CN202162390U - 印刷电路板(pcb)钻床用主轴夹紧装置 - Google Patents

Abstract

一种印刷电路板(PCB)钻床用主轴夹紧装置。该装置用于在印刷电路板钻床上固定电主轴，其包括主轴夹、主轴夹托架、主轴压板和Z轴驱动装置，主轴夹固定在主轴夹托架上，主轴设置在主轴夹中心孔中且与主轴夹形成间隙配合，主轴压板盖在主轴顶端上。主轴通过主轴压板和主轴紧固件来固定。该装置结构简单，装配、调整容易，主轴的装配定位精度高。特别是电主轴不受径向压力，避免了由径向压力导致的间隙减小所引起的主轴故障。本实用新型还提供了使用以上钻床用主轴夹紧装置加工PCB的方法，包括由Z轴驱动装置驱动主轴夹托架及安装于其上的主轴夹、主轴向下运动进行钻孔，以及反向驱动主轴夹托架使其上升，从而完成钻孔循环。

Description

印刷电路板(PCB)钻床用主轴夹紧装置

技术领域

本实用新型涉及一种印刷电路板(PCB)钻床用主轴夹紧装置，特别是一种用于将主轴固定在主轴夹中的装置；此外，本实用新型还涉及使用该钻床用主轴夹紧装置加工PCB的方法。 

背景技术

PCB钻床用主轴目前几乎是一个标准部件，如图1所示。通用的转速有12.5万转每分至20万转每分，甚至更高。其内部结构为：中心是转子1，在转子1中部外围是定子线圈4，线圈4的上下两端是气浮轴承座2。气浮轴承座2与转子1形成气浮轴承付，其间的间隙3是气浮轴承间隙，该间隙大约为0.03mm。工作时，间隙3中充满压缩气体，转子依赖这上下两个径向气浮轴承承受径向力而高速旋转。在转子的上端或下部，还设置有轴向气浮轴承，以承受轴向负荷。主轴的外形定位尺寸φd是标准尺寸(φ61.900-φ61.915)，长度尺寸H和L依据不同的厂家、不同的型号有较大的变化。头部外径φD变化不大(φ75-φ78)。 

现有的印刷电路板钻床用主轴的夹紧装置多种多样，归类主要有如下几种： 

1.径向夹紧式 

如图2-图4。图2，主轴夹侧面整体沿轴向被切开一条槽，依靠侧面的两个螺钉压紧；图3，主轴夹正面中部被切成两半，在切下的一半(即图中的主轴盖板)的轴向切面上，再磨去一层，即可用螺钉压紧主轴；图4，主轴夹整体沿轴向切为两半，在盖板的切面上磨去一点，再用4个螺钉压紧主轴。这类夹紧方式，有一个共同特点，即在径向上施力夹紧。主轴需承受主轴夹施予的径向力，即夹紧力。主 轴在工作过程中除了克服扭矩之外，还需承受轴向力，尤其是在钻大孔时轴向力较大。为此，需对主轴施加较大的夹紧力，以产生足够的轴向摩擦力来克服轴向负载。通常，在施力处夹紧力导致的主轴径向变形可达0.01～0.02mm。为减小此变形对主轴气浮轴承间隙的影响，施力点一般选在上下两个气浮轴承之间。但两气浮轴承之间的距离较小，且各品牌各型号的主轴长度不一，两气浮轴承之间的距离及位置不同，此夹紧力导致的径向变形对主轴气浮轴承间隙都造成或多或少的影响。主轴是PCB钻机容易产生故障的部件，此夹紧力更加快了主轴的故障频率。此外，各个锁紧螺钉的拧紧顺序和锁紧力的大小差异还易导致主轴歪斜。 

径向夹紧式的优点是结构简单。 

2.悬挂夹紧式 

如图5所示，主轴的径向定位仍由主轴夹的中心大孔确定，在主轴上方，弯板通过螺钉与主轴连接。由于弯板承受钻孔时的扭矩及轴向负载，主轴夹的径向夹紧力可大大减小。不过，由于是直接通过螺钉螺纹连接，主轴上端的连接螺纹孔，螺钉螺纹及螺母螺纹均需与轴线垂直。而螺纹的垂直性往往难于保证，导致主轴下端因主轴夹中心大孔限位，上端因螺钉歪斜而“憋劲”。 

