Solid Edge在贴片半导体行业设备设计中的应用

2013-05-16 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

本文主要阐述了基于Solid Edge的虚拟设计技术基本理论,并以一种仿贴片机教具为例,详细介绍其在Solid EdgeV20环境下的参数化建模过程,以及Solid Edge软件各种功能在设计中的应用。
门武斌王亮
关键字:三维CAD Solid Edge 贴片半导体设备机械设计

1.前言
Solid Edge 是一个用于进行机械装配、零件建模和图纸生成的计算机辅助设计 (CAD) 系统。Solid Edge 采用“流”技术开发,具有优异的软件性能和友好的用户界面,通过借助推理逻辑和决策管理概念捕捉工程师的立体建模设计意图,能够确保用户的生产率及投资回报的最大化。
    它有6大功能特点:
    ① 智能化、参数化、基于特征的设计技术;
    ② 便捷的装配设计和零件管理;
    ③ 出色的钣金、焊接设计功能;
    ④ 优良的工程绘图及转换工具;
    ⑤ 良好的软件接口;
    ⑥ 提供了干涉检查、模拟运动和动画功能。
    本文以一种仿真贴片机教具为例,利用Solid Edge软件对其进行设计,充分利用Solid Edge的以上介绍的各种功能,减少设计阶段制作实体模型的时间和费用,提高了设计效率,降低制造成本。

    2.贴片半导体设备介绍
    1) 贴片半导体设备的特点
    贴片半导体元件如Chip-R(贴片电阻)、MLCC(多层贴片电容)等,其尺寸较小(最小尺寸达0.4x0.2mm),且产量较大,这就要求相关设备具有高速、高精度的特点,设备运行时多机构共同运动,设备设计难度较大、时间较长。
    2) 设备的结构组成
    贴片半导体元件设备可以认为由以下几种结构和零件组成:
    A)标准购买品,如电机、气缸和轴承等可以从市场上购买的标准产品;
    B)标准加工品,如齿轮、同步带轮和丝杠等具有各种标准的加工品;
    C)非标加工品,由设计人员进行设计的非标准的通过加工制作的钣金件、零件和结构;

3. 仿真贴片机教具结构简介:
如图1所示,仿真贴片机教具从结构可以分为框架和主体结构。框架中又包括支架,钣金门窗,显示器及键盘框等;如图2所示,主体结构中包括X、Y、Z轴结构,其中X、Y轴由步进电机驱动精密滚珠丝杠及导轨构成的导轨引动器结构,Z轴通过丝杠和双行程气缸驱动,丝杠和气缸中间加入可以调节的摄像头;制品座安装在底板上,并设计成为高度可调节结构,制品放置在制品座上;
设备仿照贴片机的工作原理,通过X、Y、Z轴的有序动作,将制品从一个制品座上移动到另一个制品座上,其位置确认和工作顺序通过摄像系统分析确认及工控机控制。

Solid Edge在贴片半导体行业设备设计中的应用solidworks simulation技术图片1

Solid Edge在贴片半导体行业设备设计中的应用solidworks simulation技术图片2

以下根据设备的结构组成详细介绍设备在Solid Edge V20环境下的设计过程。

3. Solid Edge V20环境下设备的设计过程
3.1关于购买品的设计:
现在,各个标准购买品的厂商普遍制作出其产品的电子版本的图纸,大多数为2D的通用格式,如Dxf格式;部分厂家也建立了3D的产品图形库,供客户选用,其格式通常为Igs及Stp格式;
Solid Edge软件具有强大的数据接口和2D-3D转换功能,它能够读取除本身格式以外的21种格式文件,全面地覆盖了现在应用比较广泛的各种3D软件及各种通用的格式,如proengineer、Solid Works、Catia等。在读取其他文件的过程中,可以通过“特征识别”功能,将其他格式的3D文件的零件特征转换为Solid Edge软件本身的特征,方便修改以及在装配环境下的组装。同时,可以对这些特征进行重组,使导入的特征能够“相对运动”,从而实现全面的干涉分析和动画制作。
Solid Edge同时具有强大的2D-3D转换功能,能够将2D的三视图经过拉伸和旋转,迅速的转换为Solid Edge零件环境下的立体图形。

3.2关于标准加工品的设计
标准购买品如齿轮、凸轮和同步带轮等,有着严格的设计标准,在设计过程需要按标准选择参数,并需通过计算来验证其强度、寿命是否满足设备的要求;
Solid Edge软件中的工程参考中设计了13种常用标准加工品的自动设计、计算和出图的工具,包括轴、齿轮、链轮、弹簧、梁等,使用工程参考工具,可以根据设计的要求设计输入参数,通过计算和图形创建功能可以很快的设计出传动结构的零件图,并验证其强度及寿命。
如直齿轮的设计,如图6所示,根据要求输入齿轮参数,如齿数比、压力角、中心距等,和计算参数,如安装孔径、面宽等,设置计算条件后,点击计算按钮,如图3所示,即可以得到计算结果,直接输出齿轮的关键参数,如齿数、模数、压力角等,并能够对齿轮的强度进行验证;这种设计方式,无疑大大的减少了设计和计算的时间,提高了设计效率。

