基于ANSYS Workbench的固晶臂机构柔性动力学分析

Ｋｅ ｏｄ ： ｉ ｂ ｕｄ ｒ ｆｕ— ａ ｎ ａｅ ｆ ｉ ｌｍ ｎ ｎｌｓ （Ｅ ； ｅｉｌ ｄｎ ｍｃ ｎｌ ｉ； Ｎ Ｙ ｒｂｎ ｈ Ｄ Ｓ ｙｗ ｒ ｓ ｄｅ ｏ ｎ ｅ； ｏｒｂｒ ｉｋｇ ； ｉ ｔ ｅ ｅｔ ａｙｉ Ｆ Ａ） ｆ ｘｂｅ ｙａ ｉ ａａ ｓ Ａ Ｓ ＳＷｏｋ ｅ ｃ ；Ａ ＡＭ — ｌ ｎｅ ｅ ａ ｓ ｌ ｓ ｙｓ
根 据材 料力 学得 到变 形 ：
图 １ 固晶臂 原理 图及 三维 实体 图
来 自深圳某 自动化设备有 限公 司的固晶机构的 实体三维模型如图 １ｂ 所示 ， （） 其各 自的运动副与连杆
的 标 注 与 原 理 图 １ａ 相 同 ， Ｂ、 Ｄ为 相 应 的 旋 转 （） Ａ、 Ｃ、
Ｕ Ｅ ’’战＋ ： Ｊ ｔ ｛ ｌ
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２ 柔 性 体 表 示
不 同于普通刚体 ， 柔性体是用离散化 的若干单元 有 限节点 自由度来表达物体无 限多 自由度 的。采用 有 限元模 型表达柔性体时， 以节点广义坐标作为未知 量， 若节点广义坐标 以 （ 表示 ， ｆ ） 则任一点唯一可以 通 过 型 函数 和广 义 坐标来 表示 ：
通信联 系人 ：李建勇 ， ， 男 教授 ， 士生导师 ． Ｅ ｍａｌ ｙｉ ｊ ． ｕｃ 博 — ｉ： ｌ ｔ ｅ ． ｊ ＠ｂ ｕ ｄ ｎ
第 １ 期 ０
全大鹏 ， ： ： Ｎ Ｙ ｒｂｎ ｈ 等 ； Ａ Ｓ Ｓ Ｗｏｋ ｅｃ 的固晶臂机构柔性动力学分析 ￣
究 对象 ， 以减 少臂 端 的振动 、 提高 响 应速 度 为 目标 ， 利 用 ＡＮ Ｙ ｒｂｎｈ Ａ Ａ 联 合 仿 真 以及 Ａ Ｓ Ｓ Ｓ ＳＷｏｋ ｅｃ— Ｄ ＭＳ ＮＹ Ｗｏｋ ｅｃ 模 块 间仿 真这 两 种方 法 对不 同参 数 下 的结 ｒｂｎｈ 构进 行 动 力学 分 析 ， 提 高 固晶机 的性 能提 供 一种 有 为
收 稿 日期 ：２ １— ５ ０ ０２０—７
文献 ［ ］ １讨论了新型固晶机固晶臂 的不同几何布 局及其对生产效率 的影响； 文献 ［— ］ ２ ３从机械结构、 电 控技术、 工艺 功 能介 绍 固 晶机 新 技术 ； 文献 ［— ］ 绍 ４ ７介 了一种并联运 动执行机构固晶臂 ， 其定位精度好 ， 但 运动效率较低且控制复杂 ； 文献［— ３ 介绍 了连杆机 ８ １］ 构 弹性动力学分析 的方法和步骤 ， 以及 一些优化方 案。
基于Ａ Ｙ ｒ ｂ ｎ ｈ ＮＳ Ｓ Ｗｏｋ ｅｃ 的固晶臂机构 柔性 动力学分析宰
全 大 鹏 ， 建 勇 王 恒 ， 丽 梅 李 ， 马
（ 北京 交通 大学 机械 与 电子 控制 工程 学 院 ，北京 １０ ４ ） ０ ０４
