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锡膏印刷设备的机架有限元模型
发布时间:2013-04-06 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]引言
锡膏印刷设备是表面组装技术(Surface Mount Technology，SMT)生产线的关键设备之一，是生产 工艺流程的第一道工序⋯，其印刷结果的好坏，直接 影响到后续工艺流程，甚至是产品的质量。
锡膏印刷机主要由提升机构、印刷电路板 (Printed Circuit Board，PCB)纠偏平台、相机定位和 图像采集模块、刮刀和机架等组成。PCB纠偏平台 和PCB运输模块安装在提升机构上，提升机构、刮 刀等模块直接安装在机架上，机架主要起支撑作用。 在锡膏印刷过程中，刮刀向下压住模板，提升平台向 上顶住PCB，使模板和PCB紧密贴合。机架在刮刀 压力及刮刀部分重力、提升平台重力综合作用下将 产生形变，反过来影响刮刀压力和印刷质鼋，因此机 架的结构优化对提高设备定位精度具有重要影响。
针对这一问题，本文应用ANSYS有限元软件仿 真分析了锡膏印刷机机架的静变形，基于整机装配 尺寸链，分析其静变形对整机精度的影响，在此基 础上对机架进行结构优化设计，优化后的机架不仅 提高了整机精度和可靠性，而且降低了机架的制造 成本，提高了设备的经济效益。
1锡膏印刷设备的机架有限元模型
锡膏印刷机的一般工作流程为：1)PCB通过传输系统进人锡膏印刷机后，由定位销粗定位，并由 夹紧装置夹紧；2)视觉系统依次根据PCB和模板上 的位置偏差发出反馈信号，调整纠偏平台，直至 PCB和模板对齐；3)提升机构使平台上升至印刷位 置，和模板贴紧；4)可编程刮刀头上的刮刀在模板 上前后移动，将锡膏均匀地印刷在PCB相应的焊盘 上；5)提升机构下降，PCB固定子系统放松，PCB 被输送带送到下一工序，完成一个工作循环。
由上述工作流程可知，载有纠偏平台的提升机 构和刮刀头是影响锡膏印刷质量的两大关键构件， 而提升机构和刮刀头都是安装在机架上，机架与这 两大构件紧密相连，起到主要支撑作用。在印刷机工作时，机架的主要受力杆件在翻刀 压力作用情况下产生变形，造成刮刀压力的不稳定 以及相机定位不准等不利影响。因此，通过分析机 架在刮刀力作用下的变形分布情况，以及变形对整 机精度的影响，对锡膏印刷设备的机架结构进行改 进和优化，以提高设备的精度和可靠性。
为分析机架在刮刀力作用下的变形分布情况， 本文采用三维建模软件Solidworks建立锡膏印刷机 机架的立体模型，然后通过CAD／CAE接口导入到 ANSYS软件当中，建立有限元模型，在此基础上分 析其静变形，然后基于整机装配尺寸链，研究其静 变形对整机精度的影响。在有限元分析方面，本文 采用CAE工程分析软件ANSYS。ANSYS有限元 分析软件拥有大量满足建立不同力学模型需要的线 性与非线性单元，提供了静力分析、模态分析等功 能⋯。利用ANSYS软件，对锡膏印刷机机架进行有 限元分析，可以直观地看出机架的应力应变分布情 况，大大方便了对机械结构的精度分析。
1．1建立有限元模型
先由Solidworks软件建立锡膏印刷机的机架立 体模型，然后通过接口导入至ANSYS中，机架基本 尺寸为(mm)：1600(L)X 1095(W)X 967(H)，壁厚 6mm。上支架受力面受到刮刀模块向 上的拉力，底架受力面受到平台向下的压力，受力 面所在的杆件为分析目标杆件。
在有限元建模中，通常必须对实体作一些合理 的简化。本文的主要目的是分析主受力面的静变 形情况，因此忽略对分析结果影响很小的螺栓螺母 连接机构和紧固结构等，但保证其力的传递。建立 锡膏印刷机机架有限元模型时，列出以下建模简 化：
1)去除螺栓螺母连接，忽略其质量影响。为保 持分析结果的准确，降低对分析结果的影响，必须 保持螺栓螺母连接的力的传递，本文采用面与面的 粘接办法，导入ANSYS后，使用布尔相加命令，使 机架为一整体。另外，锡膏印刷机机架装配运用了 大量的螺栓螺母连接，螺栓螺母尺寸相对小，重量 轻，螺纹细。这些零件在划分网格时，会产生巨大 的计算量，甚至出现错误；
2)去除大部分螺栓孔、螺纹孔及其他孔洞。由 于锡膏印刷机机架尺寸较大，孔洞尺寸相对干机架 尺寸来说很小，对分析结果的影响也较小，但是在网格划分时这些空洞会产生很大的计算量，因此省 略大部分螺栓孔等孔洞。
3)刮刀导轨是施加载荷的地方，为方便施加载 荷，把导轨简化为面积等效为导轨的长方体，长方 体的尺寸与导轨尺寸一致，质量大致相等。
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