3.气浮轴承式 

如图6所示，在主轴夹中心大孔内沿径向均匀分布有许多小孔，并通有高压空气，在主轴圆周外表面与主轴夹内表面之间形成高压气隙，从而使主轴夹与主轴形成一个气浮轴承付。主轴3通过联接套2与丝杆螺母1连接，并在丝杆螺母1的推动下作上下运动，而主轴夹保持不动。在此种结构中，主轴不受径向夹紧力，且因为主轴夹固定不动，Z轴运动质量较小。可用较小的电机获得较高的加速度。但此种主轴夹制造精度要求极高，且使用中需消耗大量的高压气体，使用成本较高，故应用不多。 

综上所述，目前需要一种容易制造、成本低廉且易于使用，同时 使主轴在工作时不受径向压力、从而避免了由该压力导致的主轴气浮轴承间隙减小所引起的主轴故障的PCB钻床用主轴夹紧装置。 

实用新型内容

根据上述需要解决的问题，设计了如下印刷电路板钻床用主轴夹紧装置。 

在一种实施例中，公开了一种印刷电路板钻床用主轴夹紧装置，该装置包括主轴夹13、主轴夹托架4和Z轴驱动装置18(例如，丝杠)，其中主轴夹13固定在主轴夹托架4上，在使用时，主轴15设置在主轴夹13的中心孔中且与该主轴夹13形成间隙配合；主轴15相对于主轴夹13固定，且Z轴驱动装置18用来驱动主轴夹托架4沿Z轴平移，带动主轴夹13及主轴15等作Z轴运动，实现钻孔；在加工时，压脚所受的工件的压力能够由Z轴驱动装置18所施加的压力克服。 

作为一种优选方案，主轴15通过盖在该主轴15顶端的主轴压板1和主轴紧固件11与主轴夹13固定在一起。 

在主轴夹下端设置有环形槽，槽中设置O形橡胶圈9。依靠O形橡胶圈的弹性变形，进一步消除主轴夹与主轴之间的配合间隙导致的主轴定位的不确定性，确保主轴每次拆装后都能恢复至初装位置，即重复安装精度高。这对PCB钻机极其重要，因为PCB钻机主轴需经常拆卸下来保养维护，且PCB钻机有多个主轴(2～6个，甚至8个)，各主轴之间的位置需保持恒定不变。 

在主轴上端法兰与主轴夹上表面之间衬有套垫5，主轴顶端盖有主轴压板1，通过主轴紧固件(例如4个螺钉)11将主轴压紧在主轴夹上。工作中，主轴需保持与工作台面20(即水平面)垂直。只要保证主轴夹上表面与中心孔垂直，安装时，主轴夹上表面与工作台面平行即可。套垫5的断面为平面。或者，因套垫5是环形件，在车床上很容易将其端面加工成锥面(见图8)，尽管锥面与轴线不垂直，但其与上下接触的面，均是环形面，该面始终与中心轴线垂直。故套垫对 主轴中心线与水平面的垂直影响甚微。 

由于此主轴夹在正面无径向夹紧式的锁紧螺钉，所以也避免了正面锁紧螺钉锁紧力不均衡，甚至因锁紧顺序不同而导致的主轴中心线与工作台面不垂直。 

在主轴夹左右两边，对称地装有直线轴承8和导向轴7。导向轴7上端依次连接有气浮动接头12、压脚驱动装置2，以及支撑压脚驱动装置的压脚驱动装置固定板3。压脚驱动装置2驱动压脚，使得能够在主轴刀尖接触工件之前将工件压平压实。导向轴下端则连接吸屑罩10。吸屑罩下端设置有下垫16和压脚17。 

套垫5的作用是粗调主轴刀尖(钻针尖)与压脚17底面的距离t。通常，标准距离t＝0.5～1.0mm。根据不同品牌、不同型号的主轴，制定出两种高度的套垫。使用时，可不用，或选用一个套垫，或至多组合两个套垫，再微调气浮动接头12上下两端的螺钉，使导向轴7上升或下降，达到所要求的标准t值0.5～1.0mm。 

该装置结构简单，容易制造且成本低廉，装配、调整容易，并且电主轴的装配定位精度高。特别是电主轴不受径向压力，避免了由径向压力导致的电主轴气浮轴承间隙的减小所引起的电主轴故障。 

