面向芯片封裝的劃片機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+cad圖紙全套】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p>　　題目：面向芯片封裝的劃片機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí)： </p><p&g

2、t;　　學(xué) 生： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　201年 0月</b></p><p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p>　　題目：

3、面向芯片封裝的劃片機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí)： 班 </p><p>　　學(xué) 生： </p>&l

4、t;p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　201年 0月</b></p><p>　　面向芯片封裝劃片機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><

5、p>　　芯片封裝是三大半導(dǎo)體行業(yè)之一。 包裝工藝包括：劃線，粘膜，超聲波焊接，包裝，測(cè)試，包裝。 劃片機(jī)就是芯片封裝生產(chǎn)線上一個(gè)器件，不過(guò)這可是第一個(gè)關(guān)鍵器件，它的功能是將生產(chǎn)的晶圓加以切割，做成單元器件，并為下一個(gè)單元晶片的接合做準(zhǔn)備。 然而，因?yàn)楹蛧?guó)外技術(shù)的差距比較大，所以中國(guó)劃片機(jī)基本上都是從外國(guó)購(gòu)買(mǎi)的。為了讓中國(guó)擁有自己研發(fā)制作的劃片機(jī)，詳細(xì)設(shè)計(jì)了劃片機(jī)機(jī)的整體規(guī)劃和其中的關(guān)鍵部件。</p><p>

6、;　　在闡明劃線.工藝要求的基礎(chǔ)上，我們先確定了.劃片機(jī)的主要功能，設(shè)計(jì)了劃片機(jī)各部分的原理。 然后，列出了四種不同的.結(jié)構(gòu)方案，分別分析它們的優(yōu)缺點(diǎn)，仔細(xì)比較后選擇.其中的最優(yōu)方案。 最終完成了.劃片機(jī)整體規(guī)劃。</p><p>　　在下一步中，每個(gè)零件結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)都按照劃線過(guò)程的要求進(jìn)行，包括各軸的傳輸方案和相關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。 然后，根據(jù)主體的要求，對(duì)劃片機(jī)的四個(gè)軸進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。 通過(guò)計(jì)算，完成.X，θ，Y，

7、Z軸的.螺母機(jī)構(gòu)的選.擇類(lèi)型、導(dǎo)軌選擇。 最后，完成.劃片機(jī).X，θ，Y，Z軸的裝配圖。</p><p>　　關(guān)鍵字：劃片機(jī)；總體規(guī)劃；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；滾珠絲杠；步進(jìn)電機(jī)；滾動(dòng)直線導(dǎo)軌</p><p>　　Mechanical structure design of dicing saw for chippackaging</p><p><b>　　Abstr

8、act</b></p><p>　　Chip packaging is one of the three major semiconductor industries. Packaging processes include: scribing, mucosal, ultrasonic welding, packaging, testing, packaging. The dicing machine

9、. is a device on the chip packaging line, but this is the first key device, its function is to produce the wafer to be cut, made of unit devices, and for the next unit chip to do the preparation. However, because the gap

10、 between foreign technology and relatively large, so the Chinese dicing machine is basically pur</p><p>　　On the basis of clarifying the requirements of the scribing process, we first determined the main fun

11、ction of the dicing machine and designed the principle of each part of the dicing machine. Then, four different structural schemes are listed, and their advantages and disadvantages are analyzed respectively. After caref

12、ul comparison, the optimal scheme is selected. Eventually completed the overall planning of the dicing machine.</p><p>　　In the next step, the preliminary design of each part structure is carried out accordi

13、ng to the requirements of the scribing process, including the transmission scheme of each axis and the related structural parameters. Then, according to the requirements of the main body, the four axes of the dicing mach

14、ine are carefully designed. Through the calculation, the selection of the nut mechanism of the X, θ, Y, and Z axes is completed, and the guide rail selection is completed. Finally, complete the </p><p>　　Key

15、 words: dicing saw ；Overall planning ； Structure design ； Ball screw；Stepper motor ；Rolling linear guide rail </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><

16、p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1課題背景及研究意義1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況1</p><p>　　1.3劃片機(jī)的發(fā)展過(guò)程2</p><p>　　1.4劃片機(jī)的工作原理3</p

17、><p>　　1.5本課題的主要內(nèi)容4</p><p>　　2 劃片機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1劃片機(jī)的原理方案設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1.1劃片機(jī)X、Y、Z軸的原理方案設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1.2劃片機(jī)θ軸的原理方案設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.2

18、劃片機(jī)的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)[10]6</p><p>　　2.3方案可行性分析8</p><p>　　3 劃片機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的初步設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算8</p><p>　　3.1劃片機(jī)主軸的參數(shù)的初步設(shè)計(jì)[12]8</p><p>　　3.2原動(dòng)機(jī)參數(shù)的初步的設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.3 劃片機(jī)X軸參數(shù)的初步設(shè)計(jì)9

19、</p><p>　　3.4劃片機(jī)θ軸參數(shù)的初步設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.5劃片機(jī)Y軸的初步設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.6劃片機(jī)Z軸的初步設(shè)計(jì)10</p><p>　　4 劃片機(jī)X、θ、Y、Z軸機(jī)械結(jié)構(gòu)具體設(shè)計(jì)10</p><p>　　4.1X軸機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算10</p>&

20、lt;p>　　4.1.1X軸伺服電機(jī)的選型10</p><p>　　4.1.2X軸滾珠絲杠的選型11</p><p>　　4.1.3X軸直線導(dǎo)軌的選型13</p><p>　　4.2θ軸機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算13</p><p>　　4.2.1蝸桿蝸輪副的主要參數(shù)選擇14</p><p>　　4.2.2步

21、進(jìn)電機(jī)的選型16</p><p>　　4.2.3θ軸方向的晶片工作臺(tái)幅面尺寸16</p><p>　　4.2.4 X軸方向移動(dòng)滑臺(tái)幅面尺寸17</p><p>　　4.3 Z軸機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算17</p><p>　　4.3.1 Z軸滾珠絲杠的設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.3.2 Z軸電機(jī)的選型20

22、</p><p>　　4.3.3Z軸導(dǎo)軌的選型22</p><p>　　4.4 Y軸機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算23</p><p>　　4.4.1Y軸滾珠絲杠的設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.4.2 Y軸電機(jī)的選型24</p><p>　　4.4.3Y軸導(dǎo)軌的選型25</p><p>　　

23、5劃片機(jī)其它裝置的設(shè)計(jì)26</p><p>　　5.1夾緊裝置的設(shè)計(jì)26</p><p>　　5.2氣路系統(tǒng)設(shè)計(jì)26</p><p>　　5.3水路系統(tǒng)設(shè)計(jì)27</p><p><b>　　結(jié)論28</b></p><p><b>　　致謝29</b></p

24、><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明32</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明33</p><p><b>　　附錄34</b></p><p><b>　　1 緒論</b><

25、/p><p>　　1.1課題背景及研究意義</p><p>　　芯片封裝是三大半導(dǎo)體行業(yè)之一。隨后的包裝過(guò)程包括：劃線，粘膜，超聲波焊接，包裝，測(cè)試，包裝。劃片機(jī)是芯片封裝線上一個(gè)設(shè)施，但是這個(gè)設(shè)備是第一個(gè)..關(guān)鍵.器件，其用途是將制造.好的晶片切割成一個(gè).單元，并準(zhǔn)備進(jìn).行下一步。切割芯片的尺寸通常是3到6個(gè)芯片，單元晶片的外觀有兩種，也可以說(shuō)是一種，一是矩形，另一個(gè)就是多邊形。目前，中國(guó)的

