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X - Y 运动模块是贴片机最重要的部分之一，通过控制伺服电机带动贴片头沿 X 、 Y 方向平移，精准、稳定地将吸嘴停在指定位置。在这个过程中，微小的误差都有可能带来贴片不稳定甚至贴片位置不正确这样的后果。因此， X - Y 运动机构的选型需要考虑很多影响因素，例如结构的合理性， X 、 Y 方向的行程， Z 轴的负载以及 Z 轴的运动，运动速度，工作环境以及使用寿命等。目前常见的类似的双轴运动结构主要有拱架式和悬臂式（见图3-4）两种。
图3-4（a）拱架式结构承载能力强，结构刚度大，具有较好的稳定性，一般用于精度要求高、负载较大、运动速度快的设备中。但拱架式结构由于自身结构占用空间大，一般在某个方向会有两个相互平行的轴或者直线导轨，这样就不可避免地加大了结构的复杂性以及成本。而且在驱动时，如果采用单轴驱动，则另一轴就变成了随动轴，这样就会因为相互力之间的影响产生扭矩，如果处理不得当就会产生形变，影响精度；如果采用双轴驱动，那么就必须保证两驱动的同步性，这是非常困难的。
图3-4（b）悬臂式结构占用空间小，各轴只需用单轴驱动就能保持完好的运行，成本低，一般用于小型、低速、精度要求较低的设备中。由于悬臂这种结构外带的负载以及结构的限制，悬臂部分会有微小变形，当运行速度过快，形变会明显增加，因此这种结构高度较低，不能用在高速、负载大的场合。
本书所述的贴片机精度要求高，运行速度快，贴片范围大，参考以上两种结构的对比，综合分析后决定采用拱架式结构。
图3-4 X - Y 运动模块选型
在进行结构设计之前，要根据贴片范围和所需实现功能要求，对主要部件进行参数量化，贴片范围和需要满足的要求如表3-1所示。
表3-1 X-Y 运动模块设计技术要求
根据表3-1以及其他零部件的大小，考虑各连接件之间的关系，初步确定 X 、 Y 方向尺寸： X 方向尺寸预先设定为850mm， Y 方向尺寸设定为720mm。由此，可以先对横梁和拱架进行设计，最后根据横梁和拱架的尺寸以及结构完成 X - Y 运动模块的结构设计。
（1）横梁的结构设计
横梁是贴片机 X 轴方向运动的承载部件，也是 Y 轴方向的运动部件，并且它直接与贴片头相连接，因此横梁是保证贴片机精准定位、稳定贴片的关键部件。本书所设计的贴片机为满足贴片速度，会有很大的加速度和减速度，而这些都直接作用在横梁上，因此选用质量较轻的铝合金作为横梁的材料。根据表3-1给出设计技术要求，考虑到整体的结构需要，初步设计横梁结构如图3-5所示。
图3-5 横梁结构
（2）拱架的结构设计
拱架式结构也被称为龙门式结构或动臂式结构，由于其结构稳定简单、运行灵活，目前市场上大多数贴片机都使用该种结构。拱架是贴片机横梁和贴片头的支撑部分，另外还承载着机器 X 、 Y 轴方向的运动，是贴片机最重要的模块之一。
大部分拱架结构采用与机架一体式的框架，结构刚度大、稳定，但是这种结构所占空间比例大，质量大不太容易移动，且制造加工价格昂贵。考虑到这些因素，本书中设计的拱架为独立式的，与一体式相比，独立式结构质量轻、互换性高、性能稳定、性价比高，所设计机架结构如图3-6所示。设计拱架之前，需要考虑的影响因素主要如下。
①整体尺寸以及 Y 轴方向行程；
②结构静态、动态性能以及安装形式；
③外观以及成本。
图3-6 拱架结构
（3） X - Y 运动结构设计
设计要求整机贴片精度达到±0.05mm，因此选用传动精度较高的丝杠-导轨机构。根据表3-1列出的设计要求以及以上对横梁和拱架的外形设计，对 X - Y 运动模块的初步设计如图3-7所示。
