本科畢業(yè)設(shè)計第一部分緒論1.1桌面貼片機現(xiàn)狀貼片機目前的發(fā)展現(xiàn)狀：貼片機技術(shù)被廣泛應(yīng)用在科研領(lǐng)域、軍工領(lǐng)域、民用工業(yè)制造生產(chǎn)等領(lǐng)域。而目前我國貼片機的實際情況是更依賴進口，自主研發(fā)的占比很小，大家更信賴技術(shù)相對成熟的西方國家，而設(shè)備的成本巨大，對于本來就相對薄弱的自主研發(fā)領(lǐng)域，更加依賴于進口本身就是特別大的打擊，而忽略了最為重要的自主研發(fā)領(lǐng)域，我們的競爭性就會大打折扣，而我們所付出的進經(jīng)濟成本高達四億多美元，這僅是2000年一年的進口成本，最近這些年來電子信息、電子科技生產(chǎn)成為了我國多元化經(jīng)濟體系占比較大的一塊產(chǎn)業(yè)，而作為生產(chǎn)設(shè)備的貼片機我們需要大量的進口，這種狀態(tài)是反常態(tài)的，所以發(fā)展國民屬性的貼片機已經(jīng)迫在眉睫。1.2桌面貼片機的發(fā)展趨勢本畢業(yè)設(shè)計題目在原件放置的重要性是不可言喻的，其關(guān)聯(lián)多種電路板。他在這一領(lǐng)域有著很重要的地位，不僅是因為可以兼具效率與質(zhì)量。更因他的準確性與操作簡便性具體應(yīng)用領(lǐng)域如下：1.2.1電子產(chǎn)品領(lǐng)域各種日常生活中所需的電子產(chǎn)品的主板，常見的電腦，手機等都需要表面裝貼技術(shù)，即貼片機系統(tǒng)進行表面裝貼，而且可以控制貼頭的數(shù)量，達到同時裝貼的工作效果，并保持了精準性，更提高了時效性。1.2.2顯示屏領(lǐng)域顯示屏領(lǐng)域所需的表面裝貼的工作量是繁冗的，且復(fù)雜的，人工進行失錯率很高，通過表面裝貼系統(tǒng)會使工作周期減小，更能保證工程所需的精確性，且效率大大提高。1.2.3LED燈領(lǐng)域LED日光燈所需的裝貼是及其精密的，換句話說他的容錯率是有限的，使用表面裝貼系統(tǒng)更能保證工程的精確性。以上都是貼片機所涉及的領(lǐng)域，當然，只要與表面裝貼相關(guān)，都可以運用，它的相關(guān)領(lǐng)域有很多，在此便不再一一贅述，以上都是日常生產(chǎn)的有關(guān)領(lǐng)域。1.3桌面貼片機系統(tǒng)設(shè)計達到的設(shè)計目的此次畢業(yè)設(shè)計所要達到的設(shè)計目的，控制系統(tǒng)采用32單片機微控制器，設(shè)計符合初始參數(shù)要求，傳動部分滿足負載要求，盡最大使其更高效，更節(jié)省能耗。最大程度的保護環(huán)境。1.4結(jié)論如果我們一直把自己的生產(chǎn)能力建立在別人的肩膀上，我們將一直把自己生產(chǎn)業(yè)的命脈拱手交于別人的手上。將生產(chǎn)依賴于別人的科技研發(fā)生產(chǎn)之上，所謂斷其源，斬其流，倘若遭遇科技制裁，或者產(chǎn)品封鎖，我們將受制于人，只有生產(chǎn)工藝，缺失生產(chǎn)科技。而面對生產(chǎn)科技的欠缺，就同如鯁在喉，難以自制治，我們一定要構(gòu)建屬于自己的源頭，形成一條能獨立完成的生產(chǎn)鏈，不是為了市場競爭，只是讓我們有自持的能力。

第二部分可行性論證報告2.1方案設(shè)計2.1.1拱架型

基板(PCB)、元件送料器是固定的，貼片頭(安裝多個真空吸料嘴)在送料器與基板之間做XY向運動，送料器中存放元件，貼頭在送料器中吸取出元件，通過對元件所處的位置及方向的調(diào)整，然后將原件貼放于基板上REF_Ref30546\r\h[1]。因為貼片頭是安裝在XY向橫梁上，所以命名為拱架型。

拱架型貼片機對于元件位置及其方向的調(diào)整方法：

1)、吸嘴旋轉(zhuǎn)調(diào)整方向、機械對中調(diào)整位置，這種方法所達到的精度有限存在誤差，近些年的機型已不采用REF_Ref30546\r\h[1]。

2)、吸嘴旋轉(zhuǎn)調(diào)整方向、激光識別、X/Y坐標系統(tǒng)調(diào)整位置，這種方法可實現(xiàn)在貼頭行進過程中的識別，但并不適用于球柵列陳元件BGAREF_Ref30546\r\h[1]。

