Solid Edge在貼片半導(dǎo)體行業(yè)設(shè)備設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2013-05-16 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線

本文主要闡述了基于Solid Edge的虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)基本理論,并以一種仿貼片機(jī)教具為例,詳細(xì)介紹其在Solid EdgeV20環(huán)境下的參數(shù)化建模過(guò)程,以及Solid Edge軟件各種功能在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
門(mén)武斌王亮
關(guān)鍵字:三維CAD Solid Edge 貼片半導(dǎo)體設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)

1.前言
Solid Edge 是一個(gè)用于進(jìn)行機(jī)械裝配、零件建模和圖紙生成的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD) 系統(tǒng)。Solid Edge 采用“流”技術(shù)開(kāi)發(fā),具有優(yōu)異的軟件性能和友好的用戶界面,通過(guò)借助推理邏輯和決策管理概念捕捉工程師的立體建模設(shè)計(jì)意圖,能夠確保用戶的生產(chǎn)率及投資回報(bào)的最大化。
    它有6大功能特點(diǎn):
    ① 智能化、參數(shù)化、基于特征的設(shè)計(jì)技術(shù);
    ② 便捷的裝配設(shè)計(jì)和零件管理;
    ③ 出色的鈑金、焊接設(shè)計(jì)功能;
    ④ 優(yōu)良的工程繪圖及轉(zhuǎn)換工具;
    ⑤ 良好的軟件接口;
    ⑥ 提供了干涉檢查、模擬運(yùn)動(dòng)和動(dòng)畫(huà)功能。
    本文以一種仿真貼片機(jī)教具為例,利用Solid Edge軟件對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì),充分利用Solid Edge的以上介紹的各種功能,減少設(shè)計(jì)階段制作實(shí)體模型的時(shí)間和費(fèi)用,提高了設(shè)計(jì)效率,降低制造成本。

    2.貼片半導(dǎo)體設(shè)備介紹
    1) 貼片半導(dǎo)體設(shè)備的特點(diǎn)
    貼片半導(dǎo)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(dá)0.4x0.2mm),且產(chǎn)量較大,這就要求相關(guān)設(shè)備具有高速、高精度的特點(diǎn),設(shè)備運(yùn)行時(shí)多機(jī)構(gòu)共同運(yùn)動(dòng),設(shè)備設(shè)計(jì)難度較大、時(shí)間較長(zhǎng)。
    2) 設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成
    貼片半導(dǎo)體元件設(shè)備可以認(rèn)為由以下幾種結(jié)構(gòu)和零件組成:
    A)標(biāo)準(zhǔn)購(gòu)買品,如電機(jī)、氣缸和軸承等可以從市場(chǎng)上購(gòu)買的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品;
    B)標(biāo)準(zhǔn)加工品,如齒輪、同步帶輪和絲杠等具有各種標(biāo)準(zhǔn)的加工品;
    C)非標(biāo)加工品,由設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)的通過(guò)加工制作的鈑金件、零件和結(jié)構(gòu);

3. 仿真貼片機(jī)教具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介:
如圖1所示,仿真貼片機(jī)教具從結(jié)構(gòu)可以分為框架和主體結(jié)構(gòu)?？蚣苤杏职ㄖЪ?鈑金門(mén)窗,顯示器及鍵盤(pán)框等;如圖2所示,主體結(jié)構(gòu)中包括X、Y、Z軸結(jié)構(gòu),其中X、Y軸由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)精密滾珠絲杠及導(dǎo)軌構(gòu)成的導(dǎo)軌引動(dòng)器結(jié)構(gòu),Z軸通過(guò)絲杠和雙行程氣缸驅(qū)動(dòng),絲杠和氣缸中間加入可以調(diào)節(jié)的攝像頭;制品座安裝在底板上,并設(shè)計(jì)成為高度可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu),制品放置在制品座上;
設(shè)備仿照貼片機(jī)的工作原理,通過(guò)X、Y、Z軸的有序動(dòng)作,將制品從一個(gè)制品座上移動(dòng)到另一個(gè)制品座上,其位置確認(rèn)和工作順序通過(guò)攝像系統(tǒng)分析確認(rèn)及工控機(jī)控制。

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以下根據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成詳細(xì)介紹設(shè)備在Solid Edge V20環(huán)境下的設(shè)計(jì)過(guò)程。

