模塊是ADAMS系列產(chǎn)品的核心模塊之一，是一個(gè)強(qiáng)大的建摸和仿真應(yīng)用環(huán)境。

根據(jù)雙擺桿取料機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)雙擺桿取料機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化處理：

（1）所有的連桿和擺桿都用連桿代替；（2）連桿和擺桿的質(zhì)量最小化；

（3）不考慮吸頭部分連桿的長(zhǎng)度；

（4）在實(shí)際設(shè)計(jì)中為了增加擺桿1的強(qiáng)度，在其后面開(kāi)一長(zhǎng)槽，保證件7始終在槽內(nèi)滑動(dòng)，在建摸時(shí)為了方便和直觀，把擺桿1上部設(shè)計(jì)成通孔長(zhǎng)槽，為了保證真實(shí)性，其尺寸與直線導(dǎo)軌的行程一致。

利用ADAMS的ADAMS/View模塊，創(chuàng)建擺桿、連桿即 part2、part3、part4、part5、part6和 part11和參考固定件ground共7個(gè)構(gòu)件，其中6個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，創(chuàng)建約束為轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副和平面副等低副，沒(méi)有高副，并且設(shè)置3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副為驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副。

利用ADAMS軟件中ADAMS/View模塊建立雙擺桿取料機(jī)構(gòu)模型，如圖7所示。

雙擺桿取料機(jī)構(gòu)模型共建7個(gè)Part，見(jiàn)表1。

圖7 雙擺桿取料機(jī)構(gòu)模型

表1 雙擺桿取料機(jī)構(gòu)模型

利用ADAMS軟件中ADAMS/View模塊所具有的自檢功能對(duì)所建雙擺桿取料機(jī)構(gòu)模型即圖7所示雙擺桿取料機(jī)構(gòu)模型進(jìn)行自檢，檢驗(yàn)其模型的正確性和合理性，自檢結(jié)果如表2所示。

表2 模型自檢信息

從表2顯示結(jié)果表明，所建立雙擺桿取料機(jī)構(gòu)模型成功。

1.4.2 對(duì)模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡分析和干涉檢驗(yàn)

利用ADAMS軟件對(duì)雙擺桿取料機(jī)構(gòu)摸型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡仿真，在6.1 s末仿真結(jié)果如圖8所示。

圖8 在6.1 s末仿真結(jié)果

由圖8可以看出擺桿1的頭已與轉(zhuǎn)軸7（在圖中轉(zhuǎn)軸7正好被擺桿2擋?。┫嗯觯簿褪钦f(shuō)，此時(shí)，擺桿1的開(kāi)槽口上端正好與轉(zhuǎn)軸7相切，當(dāng)連桿2繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，要求擺桿1的開(kāi)槽口上端能繼續(xù)下行，但此時(shí)無(wú)論連桿2怎樣擺動(dòng)，擺桿1都處于動(dòng)態(tài)靜止?fàn)顟B(tài)，這樣擺桿1的運(yùn)行狀態(tài)不能滿足2只/s全自動(dòng)IC編帶機(jī)對(duì)雙擺桿取料機(jī)構(gòu)的要求，因此需要重新考慮擺桿1的尺寸長(zhǎng)度。

研究摸型各結(jié)構(gòu)點(diǎn)坐標(biāo)值，并結(jié)合雙擺桿取料機(jī)構(gòu)模型來(lái)看，擺桿1的長(zhǎng)度就是POINT＿13結(jié)構(gòu)點(diǎn)的Loc＿Y值，即100.00 mm，如表3所示。

由表3可知，要改變POINT＿13結(jié)構(gòu)點(diǎn)的Loc＿Y值，需要重新確定POINT＿13結(jié)構(gòu)點(diǎn)在當(dāng)前坐標(biāo)系中的位置。于是考慮圖8在6.1 s末仿真結(jié)果，連桿2繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，只要能轉(zhuǎn)過(guò)270°角的位置，擺桿1也能跟隨其一起擺動(dòng)，那么，在整個(gè)擺動(dòng)周期里，擺桿1的長(zhǎng)度就沒(méi)有任何問(wèn)題。經(jīng)過(guò)估算，將擺桿1的長(zhǎng)度增加20 mm，應(yīng)該足夠了。即把 POINT＿13結(jié)構(gòu)點(diǎn)的 Loc＿Y值改為120 mm，改動(dòng)后結(jié)構(gòu)點(diǎn)的坐標(biāo)如表4所示。