3)、吸嘴旋轉(zhuǎn)調(diào)整方向、相機識別、X/Y坐標系統(tǒng)調(diào)整位置，通常相機是被固定住的，貼片頭經(jīng)XY向傳動行經(jīng)相機上空，相機進行成像識別，相較于激光識別相機識別耗時更長，但相機識別可以識別出所有的元件，同時有實現(xiàn)傳動過程中的用于識別的相機識別系統(tǒng)，但是在機械結(jié)構(gòu)的某些方面做出犧牲REF_Ref30546\r\h[1]。

拱架式貼片機由于貼片頭傳動行程過于長，所以傳動速度有一定的區(qū)間局限。所以在這的基礎(chǔ)上有提升效率的辦法，第一種方法是提高吸取元件效率：同時采用多個真空吸料嘴取料，第二種方法是提高速度：采用雙梁系統(tǒng)，即一個梁上的貼片頭貼放元件的同時，另一個梁上的貼片頭在取料，速度提升近乎于單梁系統(tǒng)的兩倍。但在實際應(yīng)用中，不同類型的元件需要換用不同的真空吸料嘴，同時取料的條件較難達到，而換吸料嘴損耗時間REF_Ref30546\r\h[1]。

這類機型的優(yōu)勢在于：適于各種形狀、大小的元件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，送料器有帶狀、管狀、托盤形式。適于中小批量生產(chǎn)，也可多臺機組合用于大批量生產(chǎn)，可實現(xiàn)高精度，甚至異型元件REF_Ref30546\r\h[1]。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1

圖1拱架式結(jié)構(gòu)圖2.1.2轉(zhuǎn)塔型

不同于拱架式貼片機，轉(zhuǎn)塔式貼片機元件送料器放于料車上，料車作單坐標移動，貼片頭安裝在一個轉(zhuǎn)塔上，基板放于一個X/Y坐標系統(tǒng)移動的工作臺上，工作時，元件送料器將被料車移動到取料位置，取料時貼片頭上的真空吸料嘴在元件送料器取元件，通過轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)動到達到貼片位置(與取料位置成180度)，并且在轉(zhuǎn)動過程中需要對元件位置與方向進行調(diào)整，最后將元件貼放在基板上REF_Ref30546\r\h[1]。

對元件位置與方向的調(diào)整方法：

吸嘴自旋轉(zhuǎn)調(diào)整方向、相機識別、X/Y坐標系統(tǒng)調(diào)整位置，通常相機是被固定住的，貼片頭經(jīng)XY向傳動行經(jīng)相機上空，相機進行成像識別REF_Ref30546\r\h[1]。通常，每個貼片頭上安裝2~4個真空吸嘴(較早機型)至5~6個真空吸嘴(現(xiàn)有機型)，轉(zhuǎn)塔上安裝有十幾到二十幾個貼片頭。由于轉(zhuǎn)塔的特點，將動作細微化，工作臺移動(包含位置調(diào)整)、角度調(diào)整、選換吸嘴、貼放元件、送料器移動到位、取元件、元件識別等動作都能夠在同一周期內(nèi)完成，目前最快的時間周期已經(jīng)達到0.08~0.10秒鐘一片元件REF_Ref30546\r\h[1]。

此機型適于大批量生產(chǎn)，因為在速度上較于其他機型此機型是優(yōu)越的，它的局限性是其只能用帶狀包裝的元件，如果是大型的集成電路(IC)、密腳，只有托盤包裝，則無法完成，對此還有需要其它機型來共同完成，這種設(shè)備造價昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，最新的機型約在US$50萬，其價格比拱架型的三倍還多REF_Ref30546\r\h[1]。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2圖2轉(zhuǎn)塔式結(jié)構(gòu)圖2.1.3復(fù)合式SMT貼片機

復(fù)合式SMT貼片機脫胎于拱架式機器，它集合了拱架式和轉(zhuǎn)塔式的特點。從嚴格意義上來說，復(fù)合式SMT貼片機屬于動臂式結(jié)構(gòu)，由于復(fù)合式SMT貼片機可通過增加動臂數(shù)量來提高速度，具有較大靈活性，因此它的發(fā)展前景被普遍看好REF_Ref30546\r\h[1]。

轉(zhuǎn)塔式SMT貼片機主要應(yīng)用于大規(guī)模的移動電話、計算機板卡、家電等產(chǎn)品的生產(chǎn)上，這是因為在這些產(chǎn)品當中，裝配密度大、阻容元件特別多，很適合采用這一機型進行生產(chǎn)REF_Ref30546\r\h[1]。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖3圖3復(fù)合式結(jié)構(gòu)圖2.2桌面貼片機系統(tǒng)設(shè)計方案可行性論證2.2.1拱架型方案評價在實際生產(chǎn)環(huán)節(jié)，類別不同的元件所適配的吸料嘴是不同的，當生產(chǎn)中有多種不同類別的的的元件，他的工作效率大大降低。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，能夠用于各種類別的元件，適合中小量生產(chǎn)。2.2.2轉(zhuǎn)塔型方案評價此款機型在生產(chǎn)速度上其他機型是望其項背的，所以和其它的機型相比，他更適合大量生產(chǎn)。它的不足是只能生產(chǎn)某一類別的元件此外它的造價成本極高。2.2.3復(fù)合式SMT方案評價SMT貼片機主要應(yīng)用于日常生產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，它的發(fā)展前景極其光明，現(xiàn)階段的實際應(yīng)用性還有待考量。2.3最終設(shè)計方案2.3.1工作原理表面貼裝是將所需要元件通過貼頭的裝貼及驅(qū)動電機的傳動所達到的技術(shù)。

