CN102513574B - 一种多轴级联机械钻机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多轴级联机械钻机，包括床身，床身上固定设置有相互平行的主横梁和辅助横梁，主横梁与床身之间至少有三个连接支撑点；床身上还固定设置有工作台，工作台上设置有用于完成电路板装配的工作组件；主横梁和辅助横梁之间悬挂设置有用于驱动工作组件在X方向、Y方向和Z方向上运动的三坐标轴运动组件；三坐标轴运动组件包括由多个工作轴组成、用于驱动工作组件的工作轴组，包括用于控制工作轴组在X方向上运动的X坐标驱动部件，以及包括用于驱动工作轴组在Y方向上运动的Y坐标驱动部件；工作轴组的每个工作轴上分别设置有用于驱动工作组件在Z方向上运动的Z坐标驱动装置；X坐标驱动部件、Y坐标驱动部件以及工作轴组呈框架式连接。

Description

一种多轴级联机械钻机

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，更具体地说，涉及一种多轴级联机械钻机。

背景技术

机械钻机是印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)行业主要加工机器之一，其主要性能评价指标有：效率、精度与加工范围。为提高机械钻机的加工效率，一般采用多轴级联结构形式。但是目前采用多轴级联结构的机械钻机存在如下几个问题：1、机器的体量较大；2、级联轴横梁跨度大(近4米)，变形较大；3、机器工作台长度方向尺寸也比较大(3米多)，造成导轨运行方向的摆角误差值大；4、多轴级联结构装配困难且刚度较低。且由于机器的多个零件与组件的长度大，导致热变形对精度影响非常明显。因此现有技术中的多轴级联结构的机械钻机无法同时保证加工效率与精度，需要进行改进和提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可同时兼顾加工效率和精度的多轴级联机械钻机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

构造一种多轴级联机械钻机，包括床身，所述床身上固定设置有相互平行的主横梁和辅助横梁，其中，所述主横梁与所述床身之间至少有三个连接支撑点；所述床身上还固定设置有工作台，所述工作台上设置有用于完成电路板装配的工作组件；所述主横梁和所述辅助横梁之间悬挂设置有用于驱动所述工作组件在X方向、Y方向和Z方向上运动的三坐标轴运动组件；

所述三坐标轴运动组件包括由多个工作轴组成、用于驱动所述工作组件的工作轴组，还包括用于控制所述工作轴组在X方向上运动的X坐标驱动部件，以及包括用于驱动所述工作轴组在Y方向上运动的Y坐标驱动部件；

所述工作轴组的每个工作轴上分别设置有用于驱动所述工作组件在Z方向上运动的Z坐标驱动装置；所述X坐标驱动部件、Y坐标驱动部件以及所述工作轴组呈框架式连接。

本发明所述的多轴级联机械钻机，其中，所述X坐标驱动部件包括X坐标驱动单元和Y坐标运动组件；所述X坐标驱动单元可相对滑动的设置在所述主横梁上，所述主横梁上沿X方向设置有第一直线导轨；

所述X坐标驱动单元包括用于固定X坐标驱动电机的X坐标电机固定板，还包括可在所述X坐标驱动电机驱动下沿所述第一直线导轨滑动的级联连接板，所述级联连接板上设置有多个X坐标驱动单元连接板；

所述Y坐标运动组件一端连接所述X坐标驱动单元连接板，另一端通过前横梁辅助支撑联动装置活动连接在所述辅助横梁上。

本发明所述的多轴级联机械钻机，其中，所述Y坐标运动组件包括Y坐标运动支架，所述Y坐标运动支架上沿Y方向设置有第二直线导轨，所述工作轴可相对所述第二直线导轨滑动的设置在所述Y坐标运动支架上；

所述Y坐标运动支架的一端设置有与所述X坐标驱动单元连接板连接的Y坐标驱动连接板，所述Y坐标运动支架的另一端设置有与所述前横梁辅助支撑联动装置连接的辅助支撑导向板。