表3 摸型各結(jié)構(gòu)點(diǎn)坐標(biāo)值

表4 改后摸型各結(jié)構(gòu)點(diǎn)坐標(biāo)值

將擺桿1的長(zhǎng)度100 mm改為120 mm后，對(duì)該模型再次進(jìn)行仿真，作一個(gè)周期內(nèi)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真分析，保證擺桿1和擺桿2轉(zhuǎn)1周，仿真時(shí)間為12 s，仿真節(jié)奏按150步計(jì)算。仿真動(dòng)畫的屏幕圖像如圖9所示。

圖9 擺桿取料機(jī)構(gòu)模型在1個(gè)周期運(yùn)動(dòng)軌跡仿真動(dòng)畫截圖

由運(yùn)動(dòng)軌跡仿真分析動(dòng)畫可以看出該雙擺桿取料機(jī)構(gòu)模型運(yùn)行1個(gè)周期，即360°一周各個(gè)時(shí)期的擺桿1和擺桿2位置情況，擺桿1在各個(gè)時(shí)期運(yùn)動(dòng)均滿足運(yùn)動(dòng)要求，由此可以確認(rèn)擺桿1長(zhǎng)度為120 mm可以滿足整個(gè)運(yùn)動(dòng)要求。至此，雙擺桿取料機(jī)構(gòu)的各個(gè)連桿和擺桿的尺寸設(shè)計(jì)均能滿足2只/s全自動(dòng)IC編帶機(jī)對(duì)雙擺桿取料機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求，整個(gè)雙擺桿取料機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)完成。

還可以看出圖9（b）狀態(tài)即為擺桿1此時(shí)與初始位置時(shí)夾角為35°的狀態(tài)，可以確認(rèn)模型滿足設(shè)計(jì)要求，該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡也符合IC編帶機(jī)對(duì)雙擺桿取料機(jī)構(gòu)的要求。

2 雙擺桿取料機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析

2.1 對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析的必要性

在雙擺桿取料機(jī)構(gòu)中要求雙擺桿取料機(jī)構(gòu)的擺桿在取料時(shí)接近于等速運(yùn)動(dòng)，以保證準(zhǔn)確吸料；而擺桿的放料行程則要求快速下降釋放，以提高生產(chǎn)效率。為了了解所設(shè)計(jì)的雙擺桿取料機(jī)構(gòu)是否滿足這些要求，就需要對(duì)雙擺桿取料機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度、加速度等運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。

2.2 位移分析

利用運(yùn)動(dòng)學(xué)分析理論知識(shí)和ADAMS軟件的后處理模塊ADAMS/Processor的自動(dòng)處理功能，根據(jù)建立的雙擺桿取料機(jī)構(gòu)的模型，繪制出雙擺桿取料機(jī)構(gòu)的擺桿1和擺桿2的位移曲線圖，見(jiàn)圖10。

圖10 擺桿1和擺桿2的位移曲線圖

由圖10可以看出擺桿1和擺桿2的位移變化基本一致，這保證了兩擺桿的擺動(dòng)一致性和整個(gè)雙擺桿取料機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)性。

2.3 角速度分析

利用運(yùn)動(dòng)學(xué)分析理論知識(shí)和ADAMS軟件的后處理模塊ADAMS/Processor的自動(dòng)處理功能，根據(jù)建立的雙擺桿取料機(jī)構(gòu)的模型，繪制出雙擺桿取料機(jī)構(gòu)的擺桿1和擺桿2的角速度曲線圖，見(jiàn)圖11。

圖11 擺桿1和擺桿2的角速度曲線圖

由圖11可以看出擺桿1的角速度變化比較大，而擺桿2的角速度基本沒(méi)有變化，這也正如當(dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)所考慮運(yùn)動(dòng)情況一致，當(dāng)擺桿1擺到所要求的35°位置時(shí)，桿件2、3和4正好擺動(dòng)夾角β=180°，而擺桿2在整周的擺動(dòng)過(guò)程中始終保持鉛直不變，從而保證了擺桿1擺動(dòng)到位，從35°上料滑道機(jī)構(gòu)上取出IC料返回原位放下IC料時(shí)，同時(shí)擺桿2到達(dá)擺桿1的初始位置，取走送來(lái)的IC料返回原位，把IC料放到特制的IC軌道上，進(jìn)行編帶，擺桿1和擺桿2周而復(fù)始地往返于35°上料滑道機(jī)構(gòu)和特制的IC軌道之間，完成整個(gè)取送料過(guò)程。