原理：

拱架型

通過單片機微控制器及驅(qū)動器控制電機致使承載著貼頭的滑塊做XY方向傳動，同時控制舵機運動通過程序?qū)υc電路的貼裝進行控制。因為送料器和基板是不移動的的，所以貼裝過程簡易，因存在XY向滑軌，所以命名為拱架型貼片機。

拱架型貼片機對元件位置與方向的調(diào)整方法：

1)、機械對中調(diào)整位置、吸嘴旋轉(zhuǎn)調(diào)整方向，這種方法能達到的精度有限，較晚的機型已再不采用REF_Ref30546\r\h[1]。

2)、激光識別、X/Y坐標系統(tǒng)調(diào)整位置、吸嘴旋轉(zhuǎn)調(diào)整方向，這種方法可實現(xiàn)飛行過程中的識別，但不能用于球柵列陳元件BGAREF_Ref30546\r\h[1]。

3)、相機識別、X/Y坐標系統(tǒng)調(diào)整位置、吸嘴旋轉(zhuǎn)調(diào)整方向，一般相機固定，貼片頭飛行劃過相機上空，進行成像識別，比激光識別耽誤一點時間，但可識別任何元件，也有實現(xiàn)飛行過程中的識別的相機識別系統(tǒng)，機械結(jié)構(gòu)方面有其它犧牲REF_Ref30546\r\h[1]。2.3.2工作流程PCB板固定元件吸取位移定位元件放置PCB板固定元件吸取位移定位元件放置2.3.3控制原理桌面貼片機機的采用單片機作為控制器，開機工作后對單片機進行初始化，控制系統(tǒng)通過微控制器產(chǎn)生的信號，經(jīng)過驅(qū)動電路對驅(qū)動信號的信息處理后驅(qū)動電機調(diào)整貼頭的位置，從而完成工作需要。其控制系統(tǒng)原理如圖5所示。單片機主控制器電機單片機主控制器電機電源復(fù)位電路復(fù)位電路電機驅(qū)動器電機驅(qū)動器控制信號時鐘電路時鐘電路電源電路電源電路圖5控制原理圖2.3.4總體結(jié)構(gòu)簡圖圖6拱架式結(jié)構(gòu)圖2.4結(jié)論經(jīng)過方案分析，設(shè)計一個行程450×540×13mm；貼片精度：±0.01mm的桌面貼片機符合要求。