本发明所述的多轴级联机械钻机，其中，所述X坐标驱动部件包括多个所述Y坐标运动组件，所述前横梁辅助支撑联动装置包括多个分别与所述Y坐标运动组件对应连接的Y坐标运动支架插件机构；

在所述前横梁辅助支撑联动装置上还设置有用于调整相邻的所述Y坐标运动支架之间平行间距的精度调整装置。

本发明所述的多轴级联机械钻机，其中，所述Y坐标驱动部件包括具有相同结构的第一Y坐标驱动单元和第二Y坐标驱动单元；所述工作轴组包括第一工作轴组和第二工作轴组，所述第一工作轴组和所述第二工作轴组中分别包括多个平行设置的工作轴；其中，

所述第一Y坐标驱动单元驱动连接所述第一工作轴组、以控制所述第一工作轴组的多个工作轴在Y方向上运动；

所述第二Y坐标驱动单元驱动连接所述第二工作轴组、以控制所述第二工作轴组的多个工作轴在Y方向上运动。

本发明所述的多轴级联机械钻机，其中，所述第一Y坐标驱动单元包括跨接在所述主横梁和所述辅助横梁之间的驱动单元桥式连接板；

在所述驱动单元桥式连接板下表面设置有工作轴驱动连接板，在所述工作轴驱动连接板上连接有沿X方向设置的第三直线导轨，在所述工作轴驱动连接板上还设置有多个工作轴固定位，以连接所述工作轴；

所述驱动单元桥式连接板下表面沿Y运动方向设置有第四直线导轨和Y坐标电机固定板，所述Y坐标电机固定板上固定设置有用于驱动所述工作轴驱动连接板沿所述第四直线导轨运动的Y坐标驱动电机。

本发明所述的多轴级联机械钻机，其中，所述第一工作轴组包括顺次设置的第一工作轴、第二工作轴和第三工作轴，第二工作轴组包括第四工作轴、第五工作轴和第六工作轴。

本发明所述的多轴级联机械钻机，其中，所述工作组件包括工作面板、电路板夹持装置、机械手及操作部件和刀具检测装置。

本发明所述的多轴级联机械钻机，其中，所述床身上设置有工作工位和上卸料工位、以及用于驱动所述工作台在所述工作工位和所述上卸料工位之间转换的驱动汽缸；所述床身上还设置有用于对所述工作台进行定位的定位挡块。

本发明所述的多轴级联机械钻机，其中，所述工作轴包括用于控制运动平衡的工作轴平衡装置。

本发明的有益效果在于：通过在主横梁与辅助横梁之间设置至少三个连接支撑点，减小主横梁的跨距，提高机械钻机整体刚度，以减小机械钻机的变形，提高加工精度；同时在工作过程中，将工作台固定在床身表面，消除平台运动造成的误差，进一步提高加工精度；另外还将用于驱动工作组件在X方向、Y方向和Z方向上运动的三坐标轴运动组件设置为框架结构，提高机械钻机的整体刚性，减小加工误差，同时还能减小机械钻机整体体量，且使其更加便于装配。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明较佳实施例的多轴级联机械钻机整体结构示意图；

