[机械模具数控自动化专业毕业设计外文文献及翻译]【期刊】印刷电路板高速组合钻床模块划分及应用-中文翻译

印刷电路板高速组合钻床模块划分及应用 关键词 :高速 PCB 钻床、模块划分、性能测试 摘要 本文的目标是设计一个加工印刷电路板的微孔直径 0.1 毫米的高速钻孔机 ,拥有钻井测量功能和力量快速变化轴功能。因此 ,在本文中 ,用模块划分方法对钻孔机进行了分析。结合PCB 高速钻井机对高速钻孔机的模块进行了分区印刷电路板 (PCB),以及使用模块化的组件。然后 ,对模块化的高速 PCB 钻床进行了性能测试和模拟的动态建模。结果表明 ,模块化的 PCB高速钻井机性能好 ,拥有足够的刚度 ,更好的稳定 ,满足设计要求。模块化的分区模块创建和重新配置 PCB 钻孔机为进一步研究奠定了基础。 简介 传统的机械设计是自下而上的过程 ,它依赖于功能产品设计的需求 ,然后构成一个整体。也有一些要求总体设计和协调 ,在这个过程中 ,主要集中在功能设计和详细设计。相反 ,模块化设计侧重于初步设计而不是详细设计。也就是说 ,功能分析是产品设计的基础 ,产品的总功能分解成几个级别更高的集成单元 ,然后根据不同需求 ,这些集成单元被组织成几个较低的底层单位 ,可互换和独立。 目前 ,模块划分方法已被国内外学者研究【 1-5】 ,从印刷电路板的高速钻孔机的研究可以看出产品结构 ,电路板在电子行业已经成为最大的支柱产业之一，通过装配组件产业的支持和信息化社会的发展电路板已发展成完整的电子产品。与模块化的思想构建机床产品 ,不仅提高产品开发的速度 ,也能迅速响应市场需求。因此 ,高速 PCB 钻床的模块化设计将未来的发展的重点。 本文的目标是设计一个高速钻孔机适用于加工印刷电路板直径 0.1 毫米的微孔 ,有钻井力测量功能和快速变化轴功能。因此 ,本文主要分析了钻机的主要模块划分的原则和实施的PCB 高速钻孔机 ,以及结合 PCB 高速钻孔机使用的模块化的组件。最后 ,进行了模块化的高速 PCB 钻床的性能测试和仿真的动态建模。 高速 PCB 钻床模块划分 模块是模块化设计和制造的基本单位。模块划分是模块化设计的前提和基础。其结果直接影响到功能，模块化设计系统的性能以及成本。为了适合模块化设计的产品 ,其分区和设计不仅需要保证产品设计、制造和服务 ,还需要获得高速钻孔机最优模块结构和迅速根据变量设计参数。 一定水平和规模的函数分解为模块分区中最重要的部分。设计机器格局功能分析的一般过程创建模块 ,可以设计责任分解和模块之间的分解。主要的模块划分原则如下 : (1)基础原则。高速 PCB 钻孔机等机床床身和工作台的基本部分的材料是花岗岩。这需要长时间的基本加工和制造 ,这将影响产品的快速制造。基本部分的模块必须有改变的可能性 ,同时确保产品规格和性能。 (2)独立性原则。各模块拥有相对独立的功能 ,是产品的一部分。独立的模块可以在市场上流通。 (3)可扩展性原则。模块单元应该考虑在未来应用新技术的可能性。通过添加一些模块可以实现其他功能或性能 ,一个特定的空间应该留在传输模块。 根据上述原则和研究国内外钻机制造商 ,下表功能模块可以满足一般构造高速 PCB 钻孔机 ,如表 1 所示。 表 1 模块 PCB 高速钻孔机 模块 零件 支承 床 列 导轨 工作台 工作台 主轴箱 主轴 传输 导螺杆 伺服电机 刀库 机械手 刀库 防护 丝杠防护罩 机器防护罩 压脚 气动和液压组件 排屑装置 冷却装置 电气控制设备 辅助 检测设备 PCB 高速钻井的选择和组合模块 高速 PCB 钻床模块的选择不仅是选择常见的模块 ,而且修改基础模块和设计特殊的模块。有时来适应客户的需求 ,应该添加一些个性化的功能和参数常见的模块可以被视为基本模块和可以改变的模块。特殊模块只会设计这样的不变模块或不经济的特殊功能模块 （ a） （ b） （ c） 图 1 床结构 高速制造 支持模块 (1)床上。通过调查在 PCB钻孔床上 ,有三种类型 ,如图 1 所示。根据功能需求和技术参数这个设计钻床 ,结构在图 1(c)是最好的。钻井床的大小取决于梁的大小 ,工作台和列。 (2)列。列的大小取决于工作台 X 和 Y 和 z 轴的工作行程。有两种类型的列结构 ,如图 2 所示。本文的目的是研究在测量力和温度等同增加 z 轴 ,以确保测功器可以安装在 X-workbench。所以列结构本文采用图 2(b)的设计。 (3)导轨。导轨是用来支持和引导的运动部分。它经受工件的质量和切削力刀。有两种类型的导轨、滚动导轨和滑动导轨。滚动导轨具有准确的定位 ,平滑的运动等优点。现在 ,滚动导轨的主要公司是日本 THK、 NSK、伊都公司 ,瑞典 SKF 公司 ,德国INA 公司和汤姆森公司。为了获得更高的指向精度 ,更高的重复指向精度和较小的误差在这个设计中 ,日本的滚动导轨是合适的。 