附图说明

应当注意，各幅附图不一定是按比例绘制的，其中： 

图1是主轴结构示意图； 

图2是现有技术的开槽夹紧式主轴夹示意图； 

图3是现有技术的局部夹紧式主轴夹示意图； 

图4是现有技术的两半夹紧式主轴夹示意图； 

图5是现有技术的悬挂式主轴夹示意图； 

图6是现有技术的气浮轴承式主轴夹示意图； 

图7-1是本实用新型的装配后的整个系统的正面半剖示意图， 

图7-2是沿A-A的侧面全剖示意图， 

图7-3是图7-1的俯视图； 

图8是套垫示意图； 

图9是本实用新型的立体透视图。 

具体实施方式

参考附图7-1～图7-3。本实用新型包括图示中的主轴压板1、主轴夹托架(例如Z轴滑板)4、主轴夹13、Z轴驱动装置(例如，Z轴丝杠)18和主轴夹紧固件(例如，主轴夹固定螺钉)14；可选地，还可包括O形橡胶圈9、主轴套垫5、压脚17、压脚驱动装置(例如压脚气缸)2、压脚驱动装置固定板(例如气缸固定板)3、锁紧机构(例如，锁紧螺钉)6、导向轴7、直线轴承8、吸屑罩10、主轴紧固件(例如主轴压紧螺钉)11、气浮头12、下垫16等零部件。 

各零部件间的装配过程如下： 

Z轴导轨安装完毕之后，将主轴夹托架4与Z轴导轨滑块连接，再将Z轴丝杠18的螺母连接于主轴夹托架4之上。与此同时，可选地，在包含O形橡胶圈9的情况下，将O形橡胶圈9放置于主轴夹13的中心大孔中，在包含直线轴承8的情况下，将直线轴承8设置于主轴夹13两侧的小孔中。利用主轴夹紧固件(例如，4个螺钉)14将主轴夹13固定在主轴夹托架4之上，并找平主轴夹13的上表面，以保证主轴夹13中心大孔与工作台面20垂直。 

可选地，在主轴夹两侧小孔的直线轴承中，插入导向轴7，并依次连接上气浮头12，气缸固定板3，压脚气缸2。其中气缸固定板3固定于主轴夹托架4上。 

可选地，将压脚17压入下垫16中，将下垫16压入吸屑罩10，再将吸屑罩10连接在导向轴7的下端。 

可选地，根据不同型号的主轴15，组合0～2个相同或不同高度的套垫5放置于主轴夹13上端。 

然后将主轴15插入，以主轴压板1和4根主轴压紧螺钉11来固 定主轴。主轴15与主轴夹13之间的最大间隙约0.04mm，从而完全无径向力作用于主轴。 

最后，可选地，在压脚气缸2气缸杆伸出的情况下，微调两侧气浮头12上下两端螺钉，使左右两根导向轴7上升或下降，保证主轴刀尖到压脚17下端面的距离t＝0.5～1.0mm，同时保证压脚17下端面与工作台20表面的平行。调整完毕之后，将锁紧螺钉6锁紧。 

安装完成后，使用方法为：主轴夹托架在Z轴驱动装置18的驱动下带动所述主轴夹13及主轴15等作Z轴运动，实现钻孔；钻至所需深度之后，Z轴驱动装置反向驱动主轴夹托架，使得主轴夹托架及所有安装于其上主轴夹、主轴随主轴夹托架上升，脱离工件的表面，完成钻孔循环。 

在包括本实用新型的可选零部件的情况下，可选地，使用方法可对应地包括以下步骤中的相应步骤：压脚气缸2在工作气压作用下使气缸杆下伸，丝杆18驱动主轴夹托架4及所有安装于其上的零部件(包括主轴夹、主轴等)向下运动，直至压脚17压住待加工工件19(PCB板)，将一叠工件压平压实，以便于加工；丝杠18进一步驱动以克服压脚气缸2的压力，使气缸杆逐渐被压回，主轴前端的刀尖“露出”于压脚17之外，实现钻孔；钻至所需深度之后，丝杆18反向驱动而上提主轴夹托架4，压脚气缸2的气缸杆逐渐外伸，直至完全伸出，使得吸屑罩10、下垫16、压脚17等在导向轴7的带动下随主轴夹托架4上升，脱离工件19表面，从而完成一个钻孔循环。 