图2是本发明较佳实施例的多轴级联机械钻机工作台处于工作工位示意图；

图3是本发明较佳实施例的多轴级联机械钻机工作台处于上卸料工位示意图；

图4是本发明较佳实施例的多轴级联机械钻机基础部件结构示意图；

图5是本发明较佳实施例的多轴级联机械钻机三坐标运动组件结构示意图；

图6是本发明较佳实施例的多轴级联机械钻机的Y坐标运动组件结构示意图；

图7是本发明较佳实施例的多轴级联机械钻机的Y坐标驱动部件结构示意图；

图8是本发明较佳实施例的多轴级联机械钻机的前横梁辅助支撑联动装置结构示意图；

图8a是图8中A部分放大示意图；

图9是本发明较佳实施例的多轴级联机械钻机的X坐标驱动单元结构示意图；

图9a是图9中B部分的放大示意图；

图10是本发明较佳实施例的多轴级联机械钻机的工作轴结构示意图；

图11是本发明较佳实施例的多轴级联机械钻机的工作轴平衡装置结构示意图。

具体实施方式

本发明较佳实施例的多轴级联机械钻机整体结构如图1、图4和图5所示，包括床身11，床身11上固定设置有相互平行的主横梁13和辅助横梁14，在主横梁13与床身11之间至少有三个连接支撑点；在床身11上还固定设置有工作台15，工作台15上设置有用于完成电路板装配的工作组件；主横梁13和辅助横梁14之间悬挂设置有用于驱动工作组件在X方向、Y方向和Z方向上运动的三坐标轴运动组件12；三坐标轴运动组件12包括由多个工作轴组成、用于驱动工作组件的工作轴组51，还包括用于控制工作轴组51在X方向上运动的X坐标驱动部件，以及包括用于驱动工作轴组51在Y方向上运动的Y坐标驱动部件；工作轴组51的每个工作轴上分别设置有用于驱动工作组件在Z方向上运动的Z坐标驱动装置；X坐标驱动部件、Y坐标驱动部件以及工作轴组51呈框架式连接。这样，通过在主横梁13与辅助横梁14之间设置至少三个连接支撑点，减小主横梁13的跨距，提高机械钻机整体刚度，以减小机械钻机的变形，提高加工精度；同时在工作过程中，将工作台15固定在床身11表面，消除工作台运动造成的误差，进一步提高加工精度；另外还将用于驱动工作组件在X方向、Y方向和Z方向上运动的三坐标轴运动组件12设置为框架结构，提高机械钻机的整体刚性，减小加工误差，同时还能减小机械钻机整体体量，且使其更加便于装配。

在进一步的实施例中，如图5所示，上述X坐标驱动部件包括X坐标驱动单元53和Y坐标运动组件56。其中，X坐标驱动单元53可相对滑动的设置在主横梁13上，如图4所示，主横梁13上沿X方向设置有第一直线导轨131。如图9所示，X坐标驱动单元53包括用于固定X坐标驱动电机的X坐标电机固定板93，以及长条状的级联连接板95。该级联连接板95可在X坐标驱动电机驱动下沿第一直线导轨131滑动，在级联连接板95上间隔设置有多个X坐标驱动单元连接板94。Y坐标运动组件56一端连接X坐标驱动单元连接板94，另一端通过前横梁辅助支撑联动装置55活动连接在辅助横梁14上。工作时，X坐标驱动单元53的X坐标驱动电机驱动Y坐标运动组件56在X方向上运动，工作轴组51中的各个工作轴分别与Y坐标运动组件56连接，并跟随Y坐标运动组件56在X方向上运动，从而驱动工作组件的各个装置实现X方向上的操作。由于前横梁辅助支撑联动装置55活动设置在辅助横梁14上，在Y坐标运动组件56运动时，可以跟随其一起运动，起到连接和导向的作用。

进一步地，如图6所示，上述实施例中的Y坐标运动组件56包括Y坐标运动支架65，Y坐标运动支架65上沿Y方向设置有第二直线导轨62，工作轴64可相对第二直线导轨62滑动的设置在Y坐标运动支架65上；Y坐标运动支架65的一端设置有与X坐标驱动单元连接板94连接的Y坐标驱动连接板61，X坐标驱动单元连接板94上设置有用于对Y坐标驱动连接板61进行定位的第一导向槽91；Y坐标运动支架65的另一端设置有与前横梁辅助支撑联动装置55连接的辅助支撑导向板63。如图8a所示，前横梁辅助支撑联动装置55上设置有用于对辅助支撑导向板63进行定位的第二导向槽83，以便于对Y坐标运动支架65进行安装和定位。其中，如图8所示，前横梁辅助支撑联动装置55还可包括Y坐标运动支架调整机构82，以调整与Y坐标运动支架65的连接状态。