3. Solid Edge V20環(huán)境下設(shè)備的設(shè)計(jì)過(guò)程
3.1關(guān)于購(gòu)買品的設(shè)計(jì):
現(xiàn)在,各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)購(gòu)買品的廠商普遍制作出其產(chǎn)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(chǎn)品圖形庫(kù),供客戶選用,其格式通常為Igs及Stp格式;
Solid Edge軟件具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)接口和2D-3D轉(zhuǎn)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(yīng)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(guò)程中,可以通過(guò)“特征識(shí)別”功能,將其他格式的3D文件的零件特征轉(zhuǎn)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(shí),可以對(duì)這些特征進(jìn)行重組,使導(dǎo)入的特征能夠“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”,從而實(shí)現(xiàn)全面的干涉分析和動(dòng)畫(huà)制作。
Solid Edge同時(shí)具有強(qiáng)大的2D-3D轉(zhuǎn)換功能,能夠?qū)?D的三視圖經(jīng)過(guò)拉伸和旋轉(zhuǎn),迅速的轉(zhuǎn)換為Solid Edge零件環(huán)境下的立體圖形。

3.2關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)加工品的設(shè)計(jì)
標(biāo)準(zhǔn)購(gòu)買品如齒輪、凸輪和同步帶輪等,有著嚴(yán)格的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),在設(shè)計(jì)過(guò)程需要按標(biāo)準(zhǔn)選擇參數(shù),并需通過(guò)計(jì)算來(lái)驗(yàn)證其強(qiáng)度、壽命是否滿足設(shè)備的要求;
Solid Edge軟件中的工程參考中設(shè)計(jì)了13種常用標(biāo)準(zhǔn)加工品的自動(dòng)設(shè)計(jì)、計(jì)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(shè)計(jì)的要求設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù),通過(guò)計(jì)算和圖形創(chuàng)建功能可以很快的設(shè)計(jì)出傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的零件圖,并驗(yàn)證其強(qiáng)度及壽命。
如直齒輪的設(shè)計(jì),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(jì)算參數(shù),如安裝孔徑、面寬等,設(shè)置計(jì)算條件后,點(diǎn)擊計(jì)算按鈕,如圖3所示,即可以得到計(jì)算結(jié)果,直接輸出齒輪的關(guān)鍵參數(shù),如齒數(shù)、模數(shù)、壓力角等,并能夠?qū)X輪的強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)證;這種設(shè)計(jì)方式,無(wú)疑大大的減少了設(shè)計(jì)和計(jì)算的時(shí)間,提高了設(shè)計(jì)效率。

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3.3 關(guān)于非標(biāo)準(zhǔn)加工品的設(shè)計(jì)
3.3.1 設(shè)備支架及鈑金件的設(shè)計(jì)
可以在Solid Edge軟件的框架庫(kù)中添加經(jīng)常使用的一些實(shí)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(shè)備支架基本構(gòu)造的“立體草圖”后,如圖4,可以在“應(yīng)用程序”的“框架設(shè)計(jì)”環(huán)境中,導(dǎo)入相應(yīng)的實(shí)體模型,既可以立刻生成相應(yīng)的框架模型,如圖4所示。同時(shí),我們可以通過(guò)修改框架模型“立體草圖”的尺寸來(lái)生成所需的框架,這樣,對(duì)設(shè)計(jì)效率提高有很大的提高。

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    Solid Edge包含一個(gè)獨(dú)特的專用于鈑金設(shè)計(jì)的建模環(huán)境。鈑金設(shè)計(jì)環(huán)境與裝配、零件設(shè)計(jì)、二維制圖,塑料件或鑄件設(shè)計(jì),以及數(shù)據(jù)管理等完全集成在一起,對(duì)于那些包含鈑金件的產(chǎn)品,可減少你的設(shè)計(jì)時(shí)間。
    例如,在鈑金的設(shè)計(jì)過(guò)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(shè)計(jì)過(guò)程中,將“鈑金”和“零件”設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起,避免二次設(shè)計(jì),從而提高了設(shè)計(jì)效率。
    如圖5所示,為利用“鈑金”和“零件”共同設(shè)計(jì)的設(shè)備上框架。