此外，丝杆18可为能够实现本实用新型所要求的功能的其它类型的Z轴驱动装置18。 

同样，压脚气缸2也可为能够实现本实用新型所要求的功能的其它类型的压脚驱动装置2，对应地，气缸固定板3可为能够实现本实用新型所要求的功能的其它类型的压脚驱动装置固定板3。 

另外，锁紧螺钉6可为任何其它合适的锁紧机构6；主轴压紧螺钉11可为任何其它合适的主轴紧固件11；且主轴夹固定螺钉14可为 任何其它合适的主轴夹紧固件14。在满足本实用新型的要求的情况下，本文不意图限制锁紧机构6、主轴紧固件11以及主轴夹紧固件14的数量。 

以上实例以解释本实用新型的方式提供，并且不意图限制本实用新型。本实用新型的可获得专利保护的范围由权利要求书限定，并且包括本领域技术人员可想到的其它实例。如果这些其它实例具有与权利要求的字面语言没有区别的结构性元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言有非实质性区别的等效结构性元件，则这些其它实例意图处于权利要求的范围内。 

Claims (8)

1.一种印刷电路板钻床用主轴夹紧装置，该装置包括主轴夹(13)、主轴夹托架(4)和Z轴驱动装置(18)，其中所述主轴夹(13)固定在所述主轴夹托架(4)上，在使用时，主轴(15)设置在所述主轴夹(13)的中心孔中且与所述主轴夹(13)形成间隙配合；

其特征在于，所述主轴(15)相对于所述主轴夹(13)固定，且所述Z轴驱动装置(18)用来驱动所述主轴夹托架(4)沿Z轴平移，带动所述主轴夹(13)及所述主轴(15)作Z轴运动，实现钻孔。

2.根据权利要求1所述的主轴夹紧装置，其特征在于，所述主轴(15)通过盖在所述主轴(15)顶端的主轴压板(1)和主轴紧固件(11)与所述主轴夹(13)固定在一起。

3.根据权利要求1所述的主轴夹紧装置，其特征在于，所述主轴夹(13)下端设有环形槽，所述环形槽中设有用于降低所述主轴夹(13)与主轴之间的配合间隙所导致的主轴定位不确定性的O形橡胶圈(9)。

4.根据权利要求1所述的主轴夹紧装置，其特征在于，所述主轴夹紧装置还包括用于将待加工的工件(19)压平压实以便加工的压脚(17)，所述压脚(17)结构设计成使主轴刀尖与该压脚(17)的下端面隔开一段距离，且所述压脚(17)由压脚驱动装置(2)驱动，使得能够在主轴刀尖接触工件(19)之前将工件(19)压平压实，且在加工时，所述压脚所受的工件的压力能够由所述Z轴驱动装置(18)所施加的压力克服，使所述主轴刀尖露出到所述压脚(17)之外。

5.根据权利要求4所述的主轴夹紧装置，其特征在于，所述主轴夹紧装置还包括位于所述主轴(15)的上端法兰与所述主轴夹(13)的上表面之间的套垫(5)，所述套垫(5)用于粗调主轴刀尖与所述压脚(17)底面之间的所述距离，且至多可同时使用两个所述套垫(5)。

6.根据权利要求5所述的主轴夹紧装置，其特征在于，所述套垫(5)的端面为平面或锥面。 

7.根据权利要求4所述的主轴夹紧装置，其特征在于，所述主轴夹紧装置还包括吸屑罩(10)，下垫(16)位于所述吸屑罩(10)中，且所述压脚(17)位于所述下垫(16)中。

8.根据权利要求4所述的主轴夹紧装置，其特征在于，在所述主轴夹(13)左右两边对称地装有直线轴承(8)和导向轴(7)；所述导向轴(7)插入所述直线轴承(8)中，所述导向轴(7)上端依次连接有气浮动接头(12)、所述压脚驱动装置(2)，以及支撑所述压脚驱动装置(2)的压脚驱动装置固定板(3)，用来引导和驱动所述压脚(17)；其中，所述压脚驱动装置固定板(3)固定在所述主轴夹托架(4)上。 

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