工作台模块 工作台应考虑从两个方面 :(1)工作台应该保持力的平衡来保证长期不变 ;(2)工作台的材料应该高刚度和不容易改变。在这个设计中 ,材料的高速 PCB 钻孔机是花岗岩并且工作台的设计规模应该有足够的空间安装各种各样的测量装置。 主轴箱模块 为了满足小洞的直径 0.1 毫米钻井的要求和准确性要求高速钻井 ,本设计中使用的是英国 westwind D1733-12 纺锤型与 250 K RPM。这种主轴的性能能满足实验的要求。 传输模块 。 (1)导螺杆。导螺杆是最常见的传动部分。主要功能是将旋转运动转换成线性运动 ,或将扭矩转换成反复轴向行动。导螺杆由螺杆、螺母、回收系统等组成。本设计中使用的是日本 NSK 滚珠丝杠是 ,因为它具有较高的平滑度 ,定位精度、低扭矩、高刚度和低噪音等 (2)伺服电机。伺服电机是提供动力的设备。它可以接收由数控系统发出的信号命令并将其转换成角位移或直线位移 ,然后驱动执行单元实现运动的要求。高动态交流伺服电机用于 x 轴 y 轴和 z 轴的控制。 图 3 的机器人机械手布局和刀具库 工具存储模块 许多不同大小的孔决定需要巨大的钻头。因此 ,机器人机械手和刀具库必须在 PCB 高速机中解决。机器人机械手总是采用气动式。这将缩短工具的整理时间 ,提高钻机效率。 机器人机械手的布局主要有三种类型，如图 3 所示。首先是机械手安装在 Y 轴工作台前面，刀库安装在主轴上，如图 3 所示（一） 。这种类型的缺点不能保证工具的精确安装。二是刀库安装在 Y 轴工作台的前面，如图 3（ b） 。刀具是由主轴直接代替机械臂所掌握的。这种类型的缺点是钻头的数量较少。第三是机械手安装在主轴和刀库安装在 Y 轴工作台的前面，如图 3（ c） 。这种类型可以保证工具的精确安装，并有更多的钻头在刀具储存，但需要安装收缩环。为了提高工具的精确安装，避免撞击和增加刀具的数量，图第三（ c）中使用这种设计。 防护模块 。防护罩是铁质的，喷上彩色保护漆。钻孔机颜色为灰白色。 辅助模块 。 （ 1）压脚 。本设计采用可转换压脚，确保各种小孔的加工精度，防止微钻头折断。 （ 2）气动和液压元件 。气动驱动系统是印制板钻床的重要组成部分。该气动系统主要包括空气站和 2 条大回流路线，即换刀回路和气浮主轴回路。 （ 3）切屑装置 。自动排尘器一般用于印制电路板的加工过程中。排气装置的进流系统由一个管接头连接在压脚上。（ 4）冷却装置 。高速空气浮电主轴的温度、流量和冷却水压力的控制。冷却装置的主要功能是提供冷却水，以减少主轴工作产生的热量。 （ 5）电气控制设备 。高速气浮电主轴的高速旋转速度可以通过变频器实现。花与迈耶系列 FC80 变频器是应用最广泛的 PCB 钻孔机行业，本设计中使用。 （ 6）检测设备 。刀具监控设备包括刀具直径、刀具长度、刀具和钻削深度的检测。该设备采用接触刀具破损检测和雷尼绍激光工具检查装置。 特殊功能模块 。 （ 1）测量功能。为了测量钻削力，我们应该扩大在 Z 轴方向的空间，增加柱的长度和延长 Z 轴丝杠。安装与配置 Z 轴必须仔细。 （ 2）迅速改变主轴功能。主轴夹紧在 2 的方式，如图所示。一种是整体式的另一种是分裂型。第一类的缺点拆卸不便，容易磨 图 4 主轴装夹方法 损或锈蚀而不容易更换。因此，在这一设计中选择第二类。 模块化高速钻削性能测试 主轴性能测试 。通过变频器的控制软件设定主轴参数后，我们应该测试主轴性能，包括主轴电机电压、电机电流、电机转速等。检测曲线观察到主轴旋转转速分别由 30K 转，60K 转， 90K 转， 120K 转， 150K 转， 180K 转， 210K 转， 250K 转。结果显示在图 5。结果（图中的红线）显示每个测试值保持稳定。因此，主轴具有更好的性能。 主轴部分摆锤性能试验。 非接触式加速度传感器与主轴卡夹和轴端接近。通过微钻头旋转而产生的振动信号被接收时，驱动主轴旋转，以不同的速度（即， 30K 转， 50K 转，80K 转， 110K 转， 140K 转， 170K 转， 200K 转， 230K 转和 250K 转）振动信号显示图。测试结果表明，在一定的夹紧状态随着转速的提高，主轴具有非常低的振动。振动量级保持约2.5 微米，这说明主轴具有良好的部分摆摆性能 。 （ a） 30K （ b） 180K （ c） 250K 图 5 主轴的性能测试 图 6 速度和振动幅度的关系 钻井位置精度 。钻孔机位置精度是指每个运动部件的定位精度，包括定位精度和重复定位精度。检测设备检测定位精度。检测仪采用雷尼绍激光干涉仪。结果表明， X 轴和 Y轴的定位精度 0.005 毫米，和重复定位精度 0.0025 毫米。 钻孔位置精度 。孔的位置精度定位精度为 Z 轴。在一定条件下测试了不同直径钻头的孔位精度。结果表明，孔的位置精度 0.0254。 模块钻机动力性能仿真 。模块式钻床动态仿真的步骤如下：（