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3.3.2 零件的設(shè)計(jì)建模
Solid Edge軟件具有強(qiáng)大的零件建模功能,它提供了豐富的建模特征,按照各個(gè)特征操作提示欄中的步驟說(shuō)明,選擇或輸入相應(yīng)的參數(shù)便可以迅速的進(jìn)行零部件的建模。在Solid Edge的建模功能中,有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)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(biāo)注工具來(lái)標(biāo)注尺寸,一旦特征元素標(biāo)注了尺寸,就構(gòu)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(duì)關(guān)系,確定出驅(qū)動(dòng)尺寸和被驅(qū)動(dòng)尺寸,給兩種尺寸建立函數(shù)關(guān)系式,從而控制模型特征元素的大小和位置,通過(guò)修改驅(qū)動(dòng)尺寸的值來(lái)改變模型特征,這樣就實(shí)現(xiàn)了尺寸驅(qū)動(dòng),也就是參數(shù)化設(shè)計(jì)。
Solid Edge同樣可以進(jìn)行變量建模,變量化建模是將Soid Edge的零件設(shè)計(jì)模塊打開(kāi),建立零件的三維實(shí)體模型,標(biāo)注零件的特征尺寸,從而建立設(shè)計(jì)變量,并且變量名和尺寸都顯示在變量表中。
可以通過(guò)編程軟件中訪問(wèn)SolidEdge模型變量表,通過(guò)數(shù)值、函數(shù)、子程序等方式建立變量之間的關(guān)系。通過(guò)編程軟件獲得變量表中模型的設(shè)計(jì)變量,編輯更改設(shè)計(jì)變量實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的更新,將變量表與程序開(kāi)發(fā)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)變量化設(shè)計(jì)是對(duì)Solid Edge進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的常用方法。

3.4 裝配環(huán)境下的設(shè)備組裝
在進(jìn)行完框架和零件的設(shè)計(jì)后,可以進(jìn)行設(shè)備的裝配設(shè)計(jì)。Solid Edge支持兩種裝配設(shè)計(jì)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(gè)一個(gè)安裝成裝配體的設(shè)計(jì)過(guò)程,自頂向下的設(shè)計(jì)是一個(gè)從裝配體到零件的設(shè)計(jì)過(guò)程。實(shí)際生產(chǎn)中兩種設(shè)計(jì)方法可能是并存的。
在裝配過(guò)程中,一般按照預(yù)想的現(xiàn)實(shí)裝配順序進(jìn)行裝配,并根據(jù)各個(gè)機(jī)構(gòu)的功能制作多個(gè)獨(dú)立裝配,便于向后對(duì)設(shè)備的更改,以及動(dòng)畫(huà)及干涉分析時(shí)的設(shè)置。本設(shè)備詳細(xì)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(zhuǎn)換和相關(guān)功能,由該軟件提供的工程圖模塊,將已經(jīng)設(shè)計(jì)完成的零件圖和裝配圖均可自動(dòng)生成為2D視圖,包括投影面視圖以及立體圖形;Solid Edge的標(biāo)注功能十分豐富,可以在樣式中建立本公司圖紙的標(biāo)注標(biāo)準(zhǔn),并可以通過(guò)修改“背景圖紙”建立圖框的標(biāo)準(zhǔn)。如圖6是本設(shè)備的零件和主體結(jié)構(gòu)的平面圖紙。

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3.6干涉檢查的應(yīng)用
以往,機(jī)械設(shè)計(jì)中的干涉檢查,我們必須翻開(kāi)所有相關(guān)的零部件圖紙,一一校對(duì)關(guān)聯(lián)尺寸,即費(fèi)力又費(fèi)時(shí),而且不容易檢查出來(lái)。通常要等到加工后或裝配時(shí)才發(fā)現(xiàn),造成不必要的浪費(fèi)。利用SE在裝配環(huán)境中,選擇一個(gè)零件并對(duì)另一個(gè)零件檢查,也可以選擇一個(gè)或多個(gè)零件進(jìn)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(shè)備裝配過(guò)程中,也可以通過(guò)“移動(dòng)零件”功能,對(duì)該零件或結(jié)構(gòu)與外部零件的干涉情況進(jìn)行檢查,并初步判斷出其行程及干涉情況。在本設(shè)備的設(shè)計(jì)裝配過(guò)程中及裝配后,充分的運(yùn)用了Solid Edge的干涉檢查功能,及時(shí)修改問(wèn)題點(diǎn),節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間。

4.結(jié)論
Solid Edge是一個(gè)功能強(qiáng)大的三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件,它能使機(jī)械產(chǎn)品、加工產(chǎn)品、機(jī)電產(chǎn)品和其他產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(shí)間花在設(shè)計(jì),而不用花時(shí)間在學(xué)習(xí)及操縱CAD系統(tǒng)上。因而對(duì)一般的產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作,Solid Edge完全可以勝任。

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