CN106793504A - Pcb钻铣机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种PCB钻铣机床，其包括：主体、Y轴运动体、X轴运动体、以及Z轴钻孔运动体和Z轴铣削运动体；所述Z轴钻孔运动体和Z轴铣削运动体均固定在所述横梁上；所述Y轴运动体包括在床身上移动的Y轴蜂窝平台，所述X轴运动体包括在该Y轴蜂窝平台上移动的X轴蜂窝平台；所述Y轴蜂窝平台和X轴蜂窝平台的内部均由蜂窝铝材料制成。本发明X轴运动体和Y轴运动体借助蜂窝铝材料结构的优势，在质量上得以减轻，在Z方向上有良好的抗冲击能力和吸震性，Z轴直接挂载于横梁上，减少对横梁的偏心激励且对X轴运动体和Y轴运动体均是垂直激励，提升整体精度和可靠性，并且利于后期调整维护。

Description

PCB钻铣机床

技术领域

本发明属于制造印刷电路板的技术领域，尤其涉及一种PCB钻铣机床。

背景技术

PCB板向高密度化、多层化、微型化发展，PCB板线宽和线距不断缩小，对制造PCB的机器的精度和稳定性提出了更高的要求。PCB板在制造过程中，需要钻孔和铣削等工艺，目前市面上的钻孔机和成型机被分别制造以满足不同的工艺需求，PCB钻铣机床是将两种机床综合在一起的机器。

目前市面上的机床多采用龙门式框架结构，床身上支撑沿前后方向运动的运动体实现单轴(如X轴)的运动，横梁前挂载沿左右方向运动的运动体实现单轴(如Y轴)的运动，横梁前部运动体上再挂载沿上下方向运动的运动体实现单轴(如Z轴)的运动，三个轴的相互配合实现机床三个维度的运动。

三个轴(X轴、Y轴和Z轴)运动体的精度决定了PCB钻铣机床最终的精度。PCB钻铣机床的横梁、床身、床身运动体和横梁运动体通常采用铸铁、铸铝或花岗石等材料制造，普遍偏重。一是需要功率大的电机才能拖动重的横梁运动体和床身运动体，不利于控制，而且发热量大，影响机器在使用过程中的精度；二是横梁与床身用螺栓连接或粘接后，想再次调整就显得困难，因为横梁与床身的装配关系会影响床身运动轴和横梁运动轴在平面内的垂直关系，影响机器精度，且装配顺序往往是从下往上，因此不利于后期调整；三是在钻孔过程中，主轴上下高速运动撞击平台，产生平行于横梁运动体的激励，加大对横梁的偏心激励，不利于机器精度和稳定性。

故，有必要设计一种新的PCB钻铣机床。

发明内容

本发明的目的在于提供一种层叠式的蜂窝铝平台、质量轻、易于装配、控制和后期调整的PCB钻铣机床。

本发明提供一种PCB钻铣机床，其包括：主体、在该主体上进行Y轴方向运动的Y轴运动体、在该Y轴运动体上进行X轴方向运动的X轴运动体、以及固定在主体上进行Z轴方向移动的Z轴钻孔运动体和Z轴铣削运动体；所述主体包括：固定Y轴运动体的床身、位于该床身上且相对设置的两个墩子、连接在该两个墩子之间的横梁、固定在横梁上的两个刀库；所述Z轴钻孔运动体和Z轴铣削运动体均固定在所述横梁上；所述Y轴运动体包括在床身上移动的Y轴蜂窝平台，所述X轴运动体包括在该Y轴蜂窝平台上移动的X轴蜂窝平台；所述Y轴蜂窝平台和X轴蜂窝平台的内部均由蜂窝铝材料制成。

优选地，制成所述Y轴蜂窝平台和X轴蜂窝平台的蜂窝铝材料的形状为正六边形。

优选地，所述主体还包括支撑所述床身的底座；所述床身、底座、墩子、和横梁均由花岗石材料制成。

优选地，所述主体还包括固定在所述横梁上的两个Z轴电机导轨丝杠、固定在所述床身上的Y轴电机导轨丝杠和Y轴光栅尺、以及固定在所述床身上且相对设置的两个Y轴滑轨。

优选地，所述Y轴运动体还包括：固定在所述Y轴蜂窝平台下方且与所述Y轴滑轨滑动连接的Y轴丝杠滑块、固定在该Y轴蜂窝平台上方的X轴电机导轨丝和两个X轴滑轨、以及X轴光栅尺。

