專利名稱：一種pcb板鉆機(jī)的鉆孔加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種印刷(制)電路板PCB的加工方法，更具體地說，本發(fā)明涉及一種在印刷電路板PCB上鉆孔的方法。
背景技術(shù)：
在實(shí)際生產(chǎn)中，待加工的印制電路板PCB板一般由四層組成，最上層為鋁板(保護(hù) PCB免受壓腳的影響)，中間為兩層電路板，最底層是墊板(保護(hù)鉆機(jī)平臺(tái)面板免受刀具劃傷)。印制電路板(PCB)孔位的精密加工要求鉆機(jī)具有高速度、高精度、高穩(wěn)定性的特點(diǎn)。為此，加工印制電路板的關(guān)鍵工藝裝備是多軸級(jí)聯(lián)式數(shù)控鉆機(jī)，以保證數(shù)控鉆機(jī)的機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，盡可能降低鉆機(jī)鉆孔過程中出現(xiàn)的振動(dòng)、噪聲等對(duì)鉆孔精度的影響。但實(shí)際上，PCB多軸級(jí)聯(lián)數(shù)控鉆機(jī)的鉆軸(Z軸)在高速、短行程、垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，存在振動(dòng)噪聲大及入鉆速度偏大等缺點(diǎn)，從而造成PCB正反面孔位不一致的問題，目前，降低鉆機(jī)鉆孔振動(dòng)和噪聲的傳統(tǒng)方法，僅僅局限于優(yōu)化鉆機(jī)橫梁和平臺(tái)控制參數(shù)，雖然這些優(yōu)化在一定程度上取得了成效，但還不能徹底解決Z軸鉆孔過程中振動(dòng)和噪聲過大的問題。進(jìn)一步分析傳統(tǒng)的PCB數(shù)控鉆機(jī)鉆軸的轉(zhuǎn)速V-行程T之間的軌跡曲線如圖1，由圖1可看出傳統(tǒng)鉆軸的加工過程包含7個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)速點(diǎn)和6個(gè)行程段其中7個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)分別是點(diǎn)為零轉(zhuǎn)速的起鉆位，Va點(diǎn)為下空行程的最大轉(zhuǎn)速值， Vb點(diǎn)為刀具接觸PCB板最上鋁板層的轉(zhuǎn)速，Vc點(diǎn)為刀具鉆透PCB的電路板的轉(zhuǎn)速，Vd點(diǎn)為刀具鉆透墊板的轉(zhuǎn)速(終鉆位)，Ve點(diǎn)為鉆軸向上返回階段的最大反向轉(zhuǎn)速，Vf點(diǎn)是鉆軸向上返回至0點(diǎn)對(duì)應(yīng)的起鉆位。其中6個(gè)行程段分別是0點(diǎn)-A點(diǎn)是鉆軸從起鉆位開始下鉆，并以恒加速度加速到最大轉(zhuǎn)速Va的增速段，目的是為了保證鉆軸在較短的時(shí)間走完空行程；A點(diǎn)-B點(diǎn)是從空行程的最大轉(zhuǎn)速Va逐漸減速的減速段，目的是為刀具進(jìn)板做準(zhǔn)備；B點(diǎn)-C點(diǎn)是刀具從PCB 板的最高點(diǎn)鋁板上面鉆透PCB板電路板的恒速段；C點(diǎn)-D點(diǎn)是刀具從PCB電路板直至鉆透到墊板最低點(diǎn)(終鉆位)的降速段；D點(diǎn)-E點(diǎn)-F點(diǎn)是刀具鉆軸反轉(zhuǎn)快速返回的階段。