鉆銑一體功能與精度測試

趙 葵 常 遠(yuǎn) 羅志建 孟軍良 邱四軍

（維嘉數(shù)控科技（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215122）

1 前言

印制電路板（PCB）數(shù)控鉆銑邊機等生產(chǎn)設(shè)備是“PCB之母”，它的性能對PCB產(chǎn)品的合格起著決定性的影響[1]。隨著近年來發(fā)展，對鉆機、銑邊機的精度要求也日益提高，但是目前PCB鉆機、銑邊機的自動化程度還比較低，很多PCB板銑完邊之后需要進(jìn)行二次鉆孔，這時需要將銑好的半成品板從銑邊機轉(zhuǎn)移到鉆機上進(jìn)行二次加工，由于板面在作業(yè)人員操作的過程中難免會出現(xiàn)污漬或者垃圾，會產(chǎn)生不良或者報廢。而且二次加工需要二次裝夾，二次裝夾需要找正工件,找正的精度直接影響工件的成品質(zhì)量,二次裝夾操作比較繁瑣,占用的輔助時間也較長，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率[2]。因此研發(fā)出一臺滿足加工精度的鉆銑一體機是適應(yīng)市場需求的，具有較好的經(jīng)濟(jì)價值。

2 鉆銑一體機毛刷壓腳全自動切換技術(shù)

2.1 銑邊機使用毛刷的優(yōu)點

銑邊機使用毛刷、同步氣缸、吸屑罩組件可以在銑板時給工件系統(tǒng)施加垂直方向的壓力，在合適的真空負(fù)壓下可以順利吸走銑板產(chǎn)生的廢料與雜質(zhì)，提高銑板的精度，保證產(chǎn)品的高合格率。

2.2 鉆機壓腳壓板的優(yōu)點

在正確選擇蓋板和墊板的情況下，同步氣缸、吸屑罩和壓力腳組成的壓力腳組件是影響鉆孔品質(zhì)的關(guān)鍵因素