2.4 雙擺桿取料機(jī)構(gòu)角加速度分析

利用運(yùn)動(dòng)學(xué)分析理論知識(shí)和ADAMS軟件的后處理模塊ADAMS/Processor的自動(dòng)處理功能，根據(jù)建立的雙擺桿取料機(jī)構(gòu)的模型，繪制出雙擺桿取料機(jī)構(gòu)的擺桿1和擺桿2的角加速度曲線圖，見(jiàn)圖12。

圖12 擺桿1和擺桿2的角加速度曲線圖

由圖12可以看出擺桿1的角加速度變化比較大，而擺桿2的角加速度基本沒(méi)有變化，這說(shuō)明擺桿1在擺到最高點(diǎn)前角加速度逐漸增大，在擺到最高點(diǎn)后角加速度迅速下降。也就是說(shuō)，在擺到35°上料滑道機(jī)構(gòu)之前，擺桿1角加速度緩慢增加，保證擺動(dòng)到位，在返回時(shí)，角加速度急劇下降，為取放料贏得了時(shí)間。因此，表明雙擺桿取料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)科學(xué)性，也提高了IC編帶機(jī)的生產(chǎn)效率。

2.5 根據(jù)曲線圖求解

通過(guò)兩擺桿的位移、角速度和角加速度曲線圖，求出當(dāng)擺桿1擺到35°上料滑道機(jī)構(gòu)位置時(shí)擺桿1和擺桿2的位移L、角速度和角加速度。

當(dāng)擺桿1擺到35°上料滑道機(jī)構(gòu)位置，即桿2轉(zhuǎn)到180°時(shí)也就是在時(shí)間6.0 s時(shí)，擺桿1和擺桿2的位移L、角速度和角加速度。從位移-時(shí)間曲線、角速度-時(shí)間曲線和角加速度-時(shí)間曲線圖表中讀取數(shù)據(jù)，分別為：

從曲線圖上分析得到的在擺桿1擺到35°上料滑道機(jī)構(gòu)位置時(shí)擺桿1和擺桿2的位移L、角速度和角加速度和實(shí)際要求的此位置擺桿1和擺桿2的位移L、角速度和角加速度值基本吻合。

3 雙擺桿取料機(jī)構(gòu)受力分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)

3.1 對(duì)雙擺桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析的必要性

由于作用在機(jī)構(gòu)上的力，不僅是影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能的重要參數(shù)，而且也是決定相應(yīng)構(gòu)件尺寸及結(jié)構(gòu)形狀等的重要依據(jù)。所以不論是新設(shè)計(jì)的機(jī)械機(jī)構(gòu)，還是為了合理的使用現(xiàn)有的機(jī)械，都必須對(duì)機(jī)構(gòu)的受力情況進(jìn)行分析。

3.2 對(duì)雙擺桿機(jī)構(gòu)關(guān)鍵零件進(jìn)行受力分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)

3.2.1 擺桿1受力分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)

對(duì)擺桿1進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，利用了Solid-Works2005軟件。通過(guò)軟件的分析模塊COSMOSXpress向?qū)?，?duì)擺桿1進(jìn)行約束、載荷和受力分析，分析結(jié)果為：

擺桿1 (Part Configuration-默認(rèn) )的質(zhì)量特性和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)為：

質(zhì)量=30.37 g

表面積=7420.00 mm2

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和慣性力矩：(g·mm2)

Ix=(1.00,0.00,-0.00) Px=679.99

Iy=(-0.00,1.00,0.00) Py=69313.22

Iz=(0.00,-0.00,1.00) Pz=69867.65

擺桿1在受一定約束和載荷的情況下，運(yùn)動(dòng)情況和變形如圖13所示。

圖13 擺桿1的應(yīng)力圖解

其分析結(jié)果表明：擺桿1在運(yùn)動(dòng)時(shí)，在約束和載荷的作用下所受到的應(yīng)力在危險(xiǎn)截面附近，其應(yīng)力大多都大于屈服力，并且初步設(shè)計(jì)的擺桿1結(jié)構(gòu)最低安全系數(shù)為0.704615。即在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，擺桿1會(huì)發(fā)生嚴(yán)重變形，也就是說(shuō)，擺桿1的強(qiáng)度不能滿足需要，須對(duì)擺桿1的設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)和修復(fù)。改進(jìn)方案采用加大擺桿1尺寸的方法提高其強(qiáng)度。

對(duì)加大后的擺桿1再進(jìn)行約束、載荷和受力分析，分析結(jié)果如圖14所示。

圖14 改進(jìn)后擺桿1的應(yīng)力圖解

其分析結(jié)果表明：改進(jìn)后擺桿1在運(yùn)動(dòng)時(shí)，在約束和載荷的作用下所受到的應(yīng)力在危險(xiǎn)截面附近，其應(yīng)力都小于屈服力，最低安全系數(shù)為11.6311。即在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，擺桿1變形很小，不會(huì)產(chǎn)生不良影響。