本發(fā)明人反復(fù)分析圖1后逐漸發(fā)現(xiàn)領(lǐng)悟到Va及A點(diǎn)為Z軸下行時(shí)的速度突變點(diǎn)， Vb及B點(diǎn)是Z軸開鉆階段的速度突變點(diǎn)；由于這兩個(gè)速度突變點(diǎn)的存在，且A B段為刀具由空鉆到接觸加工PCB板面的行程段，導(dǎo)致刀具接觸加工板面時(shí)速度過高、刀具彎曲大，不可避免的造成鉆孔時(shí)Z軸的振動(dòng)及噪聲偏大，從而造成PCB正反面孔位不一致，因而給Z軸加工過程帶來不穩(wěn)定因素。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明的目的是要提供一種PCB板鉆機(jī)的鉆孔加工方法，該加工方法具有如下的優(yōu)點(diǎn)能夠采取簡單有效的步驟，通過降低入鉆轉(zhuǎn)速，進(jìn)一步減少鉆軸的振動(dòng)噪聲及PCB正反面孔位偏差。為此，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種PCB板鉆機(jī)的鉆孔加工方法，所述PCB板被夾緊在PCB板鉆機(jī)的平臺(tái)上，所述PCB板依次包括最上的保護(hù)層、中間的電路板層、最下的墊板層，所述加工方法包括控制鉆機(jī)的鉆軸作正向轉(zhuǎn)動(dòng)的向下行程、作反向轉(zhuǎn)動(dòng)的上返行程； 所述向下行程包括空轉(zhuǎn)的下空行程、鉆進(jìn)的下鉆行程；該下空行程包括從零轉(zhuǎn)速Vo增加的增速段、從最大轉(zhuǎn)速Va開始的減速段，減速段直至鉆刀觸及保護(hù)層時(shí)的觸板轉(zhuǎn)速Vb為止；該下鉆行程包括恒定轉(zhuǎn)速Vco進(jìn)行鉆削的恒速段、鉆刀觸及墊板層后降低轉(zhuǎn)速的降速段；所述上返行程始于鉆透所述墊板層，而所述恒定轉(zhuǎn)速Vco起始于鉆刀觸及所述電路板層、終止于鉆刀鉆透所述電路板層，所述加工方法調(diào)整所述減速段使得觸板轉(zhuǎn)速Vb低于恒定轉(zhuǎn)速Vco，而在該降低的觸板轉(zhuǎn)速Vb與恒定轉(zhuǎn)速Vco之間還包括轉(zhuǎn)速逐步增加的加速段。本發(fā)明人在反復(fù)分析數(shù)控鉆機(jī)傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速V-行程T的軌跡曲線圖的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)領(lǐng)悟到刀具由空鉆到接觸加工PCB板面的A-B行程段上，存在兩個(gè)速度突變點(diǎn)，正是因?yàn)檫@段行程和兩個(gè)速度突變點(diǎn)，導(dǎo)致刀具接觸加工板面時(shí)速度過高、刀具彎曲大，不可避免的造成鉆孔時(shí)Z軸的振動(dòng)及噪聲偏大，從而造成PCB正反面孔位不一致， 因而給Z軸加工過程帶來不穩(wěn)定因素。為此，本發(fā)明方法調(diào)整所述減速段使得觸板轉(zhuǎn)速Vb 低于恒定轉(zhuǎn)速Vco，而在該降低的觸板轉(zhuǎn)速Vb與恒定轉(zhuǎn)速Vco之間還包括轉(zhuǎn)速逐步增加的加速段，以致刀具接觸鉆進(jìn)PCB板面時(shí)的轉(zhuǎn)速能夠自低向高、逐步增速；從而有效消除A-B 行程段上的2個(gè)速度突變點(diǎn)，通過降低入鉆轉(zhuǎn)速，進(jìn)一步減少鉆軸的振動(dòng)噪聲及PCB正反面孔位偏差，而且本方法改進(jìn)簡單有效。為了使得速度突變點(diǎn)進(jìn)一步過渡圓滑，從而更進(jìn)一步降低鉆軸的振動(dòng)噪聲及PCB 正反面的孔位偏差，本發(fā)明PCB板鉆機(jī)的鉆孔加工方法還包括如下的具體改進(jìn)當(dāng)所述減速段達(dá)到所述恒定轉(zhuǎn)速Vco時(shí)，所述加工方法開始用分段插值方法陸續(xù)地圓滑如下過程后續(xù)的減速段、觸板轉(zhuǎn)速Vb、和加速段。