图3-7 X - Y 运动结构
（1） X 轴方向驱动电机计算
由图3-7能够看出， X 轴方向电机需克服的负载主要有：贴片头模块、 X 轴丝杠、联轴器以及其他零部件，因为联轴器及其他零部件相对质量较小，这里将其忽略。本书中所设计的贴片头总质量为 m 0 =16kg，贴片机 X 方向稳定运动速度为1m/s，且需在0.1s内将速度迅速提高到稳定速度。
① X 轴丝杠转换到电机的转动惯量 J x1 。
参考贴片机整体尺寸及贴片精度要求，所选丝杠导程 t =20mm，长度 l =800mm，直径 d =15mm，质量 m =1.1kg。
丝杠转换到电机的转动惯量 J 1 的计算公式：
（3-1）
式中 m ——丝杠的质量，kg；
t ——丝杠的导程，m；
i ——电机与丝杠的传动比（这里为1）。
将各数值代入式（3-1），可以得到：
②贴片头模块转换成电机的转动惯量 J x2 。
根据设计要求，贴片头模块的最大速度为 v m =1m/s=1000mm/s，需要在0.1s之内将速度迅速提升到最大速度，而丝杠导程为 t =20mm，则电机的最大转速应为 N = v m /t=50r/s（即3000r/min），电机的最大角速度为：
角加速度为：
贴片头模块转换到电机的转动惯量计算公式如下：
式中 m 0 ——贴片头模块的质量，kg；
v m ——贴片头模块最大速度，m/s；
w m ——电机的角速度，rad/s。
将各数值带入式（3-2），得到贴片头模块转换成电机的转动惯量：
③由 J x1 、 J x2 得到 X 轴总负载转换到电机的转动惯量。
④ X 轴总负载转换成电机的惯性力矩 T x 。
根据惯性力矩公式：
（3-3）
将 J x 和 ε 带入公式（3-3）得到：
⑤ X 轴摩擦负载 T xf 。
摩擦负载 T xf 的计算公式：
（3-4）
式中 u ——摩擦系数（这里取0.02）；
m 0 ——贴片头总质量，kg；
t ——丝杠导程，m。
将各数值带入式（3-4），得到：
⑥ X 轴负载功率 P x 。
功率 P x 的计算公式：
（3-5）
式中 T x —— X 轴总负载转换成电机的惯性力矩，N·m；
N ——电机的转速，r/min。
将以上计算得到数值代入式（3-5），得到 X 轴负载功率：
由以上计算结果，综合考虑选择台达ECMA系列C20602型号伺服电机，其主要性能参数为：
a.额定功率0.2kW；
b.额定扭矩为0.64N·m，最大扭矩为1.92N·m；
c.额定转速为3000r/min，最大转速为5000r/min。
（2） Y 轴方向驱动电机计算
由图3-8可以看出， Y 轴方向电机需克服的负载主要有： Y 轴丝杠、联轴器、横梁、贴片头以及 X 轴丝杠等，此处联轴器及其他小部件的质量同样忽略不计。现将横梁、贴片头以及 X 方向丝杠看做一个总体，其总质量为29.1kg， Y 轴方向采用与 X 轴同一型号丝杠，其总长度675mm，质量0.85kg。 Y 轴方向运动同样要求在0.1s内达到1m/s的速度。这里 Y 方向各参数的计算与 X 轴方向计算方法一样，不再赘述，将各参数代入式（3-1）～式（3-5），可以得到：
① Y 轴丝杠转换到电机的转动惯量
②工作台转换成电机的转动惯量
③ Y 轴总负载转换到电机的转动惯量
④ Y 轴转换成电机的惯性力矩
⑤ Y 轴摩擦负载
⑥ Y 轴负载功率
由以上计算数据，选择 Y 轴电机型号为ECMA伺服电机C20604型号，其主要性能参数为：
a.额定功率0.4kW；
b.额定扭矩为1.27N·m，最大扭矩为3.82N·m；
c.额定转速为3000r/min，最大转速为5000r/min。