3.2.2 擺桿2受力分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)

同樣的方法：對(duì)初步設(shè)計(jì)的擺桿2進(jìn)行約束、載荷和受力分析，分析結(jié)果為：

擺桿2 (Part Configuration-默認(rèn) )的質(zhì)量特性和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)：

質(zhì)量=25.86 g

表面積=8585.10 mm2

慣性主軸和慣性力矩：(g·mm2)

Ix=(1.00,0.00,-0.00) Px=767.18

Iy=(-0.00,1.00,-0.00) Py=113393.35

Iz=(0.00,0.00,1.00) Pz=114053.50

擺桿2在其受一定約束和載荷的情況下，運(yùn)動(dòng)情況和變形如圖15所示。

圖15 擺桿2的應(yīng)力圖解

其分析結(jié)果表明：擺桿2在運(yùn)動(dòng)時(shí)，在約束和載荷的作用下所受到的應(yīng)力在危險(xiǎn)截面附近，可以看出其應(yīng)力大多都大于屈服力，并且初設(shè)計(jì)的擺桿1結(jié)構(gòu)最低安全系數(shù)為0.538949。同樣，在機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)擺桿2也會(huì)發(fā)生嚴(yán)重變形，其強(qiáng)度不能滿足需要。須對(duì)擺桿2的設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)和修復(fù)。

改進(jìn)方案也采用加大擺桿2尺寸的方法提高其強(qiáng)度，加大擺桿2的截面尺寸。加大后的擺桿2，再進(jìn)行約束、載荷和受力分析，分析結(jié)果如圖16所示。

分析結(jié)果表明：改進(jìn)后擺桿2在運(yùn)動(dòng)時(shí)，在約束和載荷的作用下所受到的應(yīng)力在危險(xiǎn)截面附近，其應(yīng)力都小于屈服力，最低安全系數(shù)為11.2814。即在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，擺桿2變形很小，不會(huì)產(chǎn)生不良影響。

圖16 改進(jìn)后擺桿2的應(yīng)力圖解

4 結(jié) 論

本文在設(shè)計(jì)雙擺桿取料機(jī)構(gòu)時(shí)，除應(yīng)用了傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法外，主要是利用發(fā)達(dá)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和先進(jìn)的應(yīng)用軟件——運(yùn)動(dòng)仿真分析軟件，這樣使設(shè)計(jì)直觀和形象，修改和優(yōu)化快捷，可以避免許多繁瑣的畫圖和計(jì)算工作，可以縮短零件、機(jī)構(gòu)、系統(tǒng)和樣機(jī)的設(shè)計(jì)周期，尤其是在發(fā)展迅速的封裝設(shè)備行業(yè)，產(chǎn)品更新?lián)Q代快的今天，要求設(shè)計(jì)人員必須在最短的時(shí)間里設(shè)計(jì)出最優(yōu)的設(shè)備，本文在連桿設(shè)計(jì)中應(yīng)用了運(yùn)動(dòng)仿真分析軟件，在凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、分度機(jī)構(gòu)乃至更復(fù)雜的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用此方法收到了很好的效果。

[1]梅萬(wàn)余，半導(dǎo)體封裝形式介紹[J].電子工業(yè)專用設(shè)備，2005，34(5)：14～21.

[2]王志越，IC與MEMS制造技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)[J].電子工業(yè)專用設(shè)備，2002，31(10)：187.

[3]譚艷輝，許記倩，CAD技術(shù)在電子封裝中的應(yīng)用及其發(fā)展[J].電子與封裝，2005，2：5-11.

[4]任曉慶，BD-601型全自動(dòng)IC編帶機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].電子工業(yè)專用設(shè)備，2000，9.

[5]申永勝，翁海珊.機(jī)械原理教程(第1版)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999.

[6]王國(guó)強(qiáng)，張進(jìn)平，馬若丁.虛擬樣機(jī)技術(shù)及其在ADAMS上的實(shí)踐(第1版)[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2002.

[7]Rosenauer，N.，and A.H.Wills.，Kinematics of Mechanisms[M].Dover Publications：New York：(1967)275.

[8]Reuleaux，F(xiàn).The Kinematics of Machinery[M].A.B.W.Kennedy，translator.Dover Publications：New York，(1963)29-55.

[9]陳立平，張?jiān)魄?，任衛(wèi)群，等.機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析及ADAMS應(yīng)用教程(第1版)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.