第三部分設(shè)計計算計算基礎(chǔ)參數(shù)XY軸行程：450×540mmZ軸移動范圍：13mm精度：0.01mm3.1傳動系統(tǒng)負載初步估算首先將所需部件的主要參數(shù)進行量化做好預(yù)估，為設(shè)計做好基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)鋪墊。主要部件預(yù)估算如下[13]：(1)X軸導(dǎo)軌：導(dǎo)軌的真實長度是大于500mm，因為X軸起支撐作用固定在底座，所以質(zhì)量不計。(2)Y軸橫梁：雙導(dǎo)軌型，采用合金鋼材料，實心圓柱體，其截面半徑R為8mm，長度L為640mm（540+余量100），由m=ρπ式中ρ——密度(kgm3)，查文獻[13]得，π——圓周率；R——圓柱導(dǎo)軌截面半徑(m)；L——圓柱導(dǎo)軌長度(m)。即Y軸橫梁總質(zhì)量my為(3)Y軸電機：根據(jù)電機的預(yù)選型號查看有關(guān)文件預(yù)估m(xù)0=0.5kg?；瑝K，同步帶輪及其他附件：查看有關(guān)文件，滑塊和同步帶輪重量初步估計3.5kg。(5)Z軸總重量：Z軸的蛀牙部件貼頭以及T軸旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，為了增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性，Z軸在合理的前提下盡可能的輕。預(yù)計為1.5kg。X軸支撐總重為3.2XY驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計3.2.1X軸方向的驅(qū)動電機的選型計算1X軸負載的慣性力矩計算X軸方向的負載是交流伺服電機驅(qū)動所產(chǎn)生的包括：同步帶、帶輪、貼裝頭、聯(lián)軸器、滑塊和Y軸橫梁。由于同步帶和聯(lián)軸器的質(zhì)量要遠遠小于其它幾部分，所以忽略不計。(1)貼裝頭及Y軸橫梁整體轉(zhuǎn)換到伺服電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量J1預(yù)使Y軸直線運動的最大快速進給速度，取啟動時間t=0.1s，電機轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速N設(shè)為3000r/min，電機的角速度為ω，角加速度為ε，則有：ωε外部負載總質(zhì)量為由X軸電機驅(qū)動的外部負載的轉(zhuǎn)動慣量J1J式中m——貼裝頭和橫梁的質(zhì)量(kg)；v——Y軸橫梁的最大進給速度(m/s)；ω——角速度(rad/s)。將各數(shù)值代入計算可得到該部分換算的轉(zhuǎn)動慣量：(2)外部負載產(chǎn)生的慣性力矩T1T=J?ε(3-式中J——轉(zhuǎn)動慣量(kg?m2ε——角加速度(rads將各數(shù)值代入式(3-1)計算可得到因為忽略了同步帶和聯(lián)軸器的慣性力矩,實際工作時，其中1.2為工作系數(shù)。(3)電機克服滑動摩擦的力矩T2查閱文獻[13]得，工作臺導(dǎo)軌的動摩擦系數(shù)μ=0.1所以，滑動摩擦力f=μmg(3-2)式中μ——導(dǎo)軌動摩擦系數(shù)；g——重力加速度(9.8Nkg將各數(shù)值代入式(3-2)計算可得到滑動摩擦力為對電機軸的力矩為T=f?R(3-3)式中R——直線導(dǎo)軌半徑(m)；f——滑動摩擦力(N)。將各數(shù)值代入式(3-3)計算可得到電機克服滑動摩擦的力矩T2(4)X軸負載總的慣性力矩T2X軸負載的的功率計算P式中T——慣性力矩(N?m)；N——電機轉(zhuǎn)速(rmin將各數(shù)值代入計算可得到X軸負載的功率：3X軸電機的驅(qū)動功率計算電機的驅(qū)動系數(shù)按k=1.2計算，則有電動機的總功率P4驅(qū)動電機的選型根據(jù)以上計算結(jié)果，選取Y軸電機為MSMD5AZG1U伺服電機，其主要性能參數(shù)如表2。表2MSMD5AZG1U伺服電機型號額定輸出功率(W)額定電壓(V)額定轉(zhuǎn)矩(N·m)機身長L(mm)額定轉(zhuǎn)速(r/min)極數(shù)重量(kg)ZW42BL90-230100240.320.92300080.473.2.2Y軸方向的驅(qū)動電機的選型計算分析桌面型貼片機的貼裝運動過程，通過比較得知貼片機傳動系統(tǒng)中X方向運動所受的阻力最大，所以Y軸方向傳動系統(tǒng)的電機選型計算方法同上面計算類似，其主要的計算參數(shù)如下。Y軸負載的轉(zhuǎn)動慣量JY：Y軸負載的慣性力矩TY：Y軸方向負載的功率PY：根據(jù)以上計算結(jié)果，選取Y軸電機為MSMD5AZG1U伺服電機，其主要性能參數(shù)如表3。表3MSMD5AZG1U伺服電機型號額定輸出功率(W)額定電壓(V)額定轉(zhuǎn)矩(N·m)機身長L(mm)額定轉(zhuǎn)速(r/min)極數(shù)重量(kg)ZW42BL90-230100240.320.92300080.473.3XY傳動機構(gòu)的設(shè)計3.3.1傳動機構(gòu)的設(shè)計為了減少沖擊，實現(xiàn)貼裝運動的平穩(wěn)和精確性，傳動機構(gòu)選擇曲線齒同步帶傳動，曲線齒同步帶的帶齒荷載后，應(yīng)力分布狀態(tài)好，齒的承載能力比較高，能滿足較大功率的傳動，能防止傳動中產(chǎn)生出的干涉。曲線齒同步帶不僅兼具梯形齒同步帶的自身突出點，并且傳動平穩(wěn)，沖擊小。3.3.2同步帶及帶輪選型計算(1)確定同步帶傳動的設(shè)計功率PdPd=KA式中P——傳遞功率，電機實際輸出功率；KA——載荷修正系數(shù)，查文獻得KA=1.2。將各數(shù)值代入式(3-4)計算可得到同步帶設(shè)計功率(2)選定帶型節(jié)距pb根據(jù)同步帶傳動的設(shè)計功率和小帶輪轉(zhuǎn)速由圖3-1可知，帶型為3M型帶，查文獻[15]，同步帶及帶輪節(jié)距pb=3mm，基準帶寬為6圖7曲線齒同步帶選型圖[15](3)小帶輪齒數(shù)選擇Z1查文獻[15]有帶輪最少齒數(shù)Zmin=20，考慮帶速v和安裝尺寸，小帶輪齒數(shù)Z1取40，初定小帶輪最大轉(zhuǎn)速為1000rmin，查文獻[15]此型號的曲線齒同步帶的基準額定功率P(4)小帶輪節(jié)徑d1d式中pb——帶型節(jié)距(mm)；Z1——小帶輪齒數(shù)。將各數(shù)值代入計算可得到小帶輪節(jié)徑d(5)大帶輪齒數(shù)Z2Z這里傳動比i=選取型號完全相同的兩帶輪，節(jié)徑d2(6)帶速vv式中d——帶輪節(jié)徑(mm)；nmax——帶輪最大轉(zhuǎn)速(r/min)。(7)初定中心距a0根據(jù)行程可定為X軸為，Y軸為。(8)節(jié)線長LPLφ分別將X、Y軸中心距及各參數(shù)代入計算可得到X、Y軸同步帶的節(jié)線長分別為查文獻[15]，根據(jù)表“曲線齒同步帶各型號節(jié)線長和極限偏差(GB/T24619—2009)”選取標準節(jié)線長LP和齒數(shù)Z。X軸節(jié)線長，Y軸節(jié)線長。(9)同步帶齒數(shù)Z帶齒數(shù)分別為：X軸：Y軸：(10)實際中心距aaK分別將X、Y軸節(jié)線長及各參數(shù)代入計算可得到X、Y軸同步帶輪的中心距分別為為(11)內(nèi)外側(cè)調(diào)整量查文獻[15]表“中心距調(diào)整范圍(JB/T7512.3—1994)”可知：內(nèi)側(cè)調(diào)整量i1，X軸方向i1X=7.78mm外側(cè)調(diào)整量s，X軸方向sX=1.02mm，Y軸方向則中心距的范圍為(a-iX軸中心距范圍為463.22~472.02mmY軸中心距范圍為555.28~564.02mm(12)帶輪嚙合齒數(shù)ZmZ式中ent[]——取括號內(nèi)的整數(shù)部分；將各數(shù)值代入計算可得到帶輪嚙合齒數(shù)Z(13)帶輪嚙合齒系數(shù)KZ查文獻[15]，由于Zm≥6，得(14)帶寬bsb式中bs0——基準帶寬(bsKL——帶長系數(shù)(查文獻[15]表“曲線齒同步帶基準寬度和帶長系數(shù)KL(JB/T7512.3—1994)”得KLKZ——帶輪嚙合齒系數(shù)；Pd——同步帶設(shè)計功率(kW)；P0——同步帶基準額定功率(kW)。將各數(shù)值代入計算可得到帶寬b查文獻[15]“曲線齒同步帶各型號寬度和極限偏(GB/T24619—2009)”，選取標準帶寬bs=15mm。(15)額定功率PrPPK式中Kw——寬度系數(shù)。將各數(shù)值代入計算可得到曲線齒同步帶額定功率P(16)張力計算緊邊張力：F松邊張力：F(17)壓軸力Fr計算Fr=K式中KF——矢量相加修正系數(shù)，查文獻[15]可知KFF1——緊邊張力(N)；F2——松邊張力(N)。將各數(shù)值代入式(3-5)計算可得壓軸力F3.4驅(qū)動軸的設(shè)計軸的設(shè)計，共包括如下內(nèi)容：軸的材料選擇，軸徑的初步估算，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，按彎扭合成進行軸的強度校核，按疲勞強度進行軸的精確交合，軸的公差與配合的確定，軸的工作圖的繪制REF_Ref16724\r\h[16]。3.4.1軸的材料軸的材料用碳鋼及合金鋼，貼片機X方向的驅(qū)動軸選用45號鋼調(diào)質(zhì)處理。硬度為217HB~255HB，其強度為σB=650Mpa，σs=353.4.2按轉(zhuǎn)矩設(shè)計軸最小直徑軸的直徑，可根據(jù)軸所傳遞的功率P(kW)及軸的轉(zhuǎn)速n(r/min)，按下式進行估算：式中C——與軸材料有關(guān)的系數(shù)，由文獻[16]查得，根據(jù)軸的材料取100。該段軸上有一鍵槽將計算值加大3%，尾端鉆孔再次調(diào)整dmin應(yīng)為9.5，驅(qū)動軸結(jié)構(gòu)簡圖如圖8所示。圖8驅(qū)動軸結(jié)構(gòu)簡圖第一段Ф=15，L=5第二段Ф=17，L=21第三段Ф=15，L=5第四段Ф=12，L=26，鍵槽尺寸4×4×12第五段Ф=10，L=163.4.3驅(qū)動軸的強度校核通過對前端驅(qū)動軸受力分析可知，該軸有4點受力，分別是平鍵處、兩個軸承處和軸端連接處，通過受力分析可判斷出該軸主要受扭矩的作用，其失效形式可能是扭斷。故這里只校核其扭轉(zhuǎn)強度即可。因為該軸為階梯軸，所以各軸段的抗扭截面模量不同，其危險截面不一定是在扭矩最大處，這是要綜合考慮扭矩與抗扭截面模量，方能確定該軸是否安全。取軸的安全系數(shù)，則許用拉應(yīng)力為：σ許用剪切應(yīng)力為：ττ=即該軸在最小軸徑出滿足扭轉(zhuǎn)強度要求，所以，軸的設(shè)計合格。3.5鍵與軸承的校核3.5.1鍵的校核鍵或鍵槽工作面的擠壓或磨損PT式中Tj——轉(zhuǎn)矩，N·mm；Dj——軸的直徑mm，Dj=12mm；σpp——鍵的許用擠壓應(yīng)力，由文獻[15]，σppklj——鍵的工作長度，對于A型鍵ljP鍵的剪切校核：τ式中bj——鍵的寬度，bjτpj——鍵的許用剪切應(yīng)力，查文獻[15]，ττ鍵的強度滿足要求。3.5.2軸承的壽命校核LP=X式中ft——為溫度系數(shù)，查文獻[16]，ftfp——為載荷系數(shù)，查文獻[16]，ftε——壽命指數(shù)，對于球軸承ε=3C——基本額定載荷，查文獻[16]，C=1.9P——當量載荷；X——徑向載荷系數(shù)；Y——軸向載荷系數(shù)；Fr——所承受軸的徑向力FrFa——所承受軸的軸向力FaLh'——預(yù)期壽命，查文獻[16]，查文獻[16]可知，F(xiàn)得X=1，Y=0，代入LL軸承的壽命滿足設(shè)計要求。