更进一步地，如图5所示，上述各实施例中的X坐标驱动部件包括多个Y坐标运动组件56，如图8所示，前横梁辅助支撑联动装置55包括多个分别与Y坐标运动组件56对应连接的Y坐标运动支架插件机构81，以实现Y坐标运动支架65的插接，便于机械钻机的装配。如图8a所示，在前横梁辅助支撑联动装置55上还设置有用于调整相邻的Y坐标运动支架65之间平行间距的精度调整装置84，以调整相邻的Y坐标运动支架65之间平行间距，进一步保证机械钻机的加工精度。其中，Y坐标运动组件56的个数与工作轴64的数目相对应，每个Y坐标运动组件56上设置有一个工作轴64。如有六个工作轴64时，则相应设置六个Y坐标运动组件56。

更进一步地，如图5所示，上述实施例中的Y坐标驱动部件包括具有相同结构的第一Y坐标驱动单元52和第二Y坐标驱动单元54。工作轴组51包括第一工作轴组和第二工作轴组，第一工作轴组和第二工作轴组中分别包括多个平行设置的工作轴64。其中，第一Y坐标驱动单元52驱动连接第一工作轴组、以控制第一工作轴组的多个工作轴64在Y方向上运动；第二Y坐标驱动单元54驱动连接第二工作轴组、以控制第二工作轴组的多个工作轴64在Y方向上运动。这样便于实现三坐标运动组件整体的框架式连接，提高机械钻机整体刚性，提高加工精度。

具体地，上述实施例中，如图7所示，同时参阅图1，第一Y坐标驱动单元52包括跨接在主横梁13和辅助横梁14之间的驱动单元桥式连接板72；在驱动单元桥式连接板72下表面设置有工作轴驱动连接板71，在工作轴驱动连接板71上连接有沿X方向设置的第三直线导轨76，当Y坐标运动组件56在X坐标驱动电机的驱动下相对第一直线导轨131滑动时，工作轴驱动连接板71同时相对该第三直线导轨76滑动，实现工作轴64在X方向上的运动；在该工作轴驱动连接板71上设置有多个工作轴固定位711，以连接工作轴64；驱动单元桥式连接板72下表面沿Y运动方向设置有第四直线导轨73和Y坐标电机固定板75，Y坐标电机固定板75上固定设置有用于驱动工作轴驱动连接板71沿第四直线导轨73运动的Y坐标驱动电机74。

其中，上述实施例中，第一工作轴组和第二工作轴组所包含的工作轴64个数可根据需要设定，当机械钻机为六轴级联时，可分为两组，其中第一工作轴组包括顺次设置的第一工作轴、第二工作轴和第三工作轴，第二工作轴组包括第四工作轴、第五工作轴和第六工作轴。同理，当机械钻机为八轴级联时，则可分为各包含四个工作轴的两组，依次类推。

请参阅图4，图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11，当进行PCB板加工时，由X坐标驱动部件的X坐标驱动电机驱动Y坐标运动组件56在X方向上运动，工作轴组51中的各个工作轴64分别与Y坐标运动组件56连接，并跟随Y坐标运动组件56在X方向上运动，从而驱动工作组件的各个装置实现X方向上的操作；由Y坐标驱动部件的第一Y坐标驱动单元52和第二Y坐标驱动单元54的Y坐标驱动电机74驱动工作轴驱动连接板71沿第四直线导轨73运动，带动工作轴64沿Y方向运动，从而驱动工作组件的各个装置实现Y方向上的操作。安装在工作轴64上的Z坐标驱动装置102(例如直线电机)驱动工作组件的各装置实现Z坐标方向的运动。且上述X坐标驱动部件、Y坐标驱动部件、Z坐标驱动装置和工作轴组51呈框架式连接，提高机械钻机的整体刚性，减小加工误差。

上述各实施例中，如图2和图3所示，为同时满足加工和上卸料，在床身11上优选设置有工作工位111和上卸料工位112、以及用于驱动工作台15在工作工位111和上卸料工位112之间转换的驱动汽缸(未图示)。同时，在床身11上还设置有用于对工作台15进行定位的定位挡块113。当工作台15转换到工作工位111后，会被该定位挡块113挡住，实现定位。还可通过位置信号反馈装置将工作台15的当前位置反馈到控制系统中，这样可保证工作台15在工作过程中保持稳定状态，减少工作台15动态加工时所产生的振动、变形、偏角及装配精度等因素对加工精度的影响，当上下料时，则由驱动汽缸驱动将工作台移出。

