数控锡膏喷印机结构设计开题报告书.docx

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数控锡膏喷印机结构设计开题报告书

机电工程系本科毕业设计（论文）

开题报告

毕业设计（论文）题目：

数控锡膏喷印机结构设计

专业：

指导教师：

学生姓名：

学号：

毕业时间：

齐齐哈尔工程学院教务处制

一、选题依据（目的、意义、学术价值、国内外研究现状、学术准备情况、研究思路及方法）

（一）目的、意义

在PCB表面贴装装配中，锡膏用于表面贴装元件的引脚或端子与焊盘之间的连接。

有许多变量，如锡膏、喷印机、锡膏应用方法和喷印工艺过程，会影响最终的焊接质量。

在喷印锡膏的过程中，基板放在工作台上，机械地或真空夹紧定位，用定位销或视觉来对准，采用丝网或者模板进行锡膏喷印。

随着SMT制造节拍速度的提高和贴装元件的尺度越来越小，对锡膏喷印工艺以及锡膏喷印机的要求越来越高。

（二）学术价值

本次设计是对MY-500锡膏喷印机的设计。

在这里主要包括:

X轴丝杠传动系统的设计、Y轴丝杠传动系统的设计、Z轴丝杠传动系统系统的设计、真空卡盘夹具设计的设计。

这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件。

整机结构主要由电动机产生动力通过联轴器将需要的动力传递到丝杆上，丝杆带动丝杆螺母，从而带动整机运动，设计喷印面积在250x250mm可以和30,000cph速度的贴片机匹配的用于电路板制造的锡膏喷印机。

锡膏喷印机更显示其优越性，有着广阔的发展前途。

（三）国内外研究现状

在锡膏喷印过程中，喷印机是达到所希望的喷印品质的关键。

而影响锡膏喷印品质的主要因素包括喷印刮板相关的技术参数、模板的技术参数、锡膏质量及型号选择和锡膏喷印机本体装置及工艺等。

虽然客户在购买合适的锡膏喷印机后，可以通过锡膏与模板技术参数控制来改善锡膏喷印质量，锡膏喷印机的、质量和技术特点仍是保证锡膏喷印质量与喷印效率的关系因素。

日益缩小的I/O间距和连接件的间距，标准表面安装器件（SMD）的尺寸已从0201缩小到01005。

近来人们分析了0.3毫米间距的芯片级封装（CSP）和尺寸为01005EIA的SMD电阻器对喷印工艺的影响，包括对喷印机的设置、模板设计和焊膏的影响。

0.3毫米CSP的问世是SMT技术的一大进步。

这种元件要求按以前“半导体”所要求的间距和体积进行大指喷印焊膏。

主要的问题是在表面贴装生产中进行一次喷印的时间不足七秒，在SMT中常常会用到又薄又不平的电路板，以及典型组装操作的标准工作环境。

这些元器件微型华对锡膏喷印机的要求集中起来就是：

1）锡膏喷印机的定位精度至少要求达到微小焊盘尺寸的1/3，对于01005电阻和电容（长400微米、宽200微米）来说，定位精度要求达到30微米。

高精度的锡膏喷印可以确保后期贴片产生一定误差时在焊接时仍保持一定自动修正作用。

有文献实验表明，在对01005器件在45微米的轻微贴片误差，回流焊可完全自动对准焊盘位置。

2）由于器件尺寸的缩小及BGA芯片的大量采用，拓印至PCB焊盘上的锡膏量越来越少，这表现在PCB焊盘上锡膏面积减小和高度减小，这对锡膏通过模板拓印到焊盘上各种技术参数优化提出了新的要求，同时也带来了对锡膏拓印的方式提出了新的挑战。

