CN1730212A - 电路板自动钻孔机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电路板自动钻孔机，包括底座、操作平台、x方向运动机构、二维运动机构、y方向运动机构、直流电机、钻头、识别模块、显示模块、定位模块、微处理器、驱动电路，所述操作平台设于y方向运动机构上，操作平台的上部设有固定于底座上的x方向运动机构、二维运动机构、直流电机、钻头，识别模块分别与显示模块、存储模块、定位模块相连，识别模块识别PCB文件中的钻孔数据，定位模块对钻孔数据进行处理后送微处理器，微处理器根据孔的钻孔数据分别控制驱动电路，驱动x方向运动机构、二维运动机构、y方向运动机构、直流电机动作，完成钻孔工作。本发明结构简单、成本低、体积小、钻孔准确、运行稳定、不易损坏钻头。

Description

电路板自动钻孔机

技术领域

本发明涉及一种钻孔装置，特别涉及一种电路板自动钻孔机。

背景技术

目前专业线路板制板厂采用大型数控加工设备来进行线路板钻孔，此大型钻孔设备基本为进口设备，价格高达十几万，高校和一般电子产品研发生产企业及科研所都难承受高价钻孔设备；而目前国内高校、电子相关产品研发企业、科研所等都在大量使用热转印、曝光制板等方式来进行PCB样板制作和小批量生产，此方法解决了在专业线路板制板厂制作样板成本高，周期长的一些问题，但由于热转印设备和曝光制板设备只能完成快速制板的部分工作，线路板钻孔是快速制板过程当中一项很重要的工作，但由于现有的大型数控钻孔设备售价太高，所以高校和科研企业均采用了价格便宜的手动微钻来钻孔，但手动微钻有几个明显的缺陷：手工定位不准确、钻孔的效率极低、极易弄断钻头，因此如何实现低成本、高效率、高精度钻孔成为快速制板的瓶颈问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术之不足而提供一种结构简单、速度快、精度高的电路板自动钻孔机。

为实现上述的目的，本发明的技术方案是：底座、操作平台、x方向运动机构、x方向直线轴承、x轴步进电机、x方向同步齿轮、x方向同步带、二维运动机构、z方向直线轴承、滚珠丝杆、z轴步进电机、直流电机，所述操作平台设于底座上，操作平台的上部的底座上设有x方向运动机构、二维运动机构，x轴步进电机的输出轴上装有同步齿轮，同步齿轮上设有同步带，同步带另一端与x方向运动机构相连，x方向运动机构再通过z方向直线轴承与二维运动机构相连，二维运动机构的上部设有z轴步进电机，z轴步进电机与滚珠丝杆相连，滚珠丝杆两边各有一个z方向的直线轴承，z轴步进电机带动滚珠丝杆沿z方向上下运动，滚珠丝杆的螺母固定在z方向的二维运动机构上，直流电机也固定在二维运动机构的z运动方向部分，钻头安装于直流电机输出轴上；识别模块分别与显示模块、存储模块、定位模块相连，识别模块识别PCB文件，一方面获取并处理PCB文件线路和钻孔数据，将处理后的线路和钻孔数据由显示模块显示；另一方面从PCB文件获取与孔相关的数据，并将其送到定位模块，定位模块对孔的相关数据进行处理，获取孔的钻孔数据，送到微处理器，微处理器根据孔的钻孔数据分别控制驱动电路，驱动直流电机、x轴步进电机、z轴步进电机动作，完成钻孔工作。

上述电路板自动钻孔机中，所述操作平台设于底座上的y轴运动机构上，y轴运动机构由y轴步进电机、y方向直线轴承、y方向同步齿轮、y方向同步带组成，y轴步进电机经同步齿轮、y方向同步带与操作平台相连，同时操作平台与y方向直线轴承相连。

采用上述技术方案的电路板自动钻孔机，其识别模块可直接识别线路板PCB格式的文件，自动获取钻孔数据，包括孔大小、孔类型、孔位置，定位模块对孔的相关数据进行计算后送到微控处理，由微处理器控制直流电机、x轴步进电机、y轴步进电机、z轴步进电机动作，自动完成钻孔工作。同时，由于本发明采用具有128细分的步进电机驱动电路，X和Y方向采用高质量，高精度的同步带、同步齿轮和直线轴承，Z方向使用进口精密滚珠丝杆，使得这三个方向的运动精度达到0.01mm。因此，本发明具有结构相对简单，成本较低、体积小、操作极其简单，定位、钻孔准确，钻孔速度快，运行稳定可靠、不易损坏钻头的优点。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明控制部分的结构图。