上述各实施例中，如图4所示，工作组件包括工作面板43、电路板夹持装置44(6组)、机械手45(6组)、电路板夹持装置夹紧松开按钮46，以及操作部件和刀具检测装置等部件。主横梁13的两端由横梁底座41，主横梁13的中间部位由主横梁中间支撑42形成三点支撑，使主横梁13平稳的与床身11安装固定。

如图10所示，工作轴64上的Z坐标驱动装置102可以是直线电机。工作轴64还包括用于控制工作轴64运动平衡的工作轴平衡装置101，以及包括压力脚汽缸103、主轴104、刀库105、压力脚106、滑块连接板107、主轴夹(未图示)等主要部件。其中，如图11所示，工作轴平衡装置101可包括滑轮支架111、钢丝绳112、平衡筒113、固定座114等。上述各部件具体配置及连接方式在此不再赘述。上述各实施例中，X坐标驱动电机、Y坐标驱动电机可以是直线电机也可以是旋转电机。

综上，本发明通过在主横梁13与辅助横梁14之间设置至少三个连接支撑点，减小主横梁13的跨距，提高机械钻机整体刚度，以减小机械钻机的变形，提高加工精度；同时在工作过程中，将工作台15固定在床身表面，消除平台运动造成的误差，进一步提高加工精度；另外还将用于驱动工作组件在X方向、Y方向和Z方向上运动的三坐标轴运动组件12设置为框架结构，提高机械钻机的整体刚性，减小加工误差，同时还能减小机械钻机整体体量，且使其更加便于装配。

采用本发明方案的多轴级联机械钻机加工范围可达700×540mm；坐标有效行程约为X方向540mm、Y方向700mm、Z方向60mm。采用本发明方案的多轴级联机械钻机可实现0.1～6.35mm孔径全范围的钻孔，以及实现0.1～0.2mm孔径实际钻孔生产，且小孔加工速度可达450～500；钻小孔孔位实现精度±0.75mi1(69孔文件)，且具有盲孔钻功能深度精度控制在±1mil；其XY轴快进速度大于90m/min，以节省换刀检刀等辅助工作时间，真正实现高速度、高精度小批量成形加工。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种多轴级联机械钻机，包括床身（11），所述床身（11）上固定设置有相互平行的主横梁（13）和辅助横梁（14），其特征在于，所述主横梁（13）与所述床身（11）之间至少有三个连接支撑点；所述床身（11）上还固定设置有工作台（15），所述工作台（15）上设置有用于完成电路板装配的工作组件；所述主横梁（13）和所述辅助横梁（14）之间悬挂设置有用于驱动所述工作组件在X方向、Y方向和Z方向上运动的三坐标轴运动组件（12）；

所述三坐标轴运动组件（12）包括由多个工作轴（64）组成、用于驱动所述工作组件的工作轴组（51），还包括用于控制所述工作轴组（51）在X方向上运动的X坐标驱动部件，以及包括用于驱动所述工作轴组（51）在Y方向上运动的Y坐标驱动部件；

所述工作轴组（51）的每个工作轴（64）上分别设置有用于驱动所述工作组件在Z方向上运动的Z坐标驱动装置（102）；所述X坐标驱动部件、Y坐标驱动部件以及所述工作轴组（51）呈框架式连接；

所述X坐标驱动部件包括X坐标驱动单元（53）和Y坐标运动组件（56）；所述X坐标驱动单元（53）可相对滑动的设置在所述主横梁（13）上，所述主横梁（13）上沿X方向设置有第一直线导轨（131）；所述Y坐标运动组件（56）包括Y坐标运动支架（65），所述Y坐标运动支架（65）上沿Y方向设置有第二直线导轨（62），所述工作轴（64）可相对所述第二直线导轨（62）滑动的设置在所述Y坐标运动支架（65）上。