Solid Edge在贴片半导体行业设备设计中的应用solidworks simulation技术图片3

3.3 关于非标准加工品的设计
3.3.1 设备支架及钣金件的设计
可以在Solid Edge软件的框架库中添加经常使用的一些实体模型,比如各种尺寸的方钢、角钢、工字钢等,在装配环境下,绘制设备支架基本构造的“立体草图”后,如图4,可以在“应用程序”的“框架设计”环境中,导入相应的实体模型,既可以立刻生成相应的框架模型,如图4所示。同时,我们可以通过修改框架模型“立体草图”的尺寸来生成所需的框架,这样,对设计效率提高有很大的提高。

Solid Edge在贴片半导体行业设备设计中的应用solidworks simulation技术图片4

    Solid Edge包含一个独特的专用于钣金设计的建模环境。钣金设计环境与装配、零件设计、二维制图,塑料件或铸件设计,以及数据管理等完全集成在一起,对于那些包含钣金件的产品,可减少你的设计时间。
    例如,在钣金的设计过程中,模型可以在“钣金”和“零件”环境中互相切换,这样就可以在设计过程中,将“钣金”和“零件”设计的优点结合在一起,避免二次设计,从而提高了设计效率。
    如图5所示,为利用“钣金”和“零件”共同设计的设备上框架。

Solid Edge在贴片半导体行业设备设计中的应用solidworks simulation技术图片5

3.3.2 零件的设计建模
Solid Edge软件具有强大的零件建模功能,它提供了丰富的建模特征,按照各个特征操作提示栏中的步骤说明,选择或输入相应的参数便可以迅速的进行零部件的建模。在Solid Edge的建模功能中,有一个很大的优点就是淡化尺寸,即用绘图和特征命令建立模型后,利用尺寸标注工具来标注尺寸,一旦特征元素标注了尺寸,就构成尺寸约束,其特征形状就基本固定了.根据模型特征之间尺寸的相对关系,确定出驱动尺寸和被驱动尺寸,给两种尺寸建立函数关系式,从而控制模型特征元素的大小和位置,通过修改驱动尺寸的值来改变模型特征,这样就实现了尺寸驱动,也就是参数化设计。
Solid Edge同样可以进行变量建模,变量化建模是将Soid Edge的零件设计模块打开,建立零件的三维实体模型,标注零件的特征尺寸,从而建立设计变量,并且变量名和尺寸都显示在变量表中。
可以通过编程软件中访问SolidEdge模型变量表,通过数值、函数、子程序等方式建立变量之间的关系。通过编程软件获得变量表中模型的设计变量,编辑更改设计变量实现对模型的更新,将变量表与程序开发相结合实现变量化设计是对Solid Edge进行二次开发的常用方法。

3.4 装配环境下的设备组装
在进行完框架和零件的设计后,可以进行设备的装配设计。Solid Edge支持两种装配设计方法:自底向上和自顶向下的装配方法。自底向上是将现有零件一个一个安装成装配体的设计过程,自顶向下的设计是一个从装配体到零件的设计过程。实际生产中两种设计方法可能是并存的。
在装配过程中,一般按照预想的现实装配顺序进行装配,并根据各个机构的功能制作多个独立装配,便于向后对设备的更改,以及动画及干涉分析时的设置。本设备详细的主体装配图如图2。
3.5 平面图纸生成
Solid Edge软件支持从3D到2D的相互转换和相关功能,由该软件提供的工程图模块,将已经设计完成的零件图和装配图均可自动生成为2D视图,包括投影面视图以及立体图形;Solid Edge的标注功能十分丰富,可以在样式中建立本公司图纸的标注标准,并可以通过修改“背景图纸”建立图框的标准。如图6是本设备的零件和主体结构的平面图纸。

Solid Edge在贴片半导体行业设备设计中的应用solidworks simulation技术图片6

3.6干涉检查的应用
以往,机械设计中的干涉检查,我们必须翻开所有相关的零部件图纸,一一校对关联尺寸,即费力又费时,而且不容易检查出来。通常要等到加工后或装配时才发现,造成不必要的浪费。利用SE在装配环境中,选择一个零件并对另一个零件检查,也可以选择一个或多个零件进行互相的干涉检查。另外,也可以将干扰分析数据保存在文档中。以便分析造成干涉的原因,并加以修改。
在设备装配过程中,也可以通过“移动零件”功能,对该零件或结构与外部零件的干涉情况进行检查,并初步判断出其行程及干涉情况。在本设备的设计装配过程中及装配后,充分的运用了Solid Edge的干涉检查功能,及时修改问题点,节省了设计时间。

4.结论
Solid Edge是一个功能强大的三维计算机辅助设计软件,它能使机械产品、加工产品、机电产品和其他产品的设计者方便快捷。提供专业的3D CAD功能,以及取出即用的方便性。拥有Solid Edge您可以将更多的时间花在设计,而不用花时间在学习及操纵CAD系统上。因而对一般的产品设计工作,Solid Edge完全可以胜任。

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