26、半導(dǎo)體封裝設(shè)備都是來(lái)自進(jìn)口的，它們主要來(lái)自美國(guó)、日本、新加坡引進(jìn)[1]。為了讓中國(guó)盡快的擁有自己的芯片封裝設(shè)備，研究組從沒(méi)有放棄對(duì)IC封裝設(shè)備劃片機(jī)方面的研究。因此，本專(zhuān)業(yè)論文題目為“面向芯片封裝的劃片機(jī)械機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”，擁有很大的學(xué)術(shù)研究?jī)r(jià)值，有著重要的意義，未來(lái)應(yīng)用發(fā)展也有著很好的前景。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況</p><p>　　在國(guó)外，七十年代初劃片機(jī)橫空出

27、世，開(kāi)啟了劃片機(jī)的新紀(jì)元，誕生以來(lái)，它的發(fā)展速度像火箭般飛快，涉及的方面也越來(lái)越廣泛，各種各樣相繼出現(xiàn)。一開(kāi)始，外國(guó)只有三個(gè)國(guó)家制作生產(chǎn)劃片機(jī)，發(fā)達(dá)國(guó)家美國(guó)對(duì)這方面很早就有研究，英國(guó)同時(shí)也沒(méi)有放棄這方面研究，日本是緊追其后趕著研究，就是在這樣時(shí)代，在當(dāng)時(shí)最多也就只有五家公司有能力制造劃片機(jī)，但是現(xiàn)在不同了，俄羅斯也開(kāi)始生產(chǎn)研究，臺(tái)灣加入了其中的行列，中國(guó)作為發(fā)展中的國(guó)家也不甘落后，也開(kāi)始創(chuàng)造劃片機(jī)，劃片機(jī)生產(chǎn)廠家已經(jīng)發(fā)展到十幾家。這和以

28、前相比較很明顯有了前所未有的進(jìn)步。目前，國(guó)外的切割機(jī)制造商已經(jīng)擁有很多，其中最著名得有四家公司，誰(shuí)也沒(méi)想到的是日本在這方面的研究成果突出，特別當(dāng)時(shí)的日本DISCO世界聞名，東京精密TSK的這方面研究力度也很大，還要另外兩個(gè)公司也相當(dāng)有名那就是以色列ADT和英國(guó)流星公司。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)生產(chǎn)的劃片機(jī).問(wèn)世，他只能只用于切割半.導(dǎo)體晶圓，而且只能切割硅.片尺寸還很小，大約只有3英寸?，F(xiàn)在不同了，它不僅可以.切割硅，還可以切割其他.薄，脆，硬的材料，

29、有了更多越來(lái).越廣泛的應(yīng)用。大約能占世界劃片機(jī)銷(xiāo)量的80％都是來(lái)自日本的一個(gè)公司，那個(gè)公司</p><p>　　我國(guó)真的開(kāi)始開(kāi)發(fā)劃片機(jī)，可能在七十年代。 1982年，中國(guó)終于擁有了自</p><p>　　的封裝設(shè)備，第一臺(tái)砂輪劃片機(jī)，這意味著中國(guó)在封裝道路上邁出了關(guān)鍵性的一步。結(jié)束了我國(guó)多年對(duì)進(jìn)口的劃片機(jī)需求，開(kāi)創(chuàng)了半導(dǎo)體行業(yè)上自給自足的歷史性轉(zhuǎn)折。到目前國(guó)內(nèi)也已經(jīng)發(fā)展了很多廠商，其中最讓

30、人熟知的就是中國(guó)電子科技集團(tuán)公司45研究所和武漢三電設(shè)備制造 有限公司[3]。當(dāng)然還有一些其他的廠商例如，西安杰盛電子科技有限公司，沉陽(yáng)儀器科學(xué)研究院，上海福安工廠自動(dòng)化有限公司。</p><p>　　在國(guó)內(nèi)，劃片機(jī)最先進(jìn).的技術(shù)，還屬中國(guó)電子科技集團(tuán)45研究所，它采用了當(dāng)時(shí)最新的技術(shù)，對(duì)芯片的質(zhì)量提高了很多。它是如何提高芯片質(zhì)量呢？主要從芯片的抗彎強(qiáng)度，同時(shí)也讓晶圓的正負(fù)輪減少了。這個(gè)技術(shù)當(dāng)時(shí)叫做恒轉(zhuǎn)矩變頻技術(shù)

31、。在這樣的技術(shù)爆發(fā)的時(shí)代，國(guó)內(nèi)專(zhuān)家夜以繼日的研究，最終在在2004年時(shí)，研發(fā)一臺(tái)精密自動(dòng)切割機(jī)，并命名它的型號(hào)是HP801。這個(gè)劃片機(jī)不僅在硅片的直徑做了突破，同時(shí)也在硅片上的芯片數(shù)量做出了突破，芯片的輸出效率也得到提高，并達(dá)到了實(shí)用，定位精度±10μm。同時(shí)其他國(guó)內(nèi)廠商并沒(méi)有放棄研究，其中最突出的還屬沉陽(yáng)儀器科學(xué)研究院，他們當(dāng)時(shí)切割晶圓的行程和國(guó)際水平僅僅只是差了50.8mm，（當(dāng)時(shí)國(guó)際水平是203.2mm）精度達(dá)到了

32、77;5μm/ 35Omm,但是在切割速度上就需要有待繼續(xù)鉆研了，和國(guó)際水平相差甚遠(yuǎn)。雖然還有很大的差距，但是不能否認(rèn)國(guó)內(nèi)在劃片機(jī)設(shè)備上的努力鉆研的成果。在2010年1月3日，蘇州天宏激光有限公司在激光劃片有了突破性研究，值得引人注目的是他把槽寬度降低到了3μm，這在當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)是相當(dāng)艱難的，這個(gè)技術(shù)的成熟也讓他們推出了國(guó)內(nèi)首款晶片激光切割機(jī)，并取名為T(mén)H-321激光</p><p>　　從國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀.來(lái)看,盡管?chē)?guó)內(nèi)

33、.產(chǎn)商努力研究，但是國(guó)內(nèi)劃片.機(jī)的劃片尺寸、切割速度及.定位精度還是達(dá)不到國(guó)際.先進(jìn)水平,劃片槽的寬度也一直再緊追國(guó)際水準(zhǔn)，雖然還有著很大的差距,但我國(guó)仍一直在劃片機(jī)研究方面努力鉆研。</p><p>　　1.3劃片機(jī)的發(fā)展過(guò)程</p><p>　　劃片機(jī)發(fā)展可以分為三個(gè)階段，金剛石劃片、激光劃片和砂輪劃片是劃片機(jī)根據(jù)其劃片方法的發(fā)展過(guò)程分類(lèi)的[3]。</p><p&g

34、t;<b>　?。?）金剛石劃片</b></p><p>　　這是最早的劃線方法，也是現(xiàn)在使用最少的方法，機(jī)會(huì)可以說(shuō)被淘汰了。使用尖銳的金.剛石尖端加以.切割，以約50克的固.定載荷切割出小.片的分割線，加上彎曲力.矩將其分成小塊的。金剛石切割線也有一定的范圍，通常它的寬度為，深度為。如果劃線芯片時(shí)，打破薄.膜可能.會(huì)破裂，小片邊緣不整齊，碎片不能.順利進(jìn)行。劃片的成品產(chǎn)量在很大程度上由兩個(gè)

35、因素決定，一是取決于金剛石尖端的加工精度，二是它的鋒利度。</p><p><b>　?。?）激光劃片</b></p><p>　　第二代劃片是.激光劃線。激光劃線是激.光脈沖在硅表面照射，這些被照射的部分硅.就會(huì)因?yàn)楸?照射溫度升高，這個(gè)溫度大概有.10000℃高溫，并在瞬間氣化或熔化，然后這樣就會(huì)讓硅片留下溝槽，再沿著這些溝槽分開(kāi)。當(dāng)激光劃片時(shí)，在硅晶片的表面上.