图2为本发明机构部分的结构图。

图3为本发明中PCB文件处理流程图。

图4为本发明中微处理器控制部分的电原理图。

具体实施方式

如图1所示，图1为本发明控制部分的结构图，识别模块分别与显示模块、存储模块、定位模块相连，识别模块读取并识别PCB文件，一方面获取并处理PCB文件线路和钻孔数据，将处理后的线路和钻孔数据由显示模块显示；另一方面从PCB文件获取与孔相关的数据，并将其送到定位模块，定位模块对孔的相关数据进行处理，获取孔的钻孔数据，送到微处理器，微处理器根据孔的钻孔数据分别控制驱动电路，驱动直流电机、x轴步进电机、z轴步进电机动作，完成钻孔工作。光电检测电路主要用来进行线路板钻孔起点与终点自动定位，三个方向执行机构运行的行程限位，以保证线路板钻孔定位准确，执行机构运行安全可靠，光电检测电路由x方向光电传感器和y方向光电传感器组成，分别靠近二维运动机构和y方向步进电机，当数控钻孔机上电后，二维运动机构自动沿x正方向(向右)运动，直到运行到光电传感器检测到二维运动机构即停止运动(最右端位置)，同时，底板操作平台沿y负方向(向后)运动，直到运行到光电传感器检测到底板操作平台即停止运动(最后端位置)。

如图2所示，本发明机械部分主要包括：底座7、操作平台8、x方向运动机构2、x方向直线轴承3、x轴步进电机5、x方向同步齿轮6、x方向同步带4、二维运动机构15、z方向直线轴承1、滚珠丝杆13、z轴步进电机14、直流电机12、y方向直线轴承9、y方向同步齿轮10、y方向同步带11、y轴步进电机18、x方向光电传感器16、y方向光电传感器17，所述操作平台8设于底座上的y轴运动机构上，y轴运动机构由y轴步进电机18、y方向直线轴承9、y方向同步齿轮10、y方向同步带11组成，y轴步进电机18经同步齿轮10、y方向同步带11与操作平台8相连，同时操作平台8与y方向直线轴承9相连，即操作平台运动由步进电机带动同步带运动，直线方向由直线轴承控制，操作平台8的上部的底座7上设有x方向运动机构2、二维运动机构15，x轴步进电机5的输出轴上装有同步齿轮6，同步齿轮6上设有同步带4，同步带4另一端与x方向运动机构2相连，x方向运动机构2再通过z方向直线轴承1与二维运动机构15相连，二维运动机构15的上部设有z轴步进电机14，z轴步进电机14与滚珠丝杆13相连，滚珠丝杆13两边各有一个z方向的直线轴承1，z轴步进电机14带动滚珠丝杆13沿z方向上下运动，滚珠丝杆13的螺母固定在z方向的二维运动机构15上，直流电机12也固定在二维运动机构15的z运动方向部分，钻头(未示出)安装于直流电机12输出轴上。钻孔时，x方向运动机构带动二维运动机构运动到相应的位置后停止，使二维运动机构15在x运动方向固定，z运动方向部分通过滚珠丝杆13及两个直线轴承1带动直流电机12上下运动。

为确保钻孔机的钻孔精度，本发明中的驱动部分采用了具有128细分的步进电机驱动电路，X和Y方向采用高质量，高精度的同步带、同步齿轮和直线轴承，Z方向使用进口精密滚珠丝杆，使得这三个方向的运动精度达到0.01mm；为降低钻孔机的噪音，提高孔壁的光滑度，本产品钻孔电机采用了高速、低噪音的无刷直流电机，此电机具有转速高(空载转速：20000转/分，负载转速：18000转/分)，噪音低(空载：35分贝，负载：60分贝)的特点。