第四部分控制系統(tǒng)設(shè)計4.1系統(tǒng)設(shè)計方案伺服電機的直接數(shù)字控制就是直接利用工控機和驅(qū)動器通信，工控機通過串行通信將數(shù)字量傳送給伺服電機驅(qū)動器，從而達到控制電機運轉(zhuǎn)的目的，由于是數(shù)字信號直接控制，消除了零漂，可靠性得到了提高，而且，不需要將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，無需購買a/d模塊，降低了成本，目前許多廠家出產(chǎn)的伺服電機驅(qū)動器都配有通信端口及通信協(xié)議，通信協(xié)議簡單可靠，用戶可以方便地完成通信程序，這樣可直接在工控機上控制電機，根據(jù)工藝要求，方便地修改各種參數(shù)，從而改變電機速度等REF_Ref31212\r\h[23]。本次設(shè)計采用伺服電機，用軟硬件的配合，來實現(xiàn)伺服電機的正反轉(zhuǎn)，啟動與停止，加速與減速功能，電機的工作狀態(tài)還能用顯示屏顯示。本次系統(tǒng)控制主要通過顯示屏電路設(shè)計、驅(qū)動電路設(shè)計、通信功能和鍵盤的電路設(shè)計來實現(xiàn)。方案如下，主單片機控制副單片機來實現(xiàn)電機的功能控制，單片機與步進之間通過驅(qū)動芯片進行精確控制。如圖9所示圖9控制流程圖4.2控制芯片的選擇以及電路設(shè)計4.2.1單片機芯片選擇本次設(shè)計采用主從單片機控制電路，主單片機規(guī)劃運動路線，四個副單片機用來分別來控制兩個軸的步進電機、以及兩個舵機，從而能夠?qū)崿F(xiàn)傳動系統(tǒng)的精確配合與定位。選擇STM32F103RBT6作為主單片機，同時副單片機所選和主單片機相同是STM32F103RBT6，主單片機和副單片機之間的通信用RXD和TXD直接連接，程序通過地址定位到每個單片機。STM32是擁有先鋒控制器特質(zhì)的微控制器。這款控制器擁有耗能少、性價比高、性能穩(wěn)定等一系列的優(yōu)勢，適用于表面裝貼領(lǐng)域。STM32是ARM公司研發(fā)使用。