36、會(huì)粘附一.些硅粉，因此必須對(duì)硅晶.片進(jìn)行一定的處理，它上面的灰塵如果不處理的話就會(huì)影響精度。激光劃線的方法高于金剛石切割，因此在一段時(shí)間內(nèi)取代了金剛石切割。</p><p><b>　　(3)砂輪劃片</b></p><p>　　第三代劃片機(jī).是砂輪劃片機(jī)。砂輪切片機(jī)采用了.最新的研究成果，它是采用高速.運(yùn)行的靜液.壓主軸驅(qū)動(dòng)刀片，通過(guò)控制光柵.和導(dǎo)軌系統(tǒng)，刀片定位在

37、材料的加工中，最終形成.深度和寬度的切口。刀片的工作效率是由劃線速度決定的，并且如果連續(xù)地提高切割速度，就會(huì)產(chǎn)生一定的影響，則切割過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的刀具速度。切割速.度和待加.工材料的硬度.有著很大的關(guān)系，如硅片表面材料的硬度很大的話，這就會(huì)直接影響切割速度。切割深度過(guò)大時(shí)切割超硬材料會(huì)對(duì)刀片產(chǎn)生很大影響，對(duì)刀片的正常使用十分不利，最終影響刀片壽命[4]。</p><p>　　三種劃線技術(shù)的比較如表1.1所示

38、。 從表1.1可以看出，砂輪劃線不論從哪個(gè)指標(biāo)里相比較，相對(duì)于其他兩種加工技術(shù)具有突出優(yōu)勢(shì)，可以說(shuō)是目前所達(dá)到的最高水準(zhǔn)，因此砂輪劃片是目前的主流加工技術(shù)[5]。</p><p>　　表1.1 加工工藝比較</p><p>　　1.4劃片機(jī)的工作原理</p><p>　　1.4.1金剛石劃片機(jī)的工作原理</p><p>　　金剛石切割機(jī)是.，

39、而傳統(tǒng).的激光劃片，它使用的是脈沖激光，在陶瓷中沿直線打一系列盲孔，但是盲孔的深度有一點(diǎn)要求，大概是陶瓷厚度為1/3至1/4，因?yàn)閼?yīng)力集中，沿線的陶瓷材料可以折斷。 因此，金剛石切割工藝的優(yōu)點(diǎn)有兩方面比較突出，一是高精度切割，二是基板邊緣整齊。</p><p>　　1.4.2激光劃片機(jī)的工作原理</p><p>　　激光劃線機(jī)由八大部分組成。其中的控制面板有著一些按鈕或者旋鈕，工作表面上覆

40、蓋有氣孔，氣孔和真空泵連接，在電池片吸附在控制臺(tái)上的時(shí)候，就是因?yàn)榇蜷_(kāi)了真空泵，使劃片過(guò)程中的芯片保持平穩(wěn)而難以移動(dòng)。激光是不用接觸就可以的加工的，這樣就有一個(gè)好處就是他沒(méi)有機(jī)械沖壓力，工件不容易變形。它通過(guò)池板的切割，熱影響是非常小的，劃片精度相當(dāng)之高。</p><p>　　1.4.3砂輪劃片機(jī)的工作原理</p><p>　　精密切割設(shè)備我們.通常選擇砂輪。切割工件通常有.兩種形狀，一個(gè)

41、是切割前尺寸大小最小直徑為.50圓形，另一個(gè)是最大邊為方形.200的平方的方形。 切割后的小顆粒的.形狀也有三種，它們分別為方形，矩形和六邊形。 它的切割刀具主要電路.基片進(jìn)行高精度開(kāi)槽，或者對(duì)各種硬.脆材料進(jìn)行高精度分割。</p><p>　　1.5本課題的主要內(nèi)容</p><p>　　結(jié)合前期的.工作及本.要研究?jī)?nèi)容如下:</p><p>　　(1)通過(guò)調(diào)查相關(guān)

42、資料，然后參考分析，了解IC封裝，最后對(duì)劃片機(jī)的工作原理也做了相關(guān)理解； </p><p>　　(2)做好，最后確定最終.實(shí)施方案； </p><p>　　(3)對(duì)劃片機(jī)進(jìn)行了最初設(shè)計(jì)，確定一些最初結(jié)構(gòu)參數(shù)，并完成相關(guān)計(jì)算； </p><p>

43、　　(4)對(duì)劃片機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)X、θ、Y和Z軸四個(gè)軸分別進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)；（其中,劃片機(jī)的速度0-300mm/s；θ轉(zhuǎn)角±120°）； </p><p>　　(5)完成裝配圖和零件圖。</p><p>　　2 劃片機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)</p&g

44、t;<p>　　2.1劃片機(jī)的原理方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1.1劃片機(jī)X、Y、Z軸的原理方案設(shè)計(jì)</p><p>　　劃片他們都主要的是完成往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。，比如曲柄滑.塊機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu).，齒條機(jī)構(gòu).，螺桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu).，氣缸，液壓缸等.多種。但是由.于需要精確定位，其中有三種機(jī)構(gòu).就不能滿足要求，和齒條機(jī)構(gòu)。又考慮經(jīng)濟(jì)情況，氣缸，液壓缸需要建立獨(dú)立的泵站，不僅增加了成本

45、 ，還要控制系統(tǒng)改變復(fù)雜[7]。因此就只剩下滾珠絲杠考慮， 滾珠絲杠傳動(dòng)廣泛應(yīng)用于送料系統(tǒng)，不僅傳動(dòng)比大，而且它的精度也很高，結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)。所以選擇電機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，通過(guò)滾珠絲杠傳動(dòng)，已達(dá)到需求。</p><p>　　2.1.2劃片機(jī)θ軸的原理方案設(shè)計(jì)</p><p>　　劃片機(jī)的θ軸，它是切割兩個(gè)以上方向，順時(shí)針運(yùn)動(dòng)或者逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，并且執(zhí)行θ軸的旋轉(zhuǎn)以驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)，切割特定方向的

46、芯片。 因此，θ軸要實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而且還可以達(dá)到自鎖的目的。 這就必須要有一個(gè)準(zhǔn)確的索引，可以實(shí)現(xiàn)小分辨率，可以進(jìn)行微調(diào)等[8]。 很高傳動(dòng)比才能達(dá)到要求，因此選擇了具有較大傳動(dòng)比的渦輪蝸桿傳動(dòng)。</p><p>　　綜上所述，畫(huà)出了總傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖，如圖2.1所示。</p><p>　　其中1承片臺(tái)2砂輪刀片3 Z向絲杠4 Y步進(jìn)電機(jī)5 Y滾珠絲杠6 Z向步進(jìn)電機(jī)7 ?向步進(jìn)電機(jī) 8滑動(dòng)

47、平臺(tái) 9 X軸伺服電機(jī) 10 滾珠絲杠 11 直線導(dǎo)軌</p><p><b>　　12 蝸輪蝸桿 </b></p><p>　　圖2.1總傳動(dòng)系統(tǒng)示意</p><p>　　2.2劃片機(jī)的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)[10]</p><p>　　方案的原理.已經(jīng)確定，實(shí)現(xiàn)方案的原理有各.種方案，每個(gè)方案都有.自己的優(yōu).點(diǎn)和缺點(diǎn)。 其中，