2.根据权利要求1所述的多轴级联机械钻机，其特征在于，所述X坐标驱动单元（53）包括用于固定X坐标驱动电机的X坐标电机固定板（93），还包括可在所述X坐标驱动电机驱动下沿所述第一直线导轨（131）滑动的级联连接板（95），所述级联连接板（95）上设置有多个X坐标驱动单元连接板（94）；

所述Y坐标运动组件（56）一端连接所述X坐标驱动单元连接板（94），另一端通过前横梁辅助支撑联动装置（55）活动连接在所述辅助横梁（14）上。

3.根据权利要求2所述的多轴级联机械钻机，其特征在于，

所述Y坐标运动支架（65）的一端设置有与所述X坐标驱动单元连接板（94）连接的Y坐标驱动连接板（61），所述Y坐标运动支架（65）的另一端设置有与所述前横梁辅助支撑联动装置（55）连接的辅助支撑导向板（63）。

4.根据权利要求3所述的多轴级联机械钻机，其特征在于，所述X坐标驱动部件包括多个所述Y坐标运动组件（56），所述前横梁辅助支撑联动装置（55）包括多个分别与所述Y坐标运动组件（56）对应连接的Y坐标运动支架插件机构（81）；

在所述前横梁辅助支撑联动装置（55）上还设置有用于调整相邻的所述Y坐标运动支架（65）之间平行间距的精度调整装置（84）。

5.根据权利要求1所述的多轴级联机械钻机，其特征在于，所述Y坐标驱动部件包括具有相同结构的第一Y坐标驱动单元（52）和第二Y坐标驱动单元（54）；所述工作轴组（51）包括第一工作轴组和第二工作轴组，所述第一工作轴组和所述第二工作轴组中分别包括多个平行设置的工作轴（64）；其中，

所述第一Y坐标驱动单元（52）驱动连接所述第一工作轴组、以控制所述第一工作轴组的多个工作轴（64）在Y方向上运动；

所述第二Y坐标驱动单元（54）驱动连接所述第二工作轴组、以控制所述第二工作轴组的多个工作轴（64）在Y方向上运动。

6.根据权利要求5所述的多轴级联机械钻机，其特征在于，所述第一Y坐标驱动单元（52）包括跨接在所述主横梁（13）和所述辅助横梁（14）之间的驱动单元桥式连接板（72）；

在所述驱动单元桥式连接板（72）下表面设置有工作轴驱动连接板（71），在所述工作轴驱动连接板（71）上连接有沿X方向设置的第三直线导轨（76），在所述工作轴驱动连接板（71）上还设置有多个工作轴固定位（711），以连接所述工作轴（64）；

所述驱动单元桥式连接板（72）下表面沿Y运动方向设置有第四直线导轨（73）和Y坐标电机固定板（75），所述Y坐标电机固定板（75）上固定设置有用于驱动所述工作轴驱动连接板（71）沿所述第四直线导轨（73）运动的Y坐标驱动电机（74）。

7.根据权利要求5所述的多轴级联机械钻机，其特征在于，所述第一工作轴组包括顺次设置的第一工作轴、第二工作轴和第三工作轴，第二工作轴组包括第四工作轴、第五工作轴和第六工作轴。

8.根据权利要求1所述的多轴级联机械钻机，其特征在于，所述工作组件包括工作面板（43）、电路板夹持装置（44）、机械手（45）及操作部件和刀具检测装置。

9.根据权利要求1所述的多轴级联机械钻机，其特征在于，所述床身（11）上设置有工作工位（111）和上卸料工位（112）、以及用于驱动所述工作台（15）在所述工作工位（111）和所述上卸料工位（112）之间转换的驱动汽缸；所述床身（11）上还设置有用于对所述工作台（15）进行定位的定位挡块（113）。

10.根据权利要求1所述的多轴级联机械钻机，其特征在于，所述工作轴（64）包括用于控制运动平衡的工作轴平衡装置(101)。

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