當(dāng)所述增速段達(dá)到所述恒定轉(zhuǎn)速Vco時(shí)，所述加工方法開始用分段插值方法陸續(xù)地圓滑如下過程后續(xù)的增速段、最大轉(zhuǎn)速Va、和減速段。為了使得速度突變點(diǎn)圓滑過渡過程更加簡單可靠，本發(fā)明PCB板鉆機(jī)的鉆孔加工方法還包括如下的具體改進(jìn)所述分段插值方法是基于PVT(Position-Velocity-Time)軌跡規(guī)劃平臺(tái)。所述加工方法是由具有PLC功能及帶有UMAC運(yùn)動(dòng)控制卡的PCB數(shù)控鉆機(jī)予以實(shí)施。所述上返行程包括從零轉(zhuǎn)速Vo逐漸反向加速的反增段、從最大反速Ve開始的反減段，直至回到零轉(zhuǎn)速Vo。試運(yùn)行表明本發(fā)明鉆孔加工方法使得鉆軸經(jīng)的振動(dòng)和噪聲降低了 10%，鉆孔精度提高了 5%。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。


圖1為PCB板鉆機(jī)傳統(tǒng)的鉆孔加工方法示意框圖。圖2為PCB板鉆機(jī)本發(fā)明的鉆孔加工方法實(shí)施例的示意框圖。
圖3為激光干涉儀實(shí)測本發(fā)明鉆孔加工方法控制鉆軸的行程轉(zhuǎn)速曲線圖。
具體實(shí)施例方式如圖2，所示為PCB板鉆機(jī)本發(fā)明的鉆孔加工方法實(shí)施例的示意框圖。所述PCB板被夾緊在PCB板鉆機(jī)的平臺(tái)上，所述PCB板依次包括最上的保護(hù)層、中間的電路板層、最下的墊板層，所述加工方法是由在具有PLC功能及帶有UMAC運(yùn)動(dòng)控制卡的PCB數(shù)控鉆機(jī)上具體實(shí)施。所述加工方法包括控制鉆機(jī)的鉆軸作正向轉(zhuǎn)動(dòng)的向下行程O-D段、作反向轉(zhuǎn)動(dòng)的上返行程D-F段；所述向下行程O-D段包括空轉(zhuǎn)的下空行程O-B段、鉆進(jìn)的下鉆行程B-D段； 該下空行程O-B段包括從零轉(zhuǎn)速Vo增加的增速段O-A段、從最大轉(zhuǎn)速Va開始的減速段 A-B段，減速段A-B直至鉆刀觸及保護(hù)層時(shí)的觸板轉(zhuǎn)速Vb為止；該下鉆行程B-D段包括恒定轉(zhuǎn)速Vco進(jìn)行鉆削的恒速段C1-C2段、鉆刀觸及墊板層后降低轉(zhuǎn)速的降速段C2-D段；所述上返行程D-F段始于鉆透所述墊板層，而所述恒定轉(zhuǎn)速Vco起始于鉆刀觸及所述電路板層Cl點(diǎn)(=Vc1)、終止于鉆刀鉆透所述電路板層C2點(diǎn)(=Vc2)，所述加工方法調(diào)整所述減速段A-B段使得觸板轉(zhuǎn)速Vb低于恒定轉(zhuǎn)速Vco，而在該降低的觸板轉(zhuǎn)速Vb與恒定轉(zhuǎn)速Vco 之間還包括轉(zhuǎn)速逐步增加的加速段B-Cl段。所述上返行程D-F段包括從零轉(zhuǎn)速Vo = Vd 逐漸反向加速的反增段D-E段、從最大反速Ve開始的反減段E-F段，直至回到零轉(zhuǎn)速Vo = Vf0當(dāng)所述減速段A-B段達(dá)到所述恒定轉(zhuǎn)速Vco的B’點(diǎn)時(shí)，基于PVT軌跡規(guī)劃平臺(tái)的所述加工方法開始用分段插值方法陸續(xù)地圓滑如下過程后續(xù)的減速段B’ -B段、觸板轉(zhuǎn)速 Vb、和加速段B-Cl段。