48、劃片機(jī)主軸，芯片固定方式，定位模式，控制方式，冷卻保護(hù)方案已經(jīng)確定，因此其結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定[11]。 劃片機(jī)機(jī)的X，Y，Z和θ軸具有不同的布局模式。四種方案如表2.1所示。</p><p>　　表2.1 結(jié)構(gòu)方案比較表</p><p>　　第一種方案的.原理圖如圖.2.1所示。 除了XY交.叉運(yùn)動(dòng)外，托架還有Z方向上下，θ向.旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，四結(jié)構(gòu)，復(fù).雜結(jié)構(gòu)，機(jī)器自.身重量大，定位精.度的影響，不

49、應(yīng)該采用。</p><p>　　第二種方案的原理圖如圖2.2所示。 除了XY交叉運(yùn)動(dòng)之外，托架也沿θ方向旋轉(zhuǎn)。 該結(jié)構(gòu)比第一個(gè)稍微簡(jiǎn)單一些，但運(yùn)動(dòng)慣性也很大，影響定位精度的缺點(diǎn)，不應(yīng)該使用。</p><p>　　圖2.1 方案一示意圖 圖2.2 方案二示意圖</p><p>　　第三種方案的原理圖如圖2.3所示。 工作室只是

50、X-Y交叉運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。但輪葉除了旋轉(zhuǎn)外，還可以為Z上下擺動(dòng)，θ向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此，不應(yīng)該使用。</p><p>　　第四種方案的原理圖如圖2.4所示。 承載臺(tái)只有X進(jìn)給和θ旋轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 雖然磨輪刀片除了旋轉(zhuǎn)外，還要做Y和Z的上下運(yùn)動(dòng)，但結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，所以最終決定這個(gè)結(jié)構(gòu)方案。</p><p>　　圖2.3 方案三示意圖 圖2.4 方案四

51、示意圖</p><p>　　2.3方案可行性分析</p><p>　　方案的確定是在某一個(gè)背景下，驅(qū)使人們?nèi)パ芯?，去趕追世界潮流。在這個(gè)科技強(qiáng)國(guó)的時(shí)代背景下，我國(guó)一直努力鉆研。我們都知道人思考是需要大腦，那么機(jī)器用的是什么呢？當(dāng)然是cpu，。我們最了解還屬電腦和手機(jī)，這兩個(gè)機(jī)器讓我們深刻的知道一個(gè)好的cpu相當(dāng)于奔騰的寶馬，可以肆意的奔跑。玩游戲的時(shí)候極其卡頓，黑屏，藍(lán)屏整個(gè)程序直接崩潰，

52、是一件讓人瘋狂的事；當(dāng)然不止游戲，從事畫(huà)圖工作的人，電腦沒(méi)有一定的cpu是跑不起來(lái)的。 而一步就是cpu的封裝技術(shù)。好的封裝技術(shù)當(dāng)然離不開(kāi)好的芯片，所以研究芯片的封裝是十分必要的，芯片的封裝的第一個(gè)關(guān)鍵性設(shè)備，也就是劃片機(jī)，十分值得我們研究。</p><p>　　前面已經(jīng)做了了解，國(guó)內(nèi)芯片封裝技術(shù)和國(guó)外差距十分大。就西安來(lái)說(shuō)，最開(kāi)始的三星半導(dǎo)，再到后來(lái)的立成半導(dǎo)，最后的華天科技，只有三家公司從事芯片封裝，一個(gè)韓國(guó)

53、的，一個(gè)臺(tái)灣的，為什么只有這么三家，我們本土的就只有一家，說(shuō)到底還是我們沒(méi)有那方面的技術(shù)。芯片封裝涉及極廣，就第一道產(chǎn)線的劃片機(jī)都是外國(guó)的，盡管我國(guó)一直努力研究但是還是有著很大的差距。用著別人的永遠(yuǎn)超越不了別人，要想進(jìn)一步發(fā)展就要獨(dú)立自主的生產(chǎn)制造劃片，緊追國(guó)際水平，日本一個(gè)小小島國(guó)，而我大中華這么多人，總有一天我們會(huì)趕追國(guó)際水平。因此劃片機(jī)研究是十分必要的，同時(shí)方案也是必要的。</p><p>　　上面淺談了方

54、案的建設(shè)背景和研究的必要性，下面從劃片機(jī)的方案的可行性進(jìn)行分析。</p><p>　　先從原理上分析，把運(yùn)動(dòng)合理分配，承載臺(tái)只有X進(jìn)給和θ旋轉(zhuǎn)，而刀片做Y和Z的上下運(yùn)動(dòng)，上面所選的結(jié)果結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，當(dāng)然也能完成設(shè)計(jì)的要求，經(jīng)分析這個(gè)原理上是合理的。下來(lái)就是選擇每個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源，傳動(dòng)裝置，經(jīng)一番查閱分別選擇了合適的。因此，技術(shù)方面是可行的。綜合以上考慮經(jīng)濟(jì)和環(huán)保方面也是可行的。</p><p&g

55、t;　　3 劃片機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的初步設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算</p><p>　　3.1劃片機(jī)主軸的參數(shù)的初步設(shè)計(jì)[12]</p><p>　　要確定砂輪切割機(jī)的主軸參數(shù)，必須首先確定砂輪切割機(jī)刀片形式。砂輪劃線機(jī)使用刀刃的外邊緣（外徑）實(shí)現(xiàn)切割，根據(jù)點(diǎn)的形式：硬刀和軟刀。硬刀由刀片和法蘭制成，軟刀需要使用法蘭夾緊。根據(jù)組合.點(diǎn)：鎳.基刀，燒.刀，樹(shù).脂刀。切片.機(jī)一般選擇刀.片直.徑φ50-φ100m

56、m鎳基刀和樹(shù)脂刀。對(duì)于晶圓在IC封裝中切割，一般采用鎳基硬刀。其中，鎳基刀是其直徑一般為50mm的鎳基粘合劑電鍍金剛砂[13]。此外，它具有壽命長(zhǎng)，刀刃幾何保持良好，精度高，切割質(zhì)量高，可生產(chǎn)0.015毫米薄刀等。鎳基刀的厚度通常為0.015-0.1mm，其中選擇0.020mm。</p><p>　　對(duì)于φ50mm鎳基刀，主軸轉(zhuǎn)速通常建議為3萬(wàn)?3.5萬(wàn)r / min，當(dāng)然也有一個(gè)最高轉(zhuǎn)速，最高4萬(wàn) r / mi

57、n。因此，劃片機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速最后選了最高的。已經(jīng)決定選擇砂輪刀片用電主軸來(lái)驅(qū)動(dòng)，電主軸可以分為三大類(lèi)，我們主要是利用它強(qiáng)大的磨削。因?yàn)閯澠呛軓?qiáng)的磨削加工，所以選擇電主軸要在磨削種類(lèi)中選取。選擇國(guó)內(nèi)最高水準(zhǔn)的空氣靜壓電主軸，它的轉(zhuǎn)速相當(dāng)之高，最低可以達(dá)到40w r / min最高可以達(dá)到50w r / min。它的運(yùn)轉(zhuǎn)速度十分穩(wěn)定，因此可以得到平穩(wěn)的線速度。他機(jī)要求。</p><p>　　電主軸潤(rùn).滑方式.有三種，

58、一般常用的是油氣.潤(rùn)滑，還要兩.種不經(jīng)常使用，它們是高，但具有相應(yīng)的潤(rùn)滑系統(tǒng).根據(jù)砂輪切割機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速，選擇油氣潤(rùn)滑[15]。</p><p>　　對(duì)于上述選擇的參數(shù)，可以選擇專(zhuān)門(mén)用于生產(chǎn)高速切割機(jī)的洛陽(yáng)軸研.究技術(shù)，型號(hào).92GD40Q。 其中，速度40000r / min，功率0.75kw，電壓220v，適用于具有高速主.軸的晶圓切割機(jī)。 </p><p>　　3.2原動(dòng)機(jī)參數(shù)的初步的

