Solid Edge在貼片半導體行業(yè)設備設計中的應用

2013-05-16 by:廣州有限元分析、培訓中心-www.br5w05v.cn 來源:仿真在線

本文主要闡述了基于Solid Edge的虛擬設計技術基本理論,并以一種仿貼片機教具為例,詳細介紹其在Solid EdgeV20環(huán)境下的參數(shù)化建模過程,以及Solid Edge軟件各種功能在設計中的應用。
門武斌王亮
關鍵字:三維CAD Solid Edge 貼片半導體設備機械設計

1.前言
Solid Edge 是一個用于進行機械裝配、零件建模和圖紙生成的計算機輔助設計 (CAD) 系統(tǒng)。Solid Edge 采用“流”技術開發(fā),具有優(yōu)異的軟件性能和友好的用戶界面,通過借助推理邏輯和決策管理概念捕捉工程師的立體建模設計意圖,能夠確保用戶的生產率及投資回報的最大化。
    它有6大功能特點:
    ① 智能化、參數(shù)化、基于特征的設計技術;
    ② 便捷的裝配設計和零件管理;
    ③ 出色的鈑金、焊接設計功能;
    ④ 優(yōu)良的工程繪圖及轉換工具;
    ⑤ 良好的軟件接口;
    ⑥ 提供了干涉檢查、模擬運動和動畫功能。
    本文以一種仿真貼片機教具為例,利用Solid Edge軟件對其進行設計,充分利用Solid Edge的以上介紹的各種功能,減少設計階段制作實體模型的時間和費用,提高了設計效率,降低制造成本。

    2.貼片半導體設備介紹
    1) 貼片半導體設備的特點
    貼片半導體元件如Chip-R(貼片電阻)、MLCC(多層貼片電容)等,其尺寸較小(最小尺寸達0.4x0.2mm),且產量較大,這就要求相關設備具有高速、高精度的特點,設備運行時多機構共同運動,設備設計難度較大、時間較長。
    2) 設備的結構組成
    貼片半導體元件設備可以認為由以下幾種結構和零件組成:
    A)標準購買品,如電機、氣缸和軸承等可以從市場上購買的標準產品;
    B)標準加工品,如齒輪、同步帶輪和絲杠等具有各種標準的加工品;
    C)非標加工品,由設計人員進行設計的非標準的通過加工制作的鈑金件、零件和結構;

3. 仿真貼片機教具結構簡介:
如圖1所示,仿真貼片機教具從結構可以分為框架和主體結構?？蚣苤杏职ㄖЪ?鈑金門窗,顯示器及鍵盤框等;如圖2所示,主體結構中包括X、Y、Z軸結構,其中X、Y軸由步進電機驅動精密滾珠絲杠及導軌構成的導軌引動器結構,Z軸通過絲杠和雙行程氣缸驅動,絲杠和氣缸中間加入可以調節(jié)的攝像頭;制品座安裝在底板上,并設計成為高度可調節(jié)結構,制品放置在制品座上;
設備仿照貼片機的工作原理,通過X、Y、Z軸的有序動作,將制品從一個制品座上移動到另一個制品座上,其位置確認和工作順序通過攝像系統(tǒng)分析確認及工控機控制。

Solid Edge在貼片半導體行業(yè)設備設計中的應用solidworks simulation技術圖片1

Solid Edge在貼片半導體行業(yè)設備設計中的應用solidworks simulation技術圖片2

以下根據(jù)設備的結構組成詳細介紹設備在Solid Edge V20環(huán)境下的設計過程。

3. Solid Edge V20環(huán)境下設備的設計過程
3.1關于購買品的設計:
現(xiàn)在,各個標準購買品的廠商普遍制作出其產品的電子版本的圖紙,大多數(shù)為2D的通用格式,如Dxf格式;部分廠家也建立了3D的產品圖形庫,供客戶選用,其格式通常為Igs及Stp格式;
Solid Edge軟件具有強大的數(shù)據(jù)接口和2D-3D轉換功能,它能夠讀取除本身格式以外的21種格式文件,全面地覆蓋了現(xiàn)在應用比較廣泛的各種3D軟件及各種通用的格式,如proengineer、Solid Works、Catia等。在讀取其他文件的過程中,可以通過“特征識別”功能,將其他格式的3D文件的零件特征轉換為Solid Edge軟件本身的特征,方便修改以及在裝配環(huán)境下的組裝。同時,可以對這些特征進行重組,使導入的特征能夠“相對運動”,從而實現(xiàn)全面的干涉分析和動畫制作。
Solid Edge同時具有強大的2D-3D轉換功能,能夠將2D的三視圖經過拉伸和旋轉,迅速的轉換為Solid Edge零件環(huán)境下的立體圖形。

3.2關于標準加工品的設計
標準購買品如齒輪、凸輪和同步帶輪等,有著嚴格的設計標準,在設計過程需要按標準選擇參數(shù),并需通過計算來驗證其強度、壽命是否滿足設備的要求;
Solid Edge軟件中的工程參考中設計了13種常用標準加工品的自動設計、計算和出圖的工具,包括軸、齒輪、鏈輪、彈簧、梁等,使用工程參考工具,可以根據(jù)設計的要求設計輸入?yún)?shù),通過計算和圖形創(chuàng)建功能可以很快的設計出傳動結構的零件圖,并驗證其強度及壽命。
如直齒輪的設計,如圖6所示,根據(jù)要求輸入齒輪參數(shù),如齒數(shù)比、壓力角、中心距等,和計算參數(shù),如安裝孔徑、面寬等,設置計算條件后,點擊計算按鈕,如圖3所示,即可以得到計算結果,直接輸出齒輪的關鍵參數(shù),如齒數(shù)、模數(shù)、壓力角等,并能夠對齒輪的強度進行驗證;這種設計方式,無疑大大的減少了設計和計算的時間,提高了設計效率。