摘 要 ：针 对 固晶机 设 备对 固 晶机构 的高 速 、 高稳 定 性要 求 ， 于 采用 曲柄摇 杆 结 构 的 固晶 机构 的 三维 实 体模 型 ， Ａ Ｓ Ｓ 基 以 Ｎ Ｙ Ｗｏｋｅ ｃ 有 限元分析软件 为基础 ， ｒｂｎ ｈ 利用 Ａ Ｓ ＳＷｏｋ ｅ ｃ— Ｄ ＭＳ Ｎ Ｙ ｒｂｎｈ Ａ Ａ 联合仿真及 Ａ Ｓ ＳＷｏｋ ｅｃ 的静力 、 Ｎ Ｙ ｒｂ ｎｈ 动力学仿真模块这两种 柔性动力学分析方法 ， 对固晶臂 机构末端 工作 位置的运动 、 动力学特性进行 了仿真分析 。研究结果表 明 ，ＮＳ ＳＷｏｋ ｅ ｃ 模块仿 Ａ Ｙ ｒｂ ｎｈ 真方法与 Ｗｏｋ ｅｃ — Ｄ ＭＳ ｒｂ ｎｈ Ａ Ａ 联合仿真相 比， 仿真结果具有一致性 ， 其仿 真过 程相对简单 ， 但 便于操作 ； 其仿真结果可为 固晶机构后 续的设 计优化提供依据 。
本 研 究 以采 用 曲柄 摇 杆 结 构传 动 的 固 晶臂 为 研
基金项 目：中央高校基本科研业务费专项资金资助项 目（０ ９Ｂ ５ ） ２ ０ Ｊ Ｍ１２ 作者简介 ：全大鹏 （９ ６ ）男 ， １８ 一 ， 山东青岛人 ， 主要从事机 电装备仿真与控制方面 的研究． － ａ ： １ １ ８＠ ｊ ． ｕ ｎ Ｅ ｍ ｉ ｌ ２４ ４ ｂ ｕ ｄ ． ｌＯ ｔｅ ｃ
Ａｂ ｔａ ｔ Ａｉ ｎ ｔ ｔ ｅ ｒｐ ｄ， ｉ ｈ ｓａ ｉ ｔ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔ ｆ ｄ ｅ ｂ ｕ ｄ ｒ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ － ｉ ｎ ｉｎ ｌ ｓ ｌ ｄ ｌ ｏ ｉ— ｏ ｎ ｅ ｓ ｒ ｃ ： ｍｉ ｇ ａ ｈ ａ ｉ ｈ ｇ ｔ ｂｌ ｙ ｒ ｑ ｉｅ ｎ ｓ ｏ ｉ — ｏ ｎ ｅ ， ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ３ ｄ ｍｅ ｓｏ ａ ｏｉ ｍｏ ｅ ｆ ｄ ｅ ｂ ｕ ｄ ｒ ｉ ｄ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｗｉ ｒ ｎ — ｏ ｋ ｒ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｄ ＡＮＳ ｏ ｋ ｅ ｃ ｉ ｉ ｌｍｅ ｔ ａ ａ ｙ ｉ ｏ ｔ ｒ ， ｗ ｌ ｘｂ ｅ ｄ ｎ ｍｉ ｎ ｌ ｓｓ ｍｅｈ ｄ ， ｔｕ ｔ ｒ ｔ ｃ ａ ｋ ｒ ｃ ｅ ｔ ｔ ｒ ｎ ｈ ｕ ＹＳ Ｗ ｒ ｂ ｎ ｈ ｆｎｔ ｅｅ ｎ ｎ ｌ ｓ ｓ ｆ ｅ ｓ ｗａ ｅ ｔ ｏ ｆ ｉ ｌ ｙ ａ ｃ ａ ａ ｙ ｉ ｔ ｏ ｓ ｅ Ｃ — ｉ ｌｔ ｎ ｏ Ｏ ｓｍｕ ａ ｉ ｆ ＡＮＳ ｏ ｋ ｅ ｃ — ｏ ＹＳ Ｗ ｒ ｂ ｎ ｈ ＡＤＡＭＳ ａ ｄ Ｃ — ｉ ｌｔ ｎ ｏ ｎ Ｏ ｓｍｕ ａｉ ｆ ＡＮＳ ｏ ｋ ｅ ｃ ｄ ｌｓ ｗｅ ｅ ｕ ｅ ｏ ｓｕ ｙ ｔ ｅ ｓａｉ ｓ ａ ｄ ｏ ＹＳ Ｗ ｒ ｂ ｎ ｈ ｍｏ ｕ ｅ ， ｒ ｓ ｄ ｔ ｔ ｄ ｈ ｔ ｔ ｎ ｃ ｄ ｎ ｍｉ ｓ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｆｔ ｅ ｅ ｄ Ｗ ｒ ｏ ｉ ｏ ｆ ｄ ｅ ｂ ｕ ｄ ｒ ａ ｌ．Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅ ＡＮＳ ｒ ｂ ｎ ｈ ｍｅ ｈ ｄ ｃ ｎ ｏ ｔｉ ｈ ｙ ａ ｃ ｈ ｒ ｃ ｅ ｓ ｏ ｈ ｎ Ｏ ｋ ｐ ｓｔ ｎ ｏ ｉ — ｏ ｎ ｅ ｒ ｉ ｎ ｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗｓ ｔ ａ ｈ ＹＳ Ｗｏ ｋ ｅ ｃ ｔ ｏ ａ ｂ ａ ｎ ｔ ｅ ｓ ｍｅ ｒ ｓ ｌ ｃ ｍｐ ｄ ｔ ｈ ａ ｅ ｕ ｔ ｏ ￣ｅ ｏ ｔ ｅ ＡＮＳ ｏ ｋ ｅ ｃ — ＹＳ Ｗ ｒ ｂ ｎ ｈ ＡＤＡＭＳ ｃ ｍｂ ｎ ｔ ｎ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｍｅｈ ｄ ｂ ｔ ｉ ｈ ｓ ａ ｍｕ ｈ ｓｍｐ ｅ ｒ ｃ ｓ ． ｎ ｈ ｏ ｉ ａｉ ｉ ｌｔ ｔ ｏ ． ｕ ｔ ａ ｃ ｉ ｌ ｒ ｐ ｏ ｅ ｓ ａ ｄ ｔｅ ｏ ｏ ｓ ｂ ｅ ｕ ｎ ｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｄ ｓｇ ｃ ｅ ａ ｅ ｏ ｔｉ ｅ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｅ ｒ ｓ ｌ ． ｕ ｓ ｑ ｅ ｔｏ ｔ ｍｉａｉ ｅ ｉｎ ｓ ｈ ｍｅ ｃ ｎ ｂ ｂ ａ ｎ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｓ ｅ ｕ ｔ ｏ ｓ
Ｏ 引 言
中国半导体产业的飞速发展 为半导体设备业带 来广 阔的市场 ， 国内从事半导体设备开发与生产 的企 业正在迅 速增加 。固晶机作为半导体后续封装工序 的关键设备之一 ， 具有高速 、 高精度 、 高稳定性等特点 ， 且对其性能要求也越来越高。固晶机构作为固晶机的 主要 运动 机构 ， 固晶机 的性 能起着决 定性 的作用 。 对
ｌ ， ∑ “ ：
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（ ）固晶机构原理 图 ａ
‘
（） ５
ｌ ， ∑ （ ） （ ） ｆ 功 ＝ 咖
式 中： ｎ一 节 点处 广 义 坐标 总数 ； 、 一 型 函 咖
数 ； ， 一纵 向位移函数 ； —横 向位移函数。 力 Ｗ ， 忽略界面转动动能 ， 用拉格朗 日方程得 出单元动
关键词 ：固晶机 ；四连杆机构 ；有 限元分析 ；柔性动力 学分析 ；Ａ Ｓ Ｓ Ｗｏｋ ｅｃ ；Ａ Ａ Ｎ Ｙ ｒｂ ｎｈ Ｄ ＭＳ