59、設(shè)計(jì)</p><p>　　原動(dòng)機(jī)是驅(qū)動(dòng)機(jī)器完成預(yù).期功能的.電源。因?yàn)闄C(jī)器需.要X，Y，Z，θ四.個(gè)方向的不.相關(guān)運(yùn)動(dòng)，所以需要有四個(gè)原.動(dòng)機(jī)，根據(jù)局部載荷不大，主要要求的特點(diǎn)是.精密.分度，原動(dòng)機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的指令脈沖.的數(shù)量，或平均速度與輸入.指令脈沖的頻率成正比[16]。同時(shí)，可以在其工作頻帶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下從一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)穩(wěn)定地切換到另一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在X方向，伺服松下生產(chǎn)交流伺服電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速3000r

60、 / min，額定轉(zhuǎn)速X軌最大位移速度為500mm / s，其它選用步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　3.3 劃片機(jī)X軸參數(shù)的初步設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)X> 400mm的要求，X軸有效行程的初始設(shè)計(jì)為450mm左右，劃線速度范圍為0?300mm / s; 線性導(dǎo)軌選擇在銀線性導(dǎo)軌上，兩個(gè)直線導(dǎo)軌間距為140mm，導(dǎo)程為5mm，作為精密傳動(dòng)絲桿，力小，采用類(lèi)比法，根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)

61、驗(yàn)，確定螺桿的</p><p>　　3.4劃片機(jī)θ軸參數(shù)的初步設(shè)計(jì)</p><p>　　θ軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要精確的分度，實(shí)現(xiàn)小分辨率，微調(diào)，這需要高傳動(dòng)比，因此θ軸驅(qū)動(dòng)被識(shí)別為具有較大傳動(dòng)比的蝸輪蝸桿傳動(dòng)[17]。，轉(zhuǎn)角的最小分辨率選8″。</p><p>　　3.5劃片機(jī)Y軸的初步設(shè)計(jì)</p><p>　　因?yàn)閅軸系統(tǒng)的作.用是驅(qū)動(dòng)高.速主軸做

62、切.割進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，也就是說(shuō)，根據(jù)單位尺.寸的尺寸逐.步運(yùn)動(dòng)。 在X軸完成往.復(fù)運(yùn)動(dòng)后，Y軸導(dǎo)軌.驅(qū)動(dòng)高速主軸.運(yùn)行單位晶圓.尺寸距離，以完成下一個(gè)切割線。 Y軸要求結(jié)構(gòu)剛度高，運(yùn)行平穩(wěn)，位移分辨率高，整個(gè)軌道的累積誤差?。?μm/ 400mm）。 因此，為了滿足使用要求，為了降低成本，Y軸選擇步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，螺桿有效行程250mm，最初確定為300mm，引線5mm處。 導(dǎo)軌選擇滾動(dòng)直線導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距最初確定為20

63、0mm，長(zhǎng)度600mm。</p><p>　　3.6劃片機(jī)Z軸的初步設(shè)計(jì)</p><p>　　Z軸系統(tǒng)是在劃線過(guò)程中驅(qū)動(dòng)高速主軸提升刀刀運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中的作用。 X軸驅(qū)動(dòng)臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，Z軸驅(qū)動(dòng)剪刀也上下升降，完成單元切片段切割。 Z軸的要求是重復(fù)定位精度，以確保晶片切割深度的一致性[18]。 因此，為了滿足精度要求，為了降低開(kāi)發(fā)成本，Z軸選擇步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)作為進(jìn)給機(jī)構(gòu)，螺桿的

64、有效行程為100mm，初步確定為150，先導(dǎo)初步 2mm。 導(dǎo)軌初步選擇滾動(dòng)直線導(dǎo)軌，軌道寬度初始確定為220mm，長(zhǎng)度300mm。</p><p>　　4 劃片機(jī)X、θ、Y、Z軸機(jī)械結(jié)構(gòu)具體設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1X軸機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算</p><p>　　4.1.1X軸伺服電機(jī)的選型</p><p>　　輸送機(jī)的總質(zhì)量，實(shí)際摩擦

65、系數(shù)，機(jī)械效率。 螺距，減速比，X軸方向無(wú)外力F。則</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　在容量.選擇的時(shí).侯.必.須滿足下面.條件:</p><p>　　其中是；10是；是電機(jī)額.定轉(zhuǎn)矩；0.7是；TL是電機(jī).軸換算的

66、負(fù).載轉(zhuǎn)矩。</p><p><b>　　計(jì)算得： </b></p><p>　　因此選擇的伺服電機(jī)需要滿足上面范圍，查詢選.型樣本，發(fā)現(xiàn)松.下的伺服電機(jī).MSMD042G1的參數(shù)為,很明顯.滿足要求。它的最大扭矩，，最大轉(zhuǎn).速為5000 r/min。所以X軸的動(dòng)力源.選擇是松下的.伺服電機(jī)MSMD042G1。</p><p>　　4.1.2X

67、軸滾珠絲杠的選型</p><p>　　1.參數(shù)與結(jié)構(gòu)的選定</p><p><b>　　確定滾珠絲杠的導(dǎo)程</b></p><p>　　松下的伺服電型號(hào)是MSMD042G1,它的參數(shù)如下 ,，X軸方向的最大運(yùn)動(dòng)速度為,故絲杠導(dǎo)程為</p><p><b>　?。?.3）</b></p>

68、<p>　　其中是X軸方向的最大運(yùn)動(dòng)速度,</p><p>　　因此選擇滾珠絲杠的導(dǎo)程為 。</p><p>　?。?）確定滾珠絲杠的額定載荷</p><p>　　當(dāng)滾動(dòng)導(dǎo)軌承受載荷的時(shí)候，滑動(dòng)摩擦系數(shù)=0.12，一般情況看靜摩擦系數(shù)和動(dòng)摩擦系數(shù)是相等的，所以靜摩擦系數(shù)也和滑動(dòng)摩擦系數(shù)取一樣，則導(dǎo)軌靜摩擦力為：</p><p>&

69、lt;b>　　（4.4）</b></p><p>　　f是，所以按4個(gè)計(jì)算，而一個(gè)滑塊的密封阻力是5N,那么四個(gè)滑塊的密封阻力就是</p><p>　　劃片阻力很小，基本可以忽略不計(jì)，因此滾珠絲杠的當(dāng)量載荷為</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速

70、為</p><p>　??；其中 （4.6）</p><p>　　按滾珠.絲杠.副預(yù)期.工作時(shí)間計(jì).算額定動(dòng).載荷為</p><p><b>　?。?.7）</b></p><p>　　Lh 為預(yù)期.工作時(shí)間；</p><p><b>　　fw為；<

71、;/b></p><p><b>　　fa 為精度系數(shù)；</b></p><p><b>　　fc ；</b></p><p>　?。?）滾珠絲杠.副的兩個(gè)固.定支承之.間的距離</p><p><b>　　（4.8）</b></p><p>　　

72、其中l(wèi)為X軸有效行程，l=450mm；</p><p>　　經(jīng)計(jì)算取L=556mm ，滾珠絲杠采用的是兩軸承座支承，這兩個(gè)軸承座它們之間的距離為556mm。</p><p>　　(4)滾珠絲杠最小螺紋底徑</p><p><b>　?。?.9）</b></p><p>　　(5)確定滾珠絲杠螺紋長(zhǎng)度</p>

73、<p>　　應(yīng)該滿足下面的行程要求：</p><p><b>　　（4.10）</b></p><p>　　其中為滿足設(shè)備行程要求后留出來(lái)的余量，一般它的取值在5mm到10mm之間。</p><p>　　H是螺母的高度這里取值51mm</p><p>　　經(jīng)計(jì)算綜合考慮后最終取值為550mm。</p&g