这些喷印技术参数包括喷印速度、刮刀压力、分离速度等，也就是说必须对这些参数进行优化，以应对器件尺寸缩小、BGA焊盘小而导致的锡膏喷印技术瓶颈。

随着SMT生产节拍的不断提高，贴片机的速度是越来越快，这反过来对锡膏喷印机的喷印周期提出了挑战。

为了应对这个速度的挑战，锡膏喷印机的供应商已采用了多种技术措施，包括三段式送板结构以及并行喷印技术等。

通过这些措施可明显提高锡膏喷印机制节拍速度。

普通PCB表面是一平面，喷印模板可以紧密地与PCB接触，可以获得比较好的锡膏喷印质量。

但对凹型PCB采用普通模板喷印由于模板与基板间存在间隙（0.2~0.5mm），模板拓印的结果将是印后的形状、尺寸等会出现异常，严重影响后续的贴装与焊接。

对此可采用占状喷射技术，实现锡膏柔性喷印，但锡膏喷印效率令人怀疑。

不能满足大批量SMT生产线节拍要求。

另一种方式采用电铸模板，此电铸模板不是平面型的，而是立体结构。

此结构保证了模板与凹型PCB焊盘的紧密接触，保证了拓印质量。

在锡膏喷印这一环节，会出现各种各样的印后锡膏缺陷（桥连、过高、不平等），在SMT前导环节进行锡膏质量监控，能有效进行SMT制程品质控制。

可在SMT线上加入SPI进行锡膏自动检测，是一种低成本的替代解决方案，是锡膏喷印机多功能化的重要表现。

总之，随着PCB板贴装器件的小型化和BGA芯片的大量采用，电子贴装密度越来越高，SMT节拍越来越快，这奠定了锡膏喷印机在定位精度、模板拓印方式与工艺参数优化、喷印机调整化结构、检测一体多功能化的技术发展趋势。

（四）学术准备情况

通过互联网查阅文献资料和购买图书资料等多种途径，为开题报告的撰写和论文的正式写作做了较为充分的准备。

主要著作包括：

《机械设计》,《工艺设计手册》,《机电一体化手册》,《机床设计》,《机床图册》,《机电一体化实例分析》等。

本人在校学习的是机电专业，学习的相关专业知识有机械制图、材料应用与处理、单片机原理与微机接口技术、金属材料及热处理、工程力学、机械设计、电工电子技术、液压传动与气动、C语言程序设计、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM/CAPP）、数控技术、机械制造工艺学、数控编程与操作、可编程逻辑控制器（PLC）、数控技术、现代制造技术等。

选择《数控锡膏喷印机结构设计》具有进行中等难度的工艺装备的设计能力，选择这样的一个题目来研究，重点应用了大学学习的机电一体化、机械制造工艺和机械制图等专业，并将这些知识综合运用和实践经验相结合，培养自觉查手册，设计遵循行业标准的习惯。

该设计培养了学生综合运用各学科的基本理论、专业知识和基本技能，提高分析与解决实际问题的能力，同时还培养学生的独立工作能力、开发创造能力，其就是对学生自身综合素质的考验和提升。

有利于加快学生适应生产岗位的步伐，有利于高等教育和企业人才需求的衔接。

（五）本选题研究思路及方法

在查阅了国内外大量的有关数控锡膏喷印机设计理论及相关知识的资料和文献基础上，综合考虑数控锡膏喷印机结构特点、具体作业任务特点以及数控锡膏喷印机的推广应用，分析确定使用数控锡膏喷印机配合生产工序，实现自动化的目的。

图1喷印机的结构图

数控锡膏喷印机的设计应满足一下几个条件首先就是必须保证工件定位可靠的可靠性，为了使工件与点保持准确的相对位置，必须根据要求的点，去选择合适的定位机构。

再者就是要有足够的强度和刚度除了受到工件、工具的重量，还要受到本身的重量，还受到枪在运动过程中产生的惯性力和振动的影响，没有足够的强度和刚度可能会发生折断或者弯曲变形，所以对于受力较大的进行强度、刚度计算是非常必要的。

最后要尽可能做到具有一定的通用性如果可以，应考虑到产品零件变换的问题。

为适应不同形状和尺寸的零件，为满足这些要求，可将制成组合式结构，迅速更换不同的部件及附件来扩大机构的使用范围。

X轴，Y轴和Z轴采用丝杠传动：

X轴电动机—联轴器—滚珠丝杠

Y轴电动机—联轴器—滚珠丝杠

Z轴电动机—联轴器—滚珠丝杠

图2.1数控喷印机传动系统图

为了实现上述目标，本文拟进行的研究内容如下:

1根据现场作业的环境要求和数控锡膏喷印机本身的结构特点，确定数控锡膏喷印机整体设计方案。

2确定数控锡膏喷印机的性能参数，对初步模型进行静力学分析，根据实际情况选择电机。

3从所要功能的实现出发，完成数控锡膏喷印机各零部件的结构设计；

4完成主要零部件强度与刚度校核。

设计要求：

1根据所要实现的功能，提出三维数控锡膏喷印机的整体设计方案；

2完成三维数控锡膏喷印机结构的详细设计；

3通过相关设计计算，完成电机选型；

4完成三维数控锡膏喷印机结构的三维造型；绘制三维数控锡膏喷印机结构总装配图、主要零件图。

研究方法：

1.收集相关资料，并对相关理论知识进行复习。

2.设计装配图和零件图，计算系统主要参数。

3.对CAD图纸进行想象分析，理解大致结构。

（AutoCAD软件）

4.绘制装配图和零件图。

5.编写说明书和设计论文报告。

二、论文结构框架

（一）论文提纲

目录

1绪论1

1.1课程的研究目的及意义，锡膏喷印机技术及其发展趋势

1.2本课题研究的内容及方法2

2总体方案机构设计4

2.1设计内容及要求:

4

2.2设计方案4

3X向进给机构结构及传动设计6

3.1确定脉冲当量6

3.2滚珠丝杠螺母副的计算和选型6

3.2.1精度的选择6

3.2.2丝杠导程的确定6

3.2.3最大工作载荷的计算6

3.2.4最大动载荷的计算7

3.2.5滚珠丝杠螺母副的选型7

3.2.6滚珠丝杠副的支承方式8

3.2.7传动效率的计算8

3.2.8刚度的验算9

3.2.9稳定性校核10

3.2.10临界转速的验证10

3.3步进电动机的选择11

3.4丝杠轴的校核13

3.5键的校核14

3.6轴承的校核15

3.7导轨的特点及设计16

3.8直线滚动导轨副的计算、选择17

4Y向进给机构设计计算20

4.1滚珠丝杠的选择20

4.1.1滚珠丝杠的精度20

4.1.2滚珠丝杠参数的计算20

4.2伺服电机的选择24

4.2.1最大负载转矩的计算24

4.2.2负载惯量的计算24

4.2.3空载加速转矩计算26

4.2.4轴向间隙的调整和加预紧力的方法26

4.3导轨副的计算、选择27

4.4联轴器的选择29

4.5轴承的选择29

5Z向进给伺服进给结构设计31

5.1滚珠丝杠螺母副的计算和选型31

5.1.1最大工作载荷的计算31

5.1.2最大动载荷的计算31

5.1.3滚珠丝杠螺母副的选型31

5.1.4滚珠丝杠副的支承方式32

5.1.5传动效率的计算32

5.1.6刚度的验算32

5.1.7稳定性校核33

5.1.8临界转速的验证33

5.2步进直线电机的计算和选用34

5.2.1转动惯量的计算34

5.2.2电机力矩的计算35

5.3步进直线电机的选择37

6真空夹具设计

结论44

致谢45

参考文献46

（二）参考文献

[1]冯香.谈喷印机喷印工艺与油墨性能的关系.广东. 《印制电路信息》[J] 2012年07期

[2]孙克梅[1]    刘洋[2].嵌入式喷印机控制系统.沈阳：

科技导报 [J].2007

[3]齐福斌.印刷机.北京：

印刷工业出版社[M].2007

[4]张海燕.印刷机与印后加工设备.北京：

中国轻工业出版社[M].2004

[5]周春国.王慧武.机械设计课程设计手册.西安：

西安理工大学[M].2008

[6]毛昕等.主编画法几何及机械制图高等教育出版社[M].2004

[7]江洪等.SolidWorks机械设计实例解析机械工业出版社[M]2006

[8]王安岑，武吉梅.画法几何与机械制图[M].西安:

陕西科学技术出版社[M]，2001

[9]黄颖为，刘琳琳.印刷专业英语.西安：

西安理工大学[M].2008

[10]CharlesW.Beardsly,MechanicalEngineering,ASME,RegentsPublishing

Company,Inc,1998.

[11]CrevelingCM.ToleranceDesign：

AHandbookforDevelopingOprimal

Specifications．Addison-Wesley,1997

三、论文写作安排

2014-12-21收集资料，阅读文献；

2014-12-23编制开题报告；

下学期第六周外文翻译；

第七周总体方案设计；

第八周进行相关内容的计算；

第九周进行相关内容的计算；

第十周进行相关内容的计算；

第十一周进行相关内容的计算；

第十二周根据计算结果画出要求的图纸草图；

第十三周根据计算结果画出要求的图纸草图；

第十四周完善CAD装配图和零件图；

第十五周整理说明书；

第十六周整理说明书；

第十七周编写计算说明书，形成毕业设计全部文件，准备答辩；

第十八周毕业答辩；

四、审核意见

指导教师意见：

1、通过2、完善后通过3、未通过

指导教师（签字）

年月日

系部（专业）意见：

1、通过2、完善后通过3、未通过

负责人（签字）

年月日