优选地，所述X轴运动体还包括：固定在所述X轴蜂窝平台下方且与Y轴滑轨组装的X轴丝杆滑块、位于该X轴蜂窝平台上方的气夹装配体和面板、固定在该X轴蜂窝平台侧边的机械手和检刀器。

优选地，所述Z轴钻孔运动体包括：固定在所述横梁上的钻孔轴底板、固定在该钻孔轴底板表面的钻孔轴主轴夹、固定在该钻孔轴主轴夹上的钻孔主轴、固定在该钻孔轴底板背面的钻孔轴丝杠螺母和滑块、位于钻孔主轴下方的钻孔轴吸屑罩、以及与钻孔轴吸屑罩连接的第一气缸。

优选地，所述Z轴铣削运动体包括：固定在所述横梁上的铣削轴底板、固定在该铣削轴底板表面的铣削轴主轴夹、固定在该铣削轴主轴夹上的铣削主轴、固定在该铣削轴底板背面的铣削轴丝杠螺母和滑块、位于铣削主轴下方的铣削轴吸屑罩、以及与铣削轴吸屑罩连接的第二气缸。

优选地，所述Y轴运动体、X轴运动体、Z轴钻孔运动体、和Z轴铣削运动体均由旋转电机提供动力。

优选地，所述Y轴运动体、X轴运动体、Z轴钻孔运动体、和Z轴铣削运动体均由直线电机提供动力。

本发明X轴运动体和Y轴运动体借助蜂窝铝材料结构的优势，在质量上得以减轻，在Z方向上有良好的抗冲击能力和吸震性，Z轴直接挂载于横梁上，减少对横梁的偏心激励且对X轴运动体和Y轴运动体均是垂直激励，提升整体精度和可靠性，并且利于后期调整维护。

附图说明

图1为本发明PCB钻铣机床的立体结构图；

图2为图1所示PCB钻铣机床的主体的立体结构图；

图3为图1所示的PCB钻铣机床的Y轴运动体的立体结构图；

图4为图3所示Y轴运动体的左视图；

图5为图1所示的PCB钻铣机床的X轴运动体的立体结构图；

图6为图3所示X轴运动体的左视图；

图7为图1所示的PCB钻铣机床的Z轴钻孔运动体的立体结构图；

图8为图1所示的PCB钻铣机床的Z轴铣削运动体的立体结构图；

图9为图1所示的PCB钻铣机床的水气电部分的立体结构图；

图10为图1所示的PCB钻铣机床的终端操作部分的立体结构图。

图号说明：

1-主体、11-床身、12-底座、13-墩子、14-横梁、15-Z轴电机导轨丝杠、16-Y轴电机导轨丝杠、17-Y轴光栅尺、18-刀库、19-Y轴滑轨、2-Y轴运动体、21-Y轴蜂窝平台、22-Y轴丝杠螺母、23-X轴电机导轨丝杠、24-X轴滑轨、25-X轴光栅尺、26-Y轴滑块、3-X轴运动体、31-X轴蜂窝平台、32-X轴滑块、33-气夹装配体和面板、34-机械手、35-检刀器、36-X轴丝杠螺母、4-Z轴钻孔运动体、41-钻孔轴底板、42-钻孔主轴、43-钻孔轴主轴夹、44-钻孔轴丝杠螺母和滑块、45-钻孔轴吸屑罩、46-第一气缸、5-Z轴铣削运动体、51-铣削轴底板、52-铣削主轴、53-铣削轴主轴夹、54-铣削轴丝杠螺母和滑块、55-铣削轴吸屑罩、56-第二气缸、6-水气电部分、61-控制器、62-电抗器、63-驱动器、64-调压阀、7-终端操作部分、71-支架、72-操作面板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

本发明PCB钻铣机床在现有横梁运动体和床身运动体都偏重、且分开挂载，如果采用新材料结构来制造两个部分的运动体，如蜂窝铝材料结构，其在深度方向具有非常高的承载能力且质量轻、吸震能力好，那么运动体质量将得到极大的降低且整体具有良好的吸震性，并且将前后运动体和左右运动体层叠在床身上，上下运动体直接挂载在横梁上，此时对传统架构的左右运动的运动体平行激励转化成现架构的垂直激励，对横梁的偏心激励也得到缩小并且直接由横梁来承载，如此可得到轻量化的高精度一体化钻铣机床。