本发明中步进电机采用42型2相步进电机，驱动X、Y、Z三个方向执行机构的精确运动；高速直流无刷电机，带动钻头高速旋转，使所钻孔保持孔壁光滑、无毛刺；X、Y方向采用高精度同步带与同步齿轮，Z方向采用高精度滚珠丝杆，同时三个方向配备高硬度、高精度直线轴承，使传动装置与执行机构能非常精确的配合，以确保钻孔的精确度；步进电机驱动及细分控制电路采用L298和L6506，使步进电机能可靠、平稳、高精度的运转；直流无刷电机采用低压启动，具有启动速度快、运转平稳、速度可调的特点；微控制器采用高集成度片上系统(SOC)C8051F020，该器件具有多达64个I/O口，64K Flash程序存储器，两个12位DA与2.4V内部电压基准，非常方便步进电机细分控制，片内JTAG调试接口，极其方便产品升级；外部数据存储器采用高速、大容量、低功耗的4M SRAM器件IS61LV25616。

本发明的工作原理：首先将待钻孔的线路板固定在操作平台8上，识别模块读取并识别PCB文件，从PCB文件获取与孔相关的数据，并将其送到定位模块，定位模块对孔的相关数据进行处理，获取孔的钻孔数据，送到微处理器，微处理器控制x方向运动机构2、操作平台8、二维运动机构15作X、Y方向运动，使直流电机12的中心轴上的钻头对准线路板的原点，确定原点后，微处理器控制x方向运动机构2、操作平台8、二维运动机构15作X、Y方向运动，使直流电机12的中心轴上的钻头对准线路板的终点，如果运行到终点后，直流电机12的中心轴上的钻头未对准线路板终点，需调整线路板的X或Y方向的摆放位置，直至终点对钻头。微处理器在收到钻孔命令后，需先确定钻孔位置。首先微处理器自动控制直流电机12高速旋转，然后x方向运动机构2、操作平台8、二维运动机构15同时移动，但二维运动机构15在Z方向不运动，即只在X、Y方向运动，待定位准确后，X、Y方向不运动，二维运动机构15先沿Z的反方向运动(即往下运动)，开始钻孔(此时X、Y方向运动机构不动作)，钻孔到位后，二维运动机构15沿Z方向运动(即往上运动)，此时，一个孔即钻完，再开始重复前面的动作，钻第二个孔，依此类推，直至完成同一种规格孔的钻孔工作。在钻完一种规格的孔之后，微处理器自动控制直流电机12停止旋转；此时，可以更换另一种规格的钻头，并由根据发送的钻孔命令，开始钻第二种规格孔，依此类推，完成全部钻孔工作。

Claims (3)

1、一种电路板自动钻孔机，底座、操作平台、x方向运动机构、x方向直线轴承、x轴步进电机、x方向同步齿轮、x方向同步带、二维运动机构、z方向直线轴承、滚珠丝杆、z轴步进电机、直流电机，所述操作平台设于底座上，操作平台的上部的底座上设有x方向运动机构、二维运动机构，x轴步进电机的输出轴上装有同步齿轮，同步齿轮上设有同步带，同步带另一端与x方向运动机构相连，x方向运动机构再通过z方向直线轴承与二维运动机构相连，二维运动机构的上部设有z轴步进电机，z轴步进电机与滚珠丝杆相连，滚珠丝杆两边各有一个z方向的直线轴承，z轴步进电机带动滚珠丝杆沿z方向上下运动，滚珠丝杆的螺母固定在z方向的二维运动机构上，直流电机也固定在二维运动机构的z运动方向部分，钻头安装于直流电机输出轴上；识别模块分别与显示模块、存储模块、定位模块相连，识别模块识别PCB文件，一方面获取并处理PCB文件线路和钻孔数据，将处理后的线路和钻孔数据由显示模块显示；另一方面从PCB文件获取与孔相关的数据，并将其送到定位模块，定位模块对孔的相关数据进行处理，获取孔的钻孔数据，送到微处理器，微处理器根据孔的钻孔数据分别控制驱动电路，驱动直流电机、x轴步进电机、z轴步进电机动作，完成钻孔工作。

2、根据权利要求1所述的电路板自动钻孔机，其特征在于：所述操作平台设于底座上的y轴运动机构上，y轴运动机构由y轴步进电机、y方向直线轴承、y方向同步齿轮、y方向同步带组成，y轴步进电机经同步齿轮、y方向同步带与操作平台相连，同时操作平台与y方向直线轴承相连。

3、根据权利要求2所述的电路板自动钻孔机，其特征在于：还包括光电检测电路，光电检测电路由x方向光电传感器和y方向光电传感器组成，分别靠近二维运动机构和y方向步进电机，其输出接微处理器。

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