74、t;<p>　　公稱直徑.d作為精.密傳動(dòng).絲杠，它的受.力較小，按照以前.設(shè)計(jì)的.經(jīng)驗(yàn)，最終決定絲.杠的公.稱直徑為 。</p><p>　　經(jīng)查滾珠絲杠有一個(gè)的型號(hào)十分滿足要求，它的型號(hào)就是SFU02005-4，它的導(dǎo)程是5mm,公稱直徑是20mm。滾珠絲桿的零件圖如圖5.1</p><p><b>　　圖4.1滾珠絲桿</b></p>

75、<p>　　4.1.3X軸直線導(dǎo)軌的選型</p><p>　　根據(jù)上面的計(jì)算，滾珠絲杠的公稱直徑是20mm,有個(gè)上銀的直線導(dǎo)軌符合要求，它的型號(hào)是上銀HGW 20CA型號(hào)的直線導(dǎo)軌。銀直線導(dǎo)軌的零件圖如圖5.2</p><p><b>　　圖4.2銀直線導(dǎo)軌</b></p><p>　　4.2軸機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算</p>

76、;<p>　　軸方向的傳動(dòng)系.統(tǒng)是由所選的步.進(jìn)電機(jī)通過(guò).蝸輪蝸桿的傳.動(dòng)，使之.帶.動(dòng)承片臺(tái)順時(shí)針.運(yùn)動(dòng)與逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，它的旋轉(zhuǎn).范圍是渦輪蝸桿.是軸傳動(dòng).的關(guān)鍵部件，下面就對(duì)他.們進(jìn)行詳細(xì)選擇。</p><p>　　4.2.1蝸桿蝸輪副的主要參數(shù)選擇</p><p>　　蝸輪蝸桿需要求.的主要參.數(shù)有四個(gè)，它們分別是.的.m，q，蝸桿.頭數(shù)Zl和蝸桿齒.數(shù)Z2等。 在蝸桿傳

77、動(dòng).裝置的設(shè)計(jì)中，首先選.擇蝸.桿頭Z1的數(shù).量，然后選擇蝸桿.齒Z2的數(shù)量，它們選擇都是.根據(jù)傳動(dòng)目的.和傳動(dòng)比。其次，再確定模數(shù)m，隨之確定特征系數(shù)q，然而這兩個(gè)參數(shù)的選擇是根據(jù)傳動(dòng)扭矩的大小和狀況來(lái)。上面的四.個(gè)參數(shù)確定后，就需要確.定其他.尺寸了，其他幾何尺寸的.渦輪蝸桿，我們可.以根據(jù)其相應(yīng)的公式計(jì)算得出。</p><p>　　（1）蝸桿頭數(shù)Z1和蝸輪齒數(shù)Z2</p><p>　

78、　轉(zhuǎn)角分辨率為8″，我們選擇的步進(jìn)電機(jī)，它的步進(jìn)角為1.5°，所以傳動(dòng)比:，實(shí)際設(shè)計(jì)取.即:</p><p><b>　　蝸桿頭數(shù)Z1=1</b></p><p><b>　　蝸輪齒數(shù)</b></p><p>　?。?）模數(shù)m和蝸桿特性系數(shù)q</p><p>　　在中間.平面上，蝸桿與蝸輪

79、.嚙合時(shí)，蝸桿的軸.向模數(shù)和蝸.輪端面的模數(shù)，有著很大關(guān)系，它們是相.等的，即，蝸輪.的端模數(shù).定義我們都知道，也就是我們.常說(shuō)的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) ，查標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè).用類(lèi)比法，最終確定模.數(shù)為0.2，即：，為了減少滾.刀的數(shù)量，這樣做有利于滾.刀的標(biāo)準(zhǔn)化，而且還提供了一定模數(shù)的蝸.桿分度.圓直徑，這樣也就對(duì)蝸桿的特性.系數(shù)加了限制，蝸桿特性.系數(shù)就是，這個(gè)比值.就是蝸桿特.征系數(shù)q，。 當(dāng)時(shí)，確定了蝸桿特.性系數(shù)是24，它是根據(jù)手冊(cè)選擇的，即：。

80、</p><p>　　（3）蝸桿蝸輪副主要幾何尺寸計(jì)算</p><p>　　表4.1列出了蝸桿蝸輪.副主.要幾何尺寸計(jì)算。</p><p>　　（4）蝸桿蝸輪副設(shè)計(jì)</p><p>　　首先確定蝸桿螺紋部分的長(zhǎng)度：</p><p><b>　　查手冊(cè)知：</b></p><p&

81、gt;　　普通圓柱蝸桿：Z 1=1，2時(shí)， ；</p><p>　　Z 1=3，4時(shí)， ；</p><p>　　ZC1蝸桿：b≈2.5m</p><p>　　ZC3蝸桿：當(dāng)x2＜1，Z1=1，2時(shí)，；</p><p>　　當(dāng)x2≥1，Z1=1，2時(shí)，b≥(13+0.1Z2)m；</p><p>　　當(dāng)x2＜1，Z1=3

82、，4時(shí)，b≥(13.5+0.1Z2)m；</p><p>　　當(dāng)x2≥1，Z1=3，4時(shí)，b≥(14+0.1Z2)m；</p><p>　　綜上所述，選擇蝸桿的螺紋部分的長(zhǎng)度為, 。</p><p>　　蝸桿蝸輪如圖蝸桿4.3和蝸輪4.4</p><p><b>　　圖4.3 蝸桿圖</b></p><

83、;p><b>　　圖4.4 渦輪圖</b></p><p>　　4.2.2步進(jìn)電機(jī)的選型</p><p>　　1. 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的選擇</p><p>　　扭矩0.8N.m，基本就在20,28,35,39,42（電機(jī)體直徑或平方度，單位：mm）它們中間選擇; 扭矩在1N.m左右的時(shí)候，選擇57馬達(dá)更合適。 扭矩在幾個(gè)N.m以上，就需要在8

84、6,110,130等步進(jìn)電機(jī)的規(guī)格中選擇最合適的。所以選擇42mm步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　2. 步進(jìn)電機(jī)相數(shù)的選擇</p><p>　　在兩相步.進(jìn)電機(jī)、三相.步進(jìn)電機(jī)和五.相步進(jìn)電機(jī).三個(gè)比較之后，綜合考慮下，最終確定步.進(jìn)電機(jī)的相.數(shù)為五，所以采用.5相步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　綜合以上的敘述，發(fā)現(xiàn)日本山社有個(gè)步進(jìn)電機(jī)十分合適，它的型號(hào)為SS170

85、1E08A ，電機(jī)靜力矩為130mNm 。</p><p>　　4.2.3θ軸方向的晶片工作臺(tái)幅面尺寸</p><p>　　依據(jù)設(shè)計(jì)要求，200 X 200mm 。如圖4.5</p><p><b>　　圖4.5晶片工作臺(tái)</b></p><p>　　4.2.4 X軸方向移動(dòng)滑臺(tái)幅面尺寸</p><p

86、>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，300 X 300mm 。如下圖4.6</p><p><b>　　圖4.6移動(dòng)滑臺(tái)</b></p><p>　　4.3 Z軸機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算</p><p>　　4.3.1 Z軸滾珠絲杠的設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）確定滾珠絲杠的導(dǎo)程</p><p>　　要求Z