且當(dāng)所述增速段O-A段達(dá)到所述恒定轉(zhuǎn)速Vco的A’點(diǎn)時(shí)，基于PVT軌跡規(guī)劃平臺(tái)的所述加工方法開始用分段插值方法陸續(xù)地圓滑如下過程后續(xù)的增速段A’ -A段、最大轉(zhuǎn)速Va、和減速段A-B’段。具體而言本發(fā)明方法基于Delta Tau公司開發(fā)的UMAC可編程多軸運(yùn)動(dòng)控制卡的 PVT軌跡規(guī)劃技術(shù)，對(duì)PCB數(shù)控鉆機(jī)鉆軸(Z軸)的行程T-轉(zhuǎn)速V對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行規(guī)劃。UMAC 是以TurboPMAC2為基礎(chǔ)的高性能伺服運(yùn)動(dòng)控制器，通過數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，可以同時(shí)控制1-8個(gè)軸，而且它還可以自動(dòng)對(duì)任務(wù)進(jìn)行優(yōu)化等級(jí)判別，從而進(jìn)行實(shí)時(shí)的多任務(wù)處理。 UMAC具有開放平臺(tái)，不僅可以用G代碼，而且可以用C或BASIC語言編程，能夠?qū)Υ鎯?chǔ)在內(nèi)部的程序進(jìn)行單獨(dú)的運(yùn)算，執(zhí)行運(yùn)動(dòng)程序、PLC程序，可進(jìn)行伺服環(huán)更新，并以串口、總線兩種方式與主計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。整體開發(fā)步驟如下1)采用UMAC控制器控制PCB數(shù)控鉆機(jī)的鉆軸(Z軸)。2)采集未經(jīng)規(guī)劃的PCB數(shù)控鉆機(jī)鉆軸(ζ軸)的行程T-轉(zhuǎn)速V對(duì)應(yīng)關(guān)系，分析其產(chǎn)生振動(dòng)及噪聲的因素。；3)將PVT 的軌跡規(guī)劃算法編譯成PLC程序，然后利用UMAC提供的PLC功能將PLC程序下載到控制卡中運(yùn)行。具體的PVT軌跡規(guī)劃通過{軸}{數(shù)據(jù)} :{數(shù)據(jù)}格式的語句使之運(yùn)動(dòng)，其中 {軸}是指定軸的字母，第一個(gè){數(shù)據(jù)}是指定結(jié)束位置或距離段的值，依靠軸是在絕對(duì)模式或增量模式而定(本發(fā)明采用絕對(duì)模式)，而第二個(gè){數(shù)據(jù)}是代表結(jié)束速度的值。4) 使用UMAC的PMACPlot32Pro2軟件采集鉆軸(Z軸)加工過程的實(shí)時(shí)軌跡并與原軌跡對(duì)比
5分析，判斷規(guī)劃后的軌跡是否達(dá)到要求，比較可見規(guī)劃的鉆軸(Z軸)行程T-轉(zhuǎn)速V對(duì)應(yīng)關(guān)系圓滑了原軌跡中速度突變的A點(diǎn)和E點(diǎn)，并減小了刀具的入鉆速度。6)用激光干涉儀采集鉆軸(Z軸)行程T-轉(zhuǎn)速V對(duì)應(yīng)關(guān)系，與PMACPl0t32Pr02采集的軌跡進(jìn)行對(duì)比，由圖 3可見，激光干涉儀采集的行程T-轉(zhuǎn)速V對(duì)應(yīng)關(guān)系與實(shí)際行程T-轉(zhuǎn)速V對(duì)應(yīng)關(guān)系一致，因此可以認(rèn)為規(guī)劃后的軌跡有效。 綜上所述，此軌跡規(guī)劃方法不僅能有效的減小鉆軸(Z軸)在加工過程中的振動(dòng)和噪聲，而且能提高鉆孔精度。