STM32有兩個系列。

STM32F101屬于基本型，所需36MHz。兩種系列部分功能相同。具有很強的實用性，可應(yīng)用在醫(yī)療等多個領(lǐng)域。STM32F103屬于增強型，所需72

MHz,有片內(nèi)RAM和功能齊全的外設(shè)。STM32F103RBT6的特點：它的外設(shè)接口具有很強的通用性，以至于提高了一系列產(chǎn)品的軟件使用范圍，便于相關(guān)人員可以反復(fù)使用相同款軟件，即使是多個設(shè)計中也互不干擾，因為最新的互連款還擁有與別的STM32微控制器共同的接口。STM32的最新外設(shè)包括三個SPI端口、五個UART接口和兩個12位、兩個12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器、10個定時器、兩個I2C接口和兩個12位。新系列的STM32F103RBT6依舊承襲了STM32系列產(chǎn)品的優(yōu)點。封裝還設(shè)置專屬引腳Vbat用以電池工作的模式。電流也只消耗27mA，以72MHz的頻率在閃存中執(zhí)行程序。一共存在四種低能耗模式，啟動電路應(yīng)用微控制器內(nèi)部存在的啟動信號，從停止狀態(tài)喚醒用時僅用6微秒甚至更少;可致使電流損耗大大降低。從低能耗的狀態(tài)快速啟動電能損耗也大大降低。其主要特點如下：內(nèi)核:

最高工作頻率72MHz,ARM32位Cortex

-M3

CPU,

1.