87、軸的重復(fù)定位精度小于4μm，而分辨率=，選擇了一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，它的步進(jìn)角是，所以絲杠的導(dǎo)程為：</p><p>　?。?）滾珠絲杠當(dāng)量.載荷與當(dāng)量轉(zhuǎn).速的計(jì)算</p><p>　　Z軸主要抬刀和落刀的運(yùn)動(dòng)，因此絲杠的工作時(shí)間很小。由于Z軸最大行程100mm，抬落刀速度100mm/s，X軸的有效行程要求是大于400mm，而要求的劃片速度是300mm/s，所以在一個(gè)工作行程內(nèi)，絲杠的工作時(shí)間為0

88、.6s，靜止時(shí)間為1.2s。其中絲杠工作轉(zhuǎn)速也就是電機(jī)的轉(zhuǎn)速，它們是相等的，根據(jù)前面算的可以知道=3000r/min，靜止轉(zhuǎn)速=0r/min；由于絲杠只有一種工作轉(zhuǎn)速，所以就可以確定工作轉(zhuǎn)速的工作時(shí)間所占工作總時(shí)間的百分比，用公式表示如下：=100%，所以可計(jì)算Z軸的當(dāng)量轉(zhuǎn)速如下：</p><p>　　Z軸在抬刀落刀過(guò)程中，滾珠絲杠的軸向載荷為，其主要包含主軸電機(jī)的重力、Z向溜板的重力以及溜板和導(dǎo)軌的摩擦力，其中

89、，，，是每個(gè).滑塊的密.封阻力，像這.樣的滑塊一共.有四個(gè)，而每個(gè)這樣.滑塊的，所以：</p><p>　　為了更好的承受載荷，加大Z軸的承載能力，將取為180N。因?yàn)閆軸絲桿只有一種工作轉(zhuǎn)速，所以其軸向最大載荷和最小載荷相等</p><p>　?。?）確定預(yù)期的額定動(dòng)載荷</p><p>　　依據(jù)滾珠絲.杠螺母的預(yù)期運(yùn).行的距離進(jìn)行.計(jì)算，根據(jù)最大軸向.載荷計(jì)算，

90、有三種方法來(lái)確定預(yù)期的動(dòng)態(tài)載荷，。根據(jù)滾珠。</p><p><b>　?。∟）</b></p><p><b>　　為預(yù)期工作時(shí)間；</b></p><p><b>　　為；</b></p><p><b>　　為；</b></p><

91、;p>　　為可靠性系數(shù)，一般選取1；</p><p>　?。?）確定允許的最小螺紋底徑</p><p><b>　　必須滿足下式：</b></p><p>　　其中是滾珠絲.杠螺母.副的允許軸.向變形量</p><p><b>　　，所以。</b></p><p>　　

92、絲杠選擇的支.撐方式是兩.端支承，因?yàn)檫x擇了兩.端支承，所以螺.紋底徑的估算公式如下：</p><p>　　其中：E為，一般滾珠絲杠；</p><p><b>　　是，</b></p><p><b>　　L為 。</b></p><p>　?。?）選擇滾珠循環(huán)方式</p><p

93、>　　表4.2對(duì)滾珠在不同的方式比較循環(huán)，因?yàn)閆軸重復(fù)定位精度要求較高，而主軸在切割時(shí)保證了Z軸剛度要求的切削深度的一致性更高，綜合比較，選擇固定內(nèi)循環(huán)的內(nèi)循環(huán)。</p><p>　　表4.2 滾珠絲杠副不同循環(huán)方式的比較</p><p>　?。?）選擇滾珠絲杠副的預(yù)緊類(lèi)型</p><p>　　滾珠絲杠一對(duì)預(yù).緊.型.雙螺母齒.差.預(yù).緊，紋預(yù)緊，單螺母.位移

94、鉛.預(yù)負(fù)荷和單螺母優(yōu)點(diǎn)，它不僅預(yù)緊.結(jié)構(gòu)合高剛度的場(chǎng)合，目前應(yīng)用廣泛。 因此，Z軸.選擇.雙螺母墊圈預(yù)緊。</p><p>　　（7）滾珠絲杠型號(hào)的確定</p><p>　　經(jīng)查滾珠絲杠的型號(hào)JF1602-4滿足要求，,公稱直徑是16mm,動(dòng)額定動(dòng)載荷是3.5KN。滾珠絲桿的零件圖如圖4.7</p><p><b>　　4.7滾珠絲桿</b>&

95、lt;/p><p>　?。?）滾珠絲杠的精度等級(jí)</p><p>　　因?yàn)閆軸的切割.深度需要被.確保一.致性，而且對(duì)重.復(fù)定位精.度也有很大的要.求，因此，選擇一級(jí)精度。</p><p>　　（9）確定滾珠絲杠副的支承</p><p>　　滾珠絲杠的支承形式選擇的定端.需要承受軸向還要承受.徑向載荷，所以采用角.接觸.球軸承，軸承型號(hào)7201A

96、C; 而鉸鏈只需要承受.徑向載荷，因此選擇.了深溝球軸承，適用于6201。</p><p>　　4.3.2 Z軸電機(jī)的選型</p><p>　　Z軸.選擇的原動(dòng)機(jī)是步進(jìn)電機(jī)，其選擇，首先需要計(jì)算的負(fù)載等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就是轉(zhuǎn)換為電機(jī)軸的，然后在各種等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩下.計(jì)算所需條件，然后根據(jù)步.進(jìn)電機(jī) 最大.靜態(tài)扭矩.和啟動(dòng)、運(yùn)行.矩.頻.特性等選擇.合適的步進(jìn).電機(jī)，具體步驟如下。</p>

97、;<p>　?。?）等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng).慣量和等效負(fù).載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算</p><p>　　其中，是等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；</p><p><b>　　是；</b></p><p>　　為絲杠的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；</p><p>　　其中，是等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩；</p><p><b>　　為軸向

98、載荷；</b></p><p><b>　　為絲杠導(dǎo)程；</b></p><p>　　為傳動(dòng)比，它的值取1；</p><p><b>　　為；</b></p><p>　?。?）快速空.載啟動(dòng)等效轉(zhuǎn).矩的計(jì)算</p><p>　　其中，是電機(jī)快.速空載啟動(dòng).的等.

99、效轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　　為加速轉(zhuǎn)矩；</b></p><p><b>　　為摩擦轉(zhuǎn)矩；</b></p><p><b>　　為其他附加轉(zhuǎn)矩（）</b></p><p><b>　　加速轉(zhuǎn)矩的計(jì)算：</b></p><p>

100、;<b>　　其中，為；</b></p><p><b>　　為電機(jī)的轉(zhuǎn)速；</b></p><p>　　為電機(jī)加速所用時(shí)間；</p><p><b>　　為。</b></p><p>　　其中，是折.算到電.機(jī)軸.上的.摩擦力矩</p><p>　　G

101、為移動(dòng)部件的重量；</p><p>　　為導(dǎo)軌的當(dāng)量摩擦系數(shù)；</p><p><b>　　為絲杠導(dǎo)程；</b></p><p><b>　　為傳動(dòng)鏈的總效率；</b></p><p><b>　　為傳動(dòng)比。</b></p><p>　　由于通常的值相對(duì)

102、和的值較小，因此?？珊雎圆挥?jì)，所以</p><p><b>　　。</b></p><p>　　（3）最大工作負(fù)載等效轉(zhuǎn)矩的計(jì)算</p><p>　　最大工作負(fù)載等效轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式為</p><p>　　其中，為等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩，由于，所以基本可以忽略不計(jì)，所以；</p><p>　　為摩擦.轉(zhuǎn)矩（）

103、，由于劃片.機(jī)的力.度的.力度是.非常小的，所以基本可以忽略不計(jì)，所以；</p><p>　　為其他附加轉(zhuǎn)矩（）。</p><p>　　（4）步進(jìn)電機(jī)型號(hào)的選擇</p><p>　　由于使用等于大于.最大工作負(fù)載等.效轉(zhuǎn)矩負(fù)載的切割.等效轉(zhuǎn)矩來(lái)劃片，所以根據(jù)最大工.作負(fù)載.扭矩當(dāng).量的選擇，可以及時(shí)啟.動(dòng)切割。 查詢資料.發(fā)現(xiàn)利時(shí)90BYG系.列中的型步進(jìn)電機(jī).滿足