權(quán)利要求
1.一種PCB板鉆機(jī)的鉆孔加工方法，所述PCB板被夾緊在PCB板鉆機(jī)的平臺(tái)上，所述 PCB板依次包括最上的保護(hù)層、中間的電路板層、最下的墊板層，所述加工方法包括控制鉆機(jī)的鉆軸作正向轉(zhuǎn)動(dòng)的向下行程、作反向轉(zhuǎn)動(dòng)的上返行程；所述向下行程包括空轉(zhuǎn)的下空行程、鉆進(jìn)的下鉆行程；該下空行程包括從零轉(zhuǎn)速Vo增加的增速段、從最大轉(zhuǎn)速Va開始的減速段，減速段直至鉆刀觸及保護(hù)層時(shí)的觸板轉(zhuǎn)速Vb為止；該下鉆行程包括恒定轉(zhuǎn)速 Vco進(jìn)行鉆削的恒速段、鉆刀觸及墊板層后降低轉(zhuǎn)速的降速段；所述上返行程始于鉆透所述墊板層，其特征在于所述恒定轉(zhuǎn)速Vco起始于鉆刀觸及所述電路板層、終止于鉆刀鉆透所述電路板層，所述加工方法調(diào)整所述減速段使得觸板轉(zhuǎn)速Vb低于恒定轉(zhuǎn)速Vco，而在該降低的觸板轉(zhuǎn)速Vb與恒定轉(zhuǎn)速Vco之間還包括轉(zhuǎn)速逐步增加的加速段。
2.如權(quán)利要求1所述PCB板鉆機(jī)的鉆孔加工方法，其特征在于當(dāng)所述減速段達(dá)到所述恒定轉(zhuǎn)速Vco時(shí)，所述加工方法開始用分段插值方法陸續(xù)地圓滑如下過程后續(xù)的減速段、觸板轉(zhuǎn)速Vb、和加速段。
3.如權(quán)利要求1所述PCB板鉆機(jī)的鉆孔加工方法，其特征在于當(dāng)所述增速段達(dá)到所述恒定轉(zhuǎn)速Vco時(shí)，所述加工方法開始用分段插值方法陸續(xù)地圓滑如下過程后續(xù)的增速段、最大轉(zhuǎn)速Va、和減速段。
4.如權(quán)利要求2或3所述PCB板鉆機(jī)的鉆孔加工方法，其特征在于所述分段插值方法是基于PVT軌跡規(guī)劃平臺(tái)。
5.如權(quán)利要求1所述PCB板鉆機(jī)的鉆孔加工方法，其特征在于所述加工方法是由具有PLC功能及帶有UMAC運(yùn)動(dòng)控制卡的PCB數(shù)控鉆機(jī)予以實(shí)施。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種PCB板鉆機(jī)的鉆孔加工方法，包括控制鉆機(jī)的鉆軸作正向轉(zhuǎn)動(dòng)的向下行程、作反向轉(zhuǎn)動(dòng)的上返行程；向下行程包括下空行程、下鉆行程；該下空行程包括增速段、減速段，減速段直至鉆刀觸及保護(hù)層時(shí)的觸板轉(zhuǎn)速Vb為止；該下鉆行程包括恒定轉(zhuǎn)速Vco進(jìn)行鉆削的恒速段、鉆刀觸及墊板層后降低轉(zhuǎn)速的降速段；上返行程始于鉆透墊板層，而恒定轉(zhuǎn)速Vco起始于鉆刀觸及電路板層、終止于鉆刀鉆透電路板層，加工方法調(diào)整減速段使得觸板轉(zhuǎn)速Vb低于恒定轉(zhuǎn)速Vco，而在該降低的觸板轉(zhuǎn)速Vb與恒定轉(zhuǎn)速Vco之間還包括轉(zhuǎn)速逐步增加的加速段。本發(fā)明加工方法能夠采取簡單有效的步驟，通過降低入鉆轉(zhuǎn)速，進(jìn)一步減少鉆軸的振動(dòng)噪聲及PCB正反面孔位偏差。
文檔編號(hào)B23B35/00GK102294499SQ20111020241
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者宋福民, 譚艷萍, 高云峰 申請(qǐng)人:深圳市大族數(shù)控科技有限公司, 深圳市大族激光科技股份有限公司