25MIPS/MHz，硬件除法和單周期乘法REF_Ref31349\r\h[24]。

存儲器:6-64KB的SRAM存儲器，片上集成32-512KB的Flash存儲器REF_Ref31349\r\h[24]。電源管理和時鐘、復(fù)位:

2.0-3.

6V的電源供電和I/0接口的驅(qū)動電，4-16MHz的晶振，內(nèi)嵌出廠前調(diào)校的8MHz

RC振蕩電路，內(nèi)部40

kHz的RC振蕩電路，用于CPU時鐘，帶校準用于RTC的32kHz的晶振REF_Ref31349\r\h[24]。低功耗:

3種低功耗模式:待機模式,停止,休眠REF_Ref31349\r\h[24]。調(diào)試模式:JTAG接口和串行調(diào)試REF_Ref31349\r\h[24]。

DMA：12通道DMA控制器，支持的外設(shè)：ADC，定時器，SPI，DAC，USART和

IIC，2個12位的uS級的A/D轉(zhuǎn)換器

(16通道)：A/D測量范圍:

0-3.6

V，保持能力和雙采樣。片上集成一個溫度傳感器。2通道12位D/A轉(zhuǎn)換器：STM32F103xE，STM32F103xD，

STM32F103xC獨有，最多高達112個的快速I/0端口：根據(jù)型號的不同有80，51，37，26，和112的I/0端口，所有的端口都可以映射到16個外部中斷向量。所有的都可以接受5V以內(nèi)的輸入,還可以模擬輸入，4個16位定時器,最多可多達11個定時器，每個定時器有脈沖計數(shù)器或者4個PWM，2個16位的6通道高級控制定時器：2個看門狗定時器(獨立看門狗和窗口看門狗),最多6個通道可用于PWM輸出，Systick定時器:

24位倒計數(shù)器，2個16位基本定時器用于驅(qū)動DAC，最多多達13個通信接口:2個I2C接口，5個UART接口(IrDA兼容，調(diào)試控制)，3個SPI接口(18

Mbit/s),兩個和IIS，USB2.0全速接口，CAN接口REF_Ref31349\r\h[24]。

ECOPACK封裝:STM32F103xx系列微控制器采用ECOPACK封裝形式。芯片如圖10所示:圖10STM32F103RBT6芯片圖4.2.2電機驅(qū)動芯片選擇根據(jù)MSMD5AZG1U伺服電機驅(qū)動電機的額定電壓,負載等參考條件，選用MADKT1505驅(qū)動芯片驅(qū)動伺服電機。MADKT1505為松下電器生產(chǎn)的伺服電機驅(qū)動器，該驅(qū)動器主要用于MSMD系列電機，其機殼保護方式為封閉式，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為繞線式且該驅(qū)動器的試用范圍廣泛，可以通用。其主要特點如下：響應(yīng)頻率2.3KHzREF_Ref31487\r\h[25]；2obit

1圈104萬脈沖REF_Ref31487\r\h[25]；低齒槽轉(zhuǎn)矩REF_Ref31487\r\h[25]；半/全閉環(huán)輸入、輸出脈沖4MppsREF_Ref31487\r\h[25]；多功能實時增益調(diào)整REF_Ref31487\r\h[25]；自動/手動陷波濾波器REF_Ref31487\r\h[25]；自動/手動減震濾波器REF_Ref31487\r\h[25]；機器模擬REF_Ref31487\r\h[25]；描載2自由度控制REF_Ref31487\r\h[25]；新工作方法/新開發(fā)機芯/新開發(fā)編碼器，實現(xiàn)電機的大幅輕量化、小型化，

分別開發(fā)了小型電機，大型電視的新工作方法，與新開發(fā)的小型編碼器配合,尤其是1kW以上的大型電機的重量比以往減輕REF_Ref31487\r\h[25]；低噪音REF_Ref31487\r\h[25]；IP67可選REF_Ref31487\r\h[25]。MADKT1505的外部接口很簡單，具體如下：XA:斷路器（MCCB）,指示燈；XB:再生電阻器，電機；X1：USBmini-B；X2：RS485/232通信電纜；X3：安全旁路插頭；X4：與上位控制器連接；X5：與外圍設(shè)備連接REF_Ref12851\r\h[26]。芯片如圖11所示。圖11MADKT1505驅(qū)動芯片4.2.3電機驅(qū)動電路設(shè)計MSMD5AZG1U電機驅(qū)動電路如圖12所示。圖12電機驅(qū)動電路4.2.4鍵盤接口電路設(shè)計4×4的矩陣式鍵盤由4根列線交4根行線和4根行線交叉構(gòu)成，按鍵位于行列的交叉點上，這樣就構(gòu)成了16個按鍵。其中交叉點的行列線是不連接的，當按鍵按下的時候，此交叉點處的行線和列線導(dǎo)通，行線通過上拉電阻接到VCC上，當無鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)；當有鍵按下時，行、列線在交點導(dǎo)通，此時，行線電平將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定，這是識別按鍵是否按下的關(guān)鍵。然而，矩陣鍵盤中的每條行線與4條列線相交，交點的按鍵按下與否均影響該鍵所在行線和列線的電平，各按鍵間將相互影響，鍵分析時必須將行線、列線信號配合起來作適當處理，才能確定閉合鍵的位置REF_Ref12772\r\h[27]。本次采用矩陣鍵盤接口電路，如圖13所示圖13鍵盤接口電路圖