Solid Edge在貼片半導體行業(yè)設備設計中的應用solidworks simulation技術圖片3

3.3 關于非標準加工品的設計
3.3.1 設備支架及鈑金件的設計
可以在Solid Edge軟件的框架庫中添加經常使用的一些實體模型,比如各種尺寸的方鋼、角鋼、工字鋼等,在裝配環(huán)境下,繪制設備支架基本構造的“立體草圖”后,如圖4,可以在“應用程序”的“框架設計”環(huán)境中,導入相應的實體模型,既可以立刻生成相應的框架模型,如圖4所示。同時,我們可以通過修改框架模型“立體草圖”的尺寸來生成所需的框架,這樣,對設計效率提高有很大的提高。

Solid Edge在貼片半導體行業(yè)設備設計中的應用solidworks simulation技術圖片4

    Solid Edge包含一個獨特的專用于鈑金設計的建模環(huán)境。鈑金設計環(huán)境與裝配、零件設計、二維制圖,塑料件或鑄件設計,以及數(shù)據(jù)管理等完全集成在一起,對于那些包含鈑金件的產品,可減少你的設計時間。
    例如,在鈑金的設計過程中,模型可以在“鈑金”和“零件”環(huán)境中互相切換,這樣就可以在設計過程中,將“鈑金”和“零件”設計的優(yōu)點結合在一起,避免二次設計,從而提高了設計效率。
    如圖5所示,為利用“鈑金”和“零件”共同設計的設備上框架。

Solid Edge在貼片半導體行業(yè)設備設計中的應用solidworks simulation技術圖片5

3.3.2 零件的設計建模
Solid Edge軟件具有強大的零件建模功能,它提供了豐富的建模特征,按照各個特征操作提示欄中的步驟說明,選擇或輸入相應的參數(shù)便可以迅速的進行零部件的建模。在Solid Edge的建模功能中,有一個很大的優(yōu)點就是淡化尺寸,即用繪圖和特征命令建立模型后,利用尺寸標注工具來標注尺寸,一旦特征元素標注了尺寸,就構成尺寸約束,其特征形狀就基本固定了.根據(jù)模型特征之間尺寸的相對關系,確定出驅動尺寸和被驅動尺寸,給兩種尺寸建立函數(shù)關系式,從而控制模型特征元素的大小和位置,通過修改驅動尺寸的值來改變模型特征,這樣就實現(xiàn)了尺寸驅動,也就是參數(shù)化設計。
Solid Edge同樣可以進行變量建模,變量化建模是將Soid Edge的零件設計模塊打開,建立零件的三維實體模型,標注零件的特征尺寸,從而建立設計變量,并且變量名和尺寸都顯示在變量表中。
可以通過編程軟件中訪問SolidEdge模型變量表,通過數(shù)值、函數(shù)、子程序等方式建立變量之間的關系。通過編程軟件獲得變量表中模型的設計變量,編輯更改設計變量實現(xiàn)對模型的更新,將變量表與程序開發(fā)相結合實現(xiàn)變量化設計是對Solid Edge進行二次開發(fā)的常用方法。

3.4 裝配環(huán)境下的設備組裝
在進行完框架和零件的設計后,可以進行設備的裝配設計。Solid Edge支持兩種裝配設計方法:自底向上和自頂向下的裝配方法。自底向上是將現(xiàn)有零件一個一個安裝成裝配體的設計過程,自頂向下的設計是一個從裝配體到零件的設計過程。實際生產中兩種設計方法可能是并存的。
在裝配過程中,一般按照預想的現(xiàn)實裝配順序進行裝配,并根據(jù)各個機構的功能制作多個獨立裝配,便于向后對設備的更改,以及動畫及干涉分析時的設置。本設備詳細的主體裝配圖如圖2。
3.5 平面圖紙生成
Solid Edge軟件支持從3D到2D的相互轉換和相關功能,由該軟件提供的工程圖模塊,將已經設計完成的零件圖和裝配圖均可自動生成為2D視圖,包括投影面視圖以及立體圖形;Solid Edge的標注功能十分豐富,可以在樣式中建立本公司圖紙的標注標準,并可以通過修改“背景圖紙”建立圖框的標準。如圖6是本設備的零件和主體結構的平面圖紙。

Solid Edge在貼片半導體行業(yè)設備設計中的應用solidworks simulation技術圖片6

3.6干涉檢查的應用
以往,機械設計中的干涉檢查,我們必須翻開所有相關的零部件圖紙,一一校對關聯(lián)尺寸,即費力又費時,而且不容易檢查出來。通常要等到加工后或裝配時才發(fā)現(xiàn),造成不必要的浪費。利用SE在裝配環(huán)境中,選擇一個零件并對另一個零件檢查,也可以選擇一個或多個零件進行互相的干涉檢查。另外,也可以將干擾分析數(shù)據(jù)保存在文檔中。以便分析造成干涉的原因,并加以修改。
在設備裝配過程中,也可以通過“移動零件”功能,對該零件或結構與外部零件的干涉情況進行檢查,并初步判斷出其行程及干涉情況。在本設備的設計裝配過程中及裝配后,充分的運用了Solid Edge的干涉檢查功能,及時修改問題點,節(jié)省了設計時間。

4.結論
Solid Edge是一個功能強大的三維計算機輔助設計軟件,它能使機械產品、加工產品、機電產品和其他產品的設計者方便快捷。提供專業(yè)的3D CAD功能,以及取出即用的方便性。擁有Solid Edge您可以將更多的時間花在設計,而不用花時間在學習及操縱CAD系統(tǒng)上。因而對一般的產品設計工作,Solid Edge完全可以勝任。

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