中 图分 类 号 ： Ｈ１２ Ｔ ２ 文献 标 志 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ １４ ５ （０ ２ １— １６ ０ １０ — ５ １２ １）０ １４ — ４
Ｆｌｘ ｂ ｅ ｄｙ ｍ ｉｓ ａ ｌ ｓｓ ｏ ｅ＿ ｕｎｄ ｒ ａ ｍ ｓ ｄ ｅ ｉ ｌ ｎａ ｃ ｎａ ｙ ｉ ｆｄｉ。ｂｏ － ｅ ｒ ｂａ ｅ
ｏ ｎ ＡＮＳ ｏ ｋ ｅ ｃ ＹＳ Ｗ ｒ ｂ ｎ ｈ
Ｗ Ｈｅ ｇ，ＭＡ —ｍｅ Ｌｉ ｉ Ｑ ＡＮ Ｄ — ｅｇ Ｌ ｉｎ ｙｎ ， ＡＮＧ ｎ Ｕ ａ ｐｎ ， Ｉ ａ — ｏｇ Ｊ
效途 径 。
ｚ 、
（） ２
ｌ＝ 、
（） ３
其设计 目的是使机构运转 的最小传动角具有最
大 值 ， 最 好 处 于非 工 作 行 程 中 。 根 据 机 械 设 计 手 且 册 ， 构运 转最 小 传 动 角 容 许 值 应按 受 力 情 况 、 动 机 运 副间隙、 摩擦 、 度 等 而定 ， 般 而言 高速 机 构传 动 角 速 一
１ 固 晶 机 构
固晶结 构 可 有 多种 形 式 ， 曲柄 摇 杆机 构 具 有输 而 出轴在 两 极 限位 置 处角 速 度 为零 的 优点 ， 阶段 固晶 现
机的固晶臂一般都是采用 曲柄摇杆机构传动 ， 采用四 连 杆机 构 的奇异 点位 置作 为取 晶和 固晶 的工 作位 置 。 曲柄摇杆 机构的原理 图如 图 １ ａ所示 ， 中 Ａ （） 其 、 Ｂ Ｃ Ｄ为转 动 副 ， Ｄ固定 在 机 架 上 。１ 为 驱 动 曲 、、 Ａ、 杆 柄 ， 为连杆 ， 为摇杆 ， ２ ３ 其延长线杆 ４ 固晶臂运动的 为 工 作杆 件 。电 机驱 动 曲柄 １ Ｂ 和 Ｂ， 问运 动 ， 动 在 ， 之 带
摇 杆 ３ Ｃ和 ｃ之 间做 ０角摆 动 ， 在 相应 地 固 晶臂 的工 作杆 件 ４ Ｅ和 Ｅ之 间做 ０角摆动 。 在 ”
不小于５ 。 ０ 。按最小传动角最大值原理 ， 本研究采用 ０ 型 曲柄摇杆机构 ， 旋转摆臂 ０ ９ 。 最小传动角 出现 ＝０ ， 在 曲柄与机架共线的两个位置 ， 且大小相 同。若令机 架杆长 ｚ ｌ可 以分别确定 曲柄 ｚ 连杆 ｚ 摇杆的 ＝ ， 、 杆长 ｚ 进而根据下式确定该机构的最小传动角 ： ，
第 ２ 卷 第 １ 期 ９ ０ ２ １年 ｌ ０２ ０月
机
电
工
程
Ｖ０ ．２ ｏ １ １ ９ Ｎ ．０
０ｅ． ２ ２ ｔ ０１
Ｊ ｕ ａ ｆＭｅ ｈ ｎ ｃ ｌ＆ Ｅｌｃｒｃ ｌＥ ｇｎ ｅ ｎ ｏ ｒ ｌｏ ｃ ａ ｉａ ｎ ｅ ｔ ａ ｎ ｉｅ ｒ ｇ ｉ ｉ
能表达 式 为 ：
＝
１Ｊｍ 【 。 ， Ｌ
］＋ ｄ ２ ｍ 【 ，ｄ （ ２ ） ］
，
， 、
式 中：
（ ） 固 晶机 构 三 维 实 体 图 ｂ
Baidu Nhomakorabea
， ， （， 横 向和轴 向绝 对 速度 ； 一 一 ｍ
质 量分 布 函数 。