結(jié)論首先調(diào)查了桌面貼片機市場發(fā)展以及企業(yè)生產(chǎn)情況，然后也對比類似的機械設(shè)備進行了深入了解，在此基礎(chǔ)之上確定了桌面貼片機系統(tǒng)設(shè)計的理念與計劃。第一步進行市場調(diào)研，貼片機的市場情況進行調(diào)研，了解了桌面貼片機大面積普及了各個方面。然后對貼片機進行了系統(tǒng)的深入了解，了解了貼片機的種類，應(yīng)用范圍以及應(yīng)用行業(yè)等，進一步對主要類型貼片機的結(jié)構(gòu)做了詳細了解，確定了傳動系統(tǒng)的三種方案，經(jīng)過綜合分析與討論，最終確認了一種最合理經(jīng)濟的方案。本次設(shè)計了桌面貼片機的結(jié)構(gòu)設(shè)計?；窘Y(jié)構(gòu)采用拱架式，通過拱架在機架上移動來實現(xiàn)定位，傳動方案采用了同步帶傳動，通過電機帶動同步帶實現(xiàn)了該設(shè)備的定位精度。電路部分采用基于單片機的二軸電機控制系統(tǒng)，并且?guī)в墟I盤，液晶顯示，串口通信等電路設(shè)計部分。主單片機進行路徑規(guī)劃，副單片機分別進行電機的控制，并且電機也進行了驅(qū)動電路的設(shè)計，副單片機與電機驅(qū)動電路之間加光電耦合提高了電路的抗干擾能力，主單片機上連接了鍵盤控制，液晶顯示，并且主副單片機也加了串口通信模塊。

致謝經(jīng)過近三個月的努力，我的畢業(yè)設(shè)計在李海振老師的悉心指導(dǎo)下終于完成了。在畢業(yè)設(shè)計期間，我遇到了很多的問題，曾很多次停滯不前，幸虧有李海振老師的幫助，才得以一次次攻克難關(guān)，順利如期完成本次的畢業(yè)設(shè)計。首先，我非常感謝李海振老師，他是一名極具耐心，學識淵博，并且非常和藹可親，平易近人的老師。李海振老師除了對我的課程設(shè)計進行指導(dǎo)外，在我這篇論文的結(jié)構(gòu)框架，內(nèi)容等方面也給予了很多的意見和建議。我與李海振老師經(jīng)過近三個月的接觸，從陌生到熟悉，漸漸地建立了深厚的情誼，并且在跟隨李海振老師畢業(yè)設(shè)計期間，不僅鞏固了我的專業(yè)知識，使我學到的理論知識得以運用自如外，也從老師身上學會了許多做人的道理，李海振老師是使我在畢業(yè)前收獲最多的老師。其次，我要感謝在大學四年期間傳授我知識的各位老師。老師們在教授我專業(yè)知識時傾注了大量的心血，也花費了很多的心思。同時，也在大學四年里，無論在學習還是生活上，老師們都給予了我最大的幫助，使我能夠在大學四年里，掌握學習的真諦，學會為人處事的方法。也是老師們傳授的知識，使我的畢業(yè)設(shè)計可以有理有據(jù)地完成。如今我要畢業(yè)了，老師們卻依舊在三尺講臺上堅持著，我衷心地希望老師們身體安康。另外，我要感謝我的各位師兄師姐和同學們，要不是師兄師姐們在我大學里的每一步都傳授我經(jīng)驗，在學習中給我指導(dǎo)，我想我在大學里，無論是學習還是活動，或者其他方面都不會那么順利。還有我的室友和同學們，我們來自不同的地方，來到大學里，我們在生活中相互包容，在學習上相互鼓勵，成為了最好的朋友。尤其是在這畢業(yè)的最后階段，我們一起努力，互相幫助，使得畢業(yè)設(shè)計能夠順利地完成。最后，我還要感謝我的父母，我遠在他鄉(xiāng)，長久地不能陪伴在他們身邊，但是父母仍舊給予了我生活、學習上的最大支持，最大理解，和最大包容。每回家一次，父母就又老去一些，但對我的愛卻依舊鮮活，對我的選擇也依舊堅定地支持，因此，我非常地感謝父母，感謝他們的愛與關(guān)懷，感謝他們在背后的默默支持，希望他們能夠身體健康。即將離開母校，但我永遠不會忘記我的母校，不會忘記母校對我的培養(yǎng)，不會忘記在母校的點點滴滴，更不會忘記老師和同學們給我的幫助。在大學里的四年，是最美好的時光，也留下了最美好的回憶和最真摯的友