104、要求，它的相數(shù)為5，步進(jìn)角是，保持轉(zhuǎn).矩大于4.0，定位轉(zhuǎn)矩是0.2，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是0.00045很明顯它是大于，因此最終決定選擇此型號(hào)步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　另外，由于Z，而且Z軸.豎直布置，因此需要設(shè)置自.鎖機(jī)構(gòu)，為了簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu).設(shè)計(jì)，本機(jī)采用電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)自鎖。該步進(jìn)電機(jī)的定.位轉(zhuǎn)矩0.2大于，所以， Z軸的自.鎖要求所選的步進(jìn)電機(jī)也是可以滿足。</p><p>　　4.3.3Z軸導(dǎo)軌

105、的選型</p><p>　?。?）確定導(dǎo)軌的使用條件</p><p>　　據(jù)對(duì)應(yīng)于表4.3導(dǎo)軌的承載能力和經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，為了使一個(gè)緊湊的結(jié)構(gòu)，由于Z軸的軸向載荷為180N，負(fù)荷小，查閱得相關(guān)的文檔，規(guī)格導(dǎo)軌為8，它是HSR8RM形式。</p><p><b>　　表4.3 </b></p><p>　?。?）滑塊載荷的計(jì)算&

106、lt;/p><p>　　滑塊載荷的計(jì)算公式如下：</p><p>　　其中，為，為，為，因?yàn)樵跈M向Z軸關(guān)于絲杠對(duì)稱布置，所以滑塊所受橫向載荷很小。</p><p>　　其中，是每個(gè)滑塊的縱向載荷</p><p>　　為Z軸重心到絲杠的垂直距離；</p><p>　　為豎直方向兩滑塊的重心距；</p><

107、p><b>　　為Z軸部件的重力。</b></p><p><b>　　所以，</b></p><p>　　（3）導(dǎo)軌額定壽命的計(jì)算</p><p><b>　　其中，為；</b></p><p>　　，其值為1-1.5，這里取為1；</p><p&g

108、t;　　上面計(jì)算的導(dǎo)軌使用壽命為64345m很明顯是大于50km，因此導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)可以達(dá)到要求。</p><p>　　4.4 Y軸機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算</p><p>　　4.4.1Y軸滾珠絲杠的設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）確定滾珠絲杠的導(dǎo)程</p><p>　　類(lèi)比z軸可以得絲杠的導(dǎo)程為：</p><p><

109、b>　　===5mm</b></p><p>　?。?）滾珠絲杠當(dāng)量載荷與當(dāng)量轉(zhuǎn)速的計(jì)算</p><p>　　Y軸的當(dāng)量轉(zhuǎn)速如下：</p><p>　　，為，為Z軸的軸向載荷</p><p>　　為，為，其中，，所以</p><p>　　最終取值為30N。這樣它的驅(qū)動(dòng)能力高點(diǎn)。</p>

110、<p>　?。?）確定預(yù)期的額定動(dòng)載荷</p><p>　　依據(jù)滾珠絲.杠螺母的.預(yù)期運(yùn)行.的距離.進(jìn)行計(jì).算，根據(jù)最大.軸向.載荷計(jì)算，有三種方法來(lái)確定預(yù)期的動(dòng)態(tài)載荷，。根據(jù)滾珠絲杠。</p><p><b>　　（N）</b></p><p><b>　　為預(yù)期工作時(shí)間；</b></p><

111、;p><b>　　為</b></p><p><b>　　為；</b></p><p>　　為可靠性系數(shù)，一般選取1；</p><p>　　（4）確定允許的最小螺紋底徑</p><p><b>　　，所以。</b></p><p><b>

112、;　?。?lt;/b></p><p><b>　　其中：E為；</b></p><p><b>　　為；</b></p><p>　　為，，其中為，W為；L</p><p><b>　　L。</b></p><p>　?。?）選擇滾珠循環(huán)方式&l

113、t;/p><p>　　由于Y軸重復(fù)定位精度要求較高，而主軸在切割時(shí)保證了芯片的一致性，Y軸剛度要求較高，所以綜合比較，選擇球循環(huán)進(jìn)行固定內(nèi)循環(huán)。</p><p>　?。?）選擇的預(yù)緊類(lèi)型</p><p>　　Y軸滾珠絲杠副仔細(xì)斟酌之后選擇雙螺母墊片預(yù)緊方式。</p><p>　?。?）滾珠絲杠副型號(hào)的確定</p><p>

114、　　經(jīng)查滾珠絲杠的型號(hào)FSI20-5T3滿足要求，查詢相關(guān)資料，可以知道它的導(dǎo)程是5mm,公稱直徑是20mm,動(dòng)額定動(dòng)載荷是8.3KN</p><p>　?。?）滾珠絲杠的精度等級(jí)</p><p>　　由于Y.軸.對(duì).切.割.深.度有要求，那些深度的.一致性它需.要被確保，并且.有著較高.的重復(fù).定位精度.的要求，因此，選擇C1級(jí)精度。</p><p>　　（9）確

115、定滾珠絲杠副的支承</p><p>　　滾珠絲杠的支承形式選擇的是支撐一端.固.定與一端.鉸.鏈，因?yàn)楣潭?端.需要承受軸向還要承受徑向載荷，所以采用角.接觸.球軸承; 而鉸鏈只需要承受.徑向載荷，因此選擇了深溝球軸承。</p><p>　　4.4.2 Y軸電機(jī)的選型</p><p><b>　　（1）</b></p><p

116、>　　（2）快速空載.啟動(dòng)等.效轉(zhuǎn)矩的計(jì)算</p><p><b>　　。</b></p><p>　?。?）最大工作負(fù)載等效轉(zhuǎn)矩的計(jì)算</p><p>　　（4）步進(jìn)電機(jī)型號(hào)的選擇</p><p>　　由于使用等于大.于最大工作.負(fù)載.等效轉(zhuǎn)矩負(fù).載的切割.等效轉(zhuǎn)矩.來(lái)劃片，所以根據(jù)最大.工.作負(fù)載扭.矩.當(dāng)量.

117、的選擇，可以及時(shí)啟動(dòng)切割。 查詢資料.發(fā)現(xiàn)利時(shí)90BYG系列.中的90BYG 550B-SAKRML-0301型步進(jìn)電.機(jī)滿足要求，它的相數(shù)為5，步進(jìn)角是，保持轉(zhuǎn)矩大于4.0，定位轉(zhuǎn)矩是0.2，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是0.00045很明顯它是大于，因此最終決定選擇此型號(hào)步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　4.4.3Y軸導(dǎo)軌的選型</p><p>　?。?）確定導(dǎo)軌的使用條件</p><p

118、>　　由于垂直于導(dǎo)軌的Y軸上的載荷為330N，所以載荷小。 為了讓結(jié)構(gòu)緊湊起來(lái)，查閱參考相關(guān)手冊(cè)，最終選擇了THK公司的負(fù)載式滾動(dòng)線性導(dǎo)軌，軌道尺寸為10，根據(jù)導(dǎo)軌的承載能力與導(dǎo)軌之間的關(guān)系，該型號(hào)HSR 10RM 規(guī)格見(jiàn)表4-2。</p><p><b>　?。?）滑塊載荷計(jì)算</b></p><p>　　由于Z軸為關(guān)于Y軸.溜.板.對(duì).稱布置，因此，Y軸.導(dǎo)