如图1所示，本发明PCB钻铣机床包括：主体1、左右运动的Y轴运动体2、前后运动的X轴运动体3、上下运动的Z轴钻孔运动体4、上下运动的Z轴铣削运动体5、水气电部分6、以及终端操作部分7；其中，Y轴运动体2在Y轴方向上左右运动；X轴运动体3固定在Y轴运动体2上，X轴运动体3在Y轴运动体2上进行X轴方向的前后运动；Z轴钻孔运动体4和Z轴铣削运动体5均固定在主体1上，Z轴钻孔运动体4和Z轴铣削运动体5在主体1上进行Z轴方向的上下运动；终端操作部分7为一个人机交互界面。

本PCB钻铣机床的终端操作部分7负责人机交互；水气电部分5负责水气电的供应以及控制；待加工的PCB物料通过X轴运动体3上的气夹定位，输入加工程序和加工参数后，X轴运动体3上的机械手从位于横梁上的刀库中取钻刀或铣刀并测量达到要求后，X轴运动体3和Y轴运动体2运动到指定位置，钻孔主轴夹持着高速旋转的刀具在Z轴钻孔运动体运载下到达指定高度钻取一个孔然后抬起奔向下一钻孔位，或铣削主轴夹持着高速旋转的刀具在Z轴铣削运动体5运载下到达指定高度，然后X轴运动3和Y轴运动体2持续插补加工轨迹，直至完成钻孔或铣削动作。

如图2所示，主体1包括：床身11、支撑该床身11的底座12、位于该床身11上且相对设置的两个墩子13、连接在该两个墩子13之间的横梁14、固定在该横梁14上的两个Z轴电机导轨丝杠15、固定在床身11上的Y轴电机导轨丝杠16和Y轴光栅尺17、固定在横梁14上的两个刀库18、以及固定在床身11上且相对设置的两个Y轴滑轨19；其中，Y轴电机导轨丝杠16位于该两个Y轴滑轨19之间。

床身11、底座12、墩子13和横梁14构成主体1的框架，其为整个PCB钻铣机床的基础和装配基准；Z轴电机导轨丝杠15提供Z轴钻孔运动体4和Z轴铣削运动体5所需动力和导向；Y轴电机导轨丝杆16提供Y轴运动体2所需动力和导向；Y轴光栅尺17为Y轴运动体2提供基准位置反馈信号，用于闭环控制；刀库18用于放置钻孔刀具和铣削刀具。

其中，床身11、底座12、墩子13、和横梁14均采用天然花岗石材料制成，随温度变形小，吸震性能好。

如图3和图4所示，Y轴运动体2包括：在床身11进行Y轴方向移动的Y轴蜂窝平台21、固定在该Y轴蜂窝平台21下方且与Y轴滑轨19滑动连接的Y轴丝杠滑块26、Y轴丝杠螺母22、固定在该Y轴蜂窝平台21上方的X轴电机导轨丝杠23和两个X轴滑轨24、以及X轴光栅尺25。其中，作为Y轴运动体2的基础，该Y轴蜂窝平台21的内部由正六边形的蜂窝铝结构和外框粘接而成，外框之间通过一些角钢进行螺栓固定并且粘接，为了能在Y轴蜂窝平台21上连接其他部件，需在相应位置固定并粘接一些辅助安装板；Y轴丝杠螺母22与Y轴电机导轨丝杠配合，Y轴滑块26与Y轴滑轨19配合提供导向，使Y轴运动体2能在床身11上进行Y轴方向的运动。X轴光栅尺25固定在Y轴蜂窝平台21上。X轴电机导轨丝杠23提供X轴运动体3所需动力和导向。X轴光栅尺25为X轴运动体3提供基准位置反馈信号，用于闭环控制。

如图5和图6所示，X轴运动体3包括：在Y轴运动体2上进行X轴方向运动的X轴蜂窝平台31、固定在该X轴蜂窝平台31下方且与Y轴滑轨19组装的X轴滑块32、X轴丝杠螺母36、位于该X轴蜂窝平台31上方的气夹装配体和面板33、固定在该X轴蜂窝平台31侧边的机械手34和检刀器35。

X轴蜂窝平台31的结构跟Y轴蜂窝铝平台21类似，在此不累赘。X轴滑块32与X轴滑轨24配合，X轴丝杠螺母36与X轴电机导轨丝杠23配合传动。气夹装配体和面板33用于定位和支撑PCB加工物料。机械手34用于夹持刀具，是刀具在刀库和主轴之间的中转机构。检刀器35用于检查刀具刀刃部分的长度、直径等，可判断刀具的折断和磨损情况。

Y轴运动体2和X轴运动体3的平台21、31内部均由蜂窝铝材料制成，且制成平台21、31的蜂窝铝材料的形状为正六边形。Y轴运动体2位于床身11基准面之上，X轴运动体3位于Y轴运动体2的基准面之上，Y轴运动体2和X轴运动体3一起配合实现水平面内两个维度的运动。

如图7所示，Z轴钻孔运动体4包括：固定在横梁14上的钻孔轴底板41、固定在该钻孔轴底板41表面的钻孔轴主轴夹43、以及固定在该钻孔轴主轴夹43上的钻孔主轴42、固定在该钻孔轴底板41背面的钻孔轴丝杠螺母和滑块44、钻孔轴光栅尺(图未标)、位于钻孔主轴42下方的钻孔轴吸屑罩45、以及位于钻孔轴主轴夹43下方且与钻孔轴吸屑罩45连接的第一气缸46。

钻孔轴底板41是Z轴钻孔运动体4的安装基体。钻孔主轴42夹持刀具高速旋转，实现高速钻孔。钻孔轴主轴夹用于夹持和保护主轴。钻孔轴丝杠螺母和滑块44，丝杠螺母和丝杠配合传动，滑块与导轨配合导向。钻孔轴光栅尺为Z轴钻孔运动体4提供基准位置反馈信号，用于闭环控制。钻孔轴吸屑罩45和气缸46，吸屑罩45下压压住加工物料并吸取加工时的粉末废料，第一气缸46提供吸屑罩45上下运动的动力。

如图8所示，Z轴铣削运动体5包括：固定在横梁14上的铣削轴底板51、固定在该铣削轴底板51表面的铣削轴主轴夹53、固定在该铣削轴主轴夹53上的铣削主轴52、固定在该铣削轴底板51背面的铣削轴丝杠螺母和滑块54、铣削轴光栅尺(图未标)、位于铣削主轴52下方的铣削轴吸屑罩55、以及位于铣削轴主轴夹53下方且与铣削轴吸屑罩55连接的第二气缸56。

Z轴铣削运动体5组成情况与Z轴钻孔运动体4情况基本类似，在此不累赘。

Z轴钻孔运动体4和Z轴铣削运动体5直接挂载在横梁14上，Z轴方向的上下运动并带着刀具高速旋转。

如图9所示，水气电部分6包括控制器61、电抗器62、驱动器63、以及调压阀64，水气电部分6的整体实现按要求的水气电的供给和运动控制。

如图10所示，终端操作部分7包括支架71和与该支架71连接的操作面板72，操作面板72实现人机交互。

本PCB钻铣机床为层叠式蜂窝铝平台，Y轴运动体2、X轴运动体3、Z轴钻孔运动体4、和Z轴铣削运动体5均由旋转电机提供动力。其加工范围为500mm×600mm。

在其他实施例中，Y轴运动体2、X轴运动体3、Z轴钻孔运动体4、和Z轴铣削运动体5均由直线电机提供动力，若使用直线电机则可以省去丝杆、电机座等，能在一定程度上提高机器的运行速度，但相应的一些零部件需要跟着改动。控制方案等也可以进行类似功能更改，但不影响机器整体功能实现。

工作时，将加工物料放至加工台面上，用气夹装配体和面板33固定，接收到加工信号后，Y轴运动体2和X轴运动体3配合运动，机械手34到达刀库18指定位置抓刀，然后放入相应主轴内，主轴高速旋转，钻孔轴运动体往下运动，吸屑罩压住物料，后高速旋转的刀具钻入物料内，完成一个孔位钻取并抬起钻孔轴运动体奔向下一钻孔位，或铣削轴运动体往下运动，吸屑罩轻微压住物料，后高速旋转的刀具钻入物料内，Y轴运动体2和X轴运动体3配合插补实现平面内的轨迹运行。

每个轴在运动过程中，光栅尺实时获取位置信号反馈至控制器实现全闭环控制。

对装配好并补偿后的机器展开精度测试。使用激光干涉仪展开单轴精度测试，X轴定位精度2.5μm，重复定位精度1.7μm，Y轴定位精度3.2μm，重复定位精度2.4μm，X轴和Y轴的定位精度均在10μm要求内，重复定位精度均在5μm要求内，两轴都达到精度要求。使用球杆仪对X轴和Y轴插补精度展开测试，圆偏差带宽为25.4μm，在35μm要求范围以内。实际69孔钻孔测试，CPK在25.4μm圆范围内。实际精度板成型测试，成型边对应偏差均在50μm要求内。

本发明层叠式的蜂窝铝平台的PCB钻铣机床，实现PCB板高精度一体化钻铣，Y轴运动体和X轴运动体质量轻，易于装配、控制和后期调整，提升整体抗激励能力、精度和稳定性等。

X轴运动体和Y轴运动体借助蜂窝铝材料结构的优势，在质量上得以减轻，在Z方向上有良好的抗冲击能力和吸震性，Z轴直接挂载于横梁上，减少对横梁的偏心激励且对X轴运动体和Y轴运动体均是垂直激励，提升整体精度和可靠性，并且利于后期调整维护。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种PCB钻铣机床，其包括：主体、在该主体上进行Y轴方向运动的Y轴运动体、在该Y轴运动体上进行X轴方向运动的X轴运动体、以及固定在主体上进行Z轴方向移动的Z轴钻孔运动体和Z轴铣削运动体；其特征在于：所述主体包括：固定Y轴运动体的床身、位于该床身上且相对设置的两个墩子、连接在该两个墩子之间的横梁、固定在横梁上的两个刀库；所述Z轴钻孔运动体和Z轴铣削运动体均固定在所述横梁上；所述Y轴运动体包括在床身上移动的Y轴蜂窝平台，所述X轴运动体包括在该Y轴蜂窝平台上移动的X轴蜂窝平台；所述Y轴蜂窝平台和X轴蜂窝平台的内部均由蜂窝铝材料制成。

2.根据权利要求1所述的PCB钻铣机床，其特征在于：制成所述Y轴蜂窝平台和X轴蜂窝平台的蜂窝铝材料的形状为正六边形。

3.根据权利要求1或2所述的PCB钻铣机床，其特征在于：所述主体还包括支撑所述床身的底座；所述床身、底座、墩子、和横梁均由花岗石材料制成。

4.根据权利要求3所述的PCB钻铣机床，其特征在于：所述主体还包括固定在所述横梁上的两个Z轴电机导轨丝杠、固定在所述床身上的Y轴电机导轨丝杠和Y轴光栅尺、以及固定在所述床身上且相对设置的两个Y轴滑轨。

5.根据权利要求4所述的PCB钻铣机床，其特征在于：所述Y轴运动体还包括：固定在所述Y轴蜂窝平台下方且与所述Y轴滑轨滑动连接的Y轴滑块、固定在该Y轴蜂窝平台上方的X轴电机导轨丝和两个X轴滑轨、以及X轴光栅尺。

6.根据权利要求5所述的PCB钻铣机床，其特征在于：所述X轴运动体还包括：固定在所述X轴蜂窝平台下方且与Y轴滑轨组装的X轴滑块、位于该X轴蜂窝平台上方的气夹装配体和面板、固定在该X轴蜂窝平台侧边的机械手和检刀器。

7.根据权利要求5所述的PCB钻铣机床，其特征在于：所述Z轴钻孔运动体包括：固定在所述横梁上的钻孔轴底板、固定在该钻孔轴底板表面的钻孔轴主轴夹、固定在该钻孔轴主轴夹上的钻孔主轴、固定在该钻孔轴底板背面的钻孔轴丝杠螺母和滑块、位于钻孔主轴下方的钻孔轴吸屑罩、以及与钻孔轴吸屑罩连接的第一气缸。

8.根据权利要求6所述的PCB钻铣机床，其特征在于：所述Z轴铣削运动体包括：固定在所述横梁上的铣削轴底板、固定在该铣削轴底板表面的铣削轴主轴夹、固定在该铣削轴主轴夹的铣削主轴、固定在该铣削轴底板背面的铣削轴丝杠螺母和滑块、位于铣削主轴下方的铣削轴吸屑罩、以及与铣削轴吸屑罩连接的第二气缸。

9.根据权利要求1或2所述的PCB钻铣机床，其特征在于：所述Y轴运动体、X轴运动体、Z轴钻孔运动体、和Z轴铣削运动体均由旋转电机提供动力。

10.根据权利要求1或2所述的PCB钻铣机床，其特征在于：所述Y轴运动体、X轴运动体、Z轴钻孔运动体、和Z轴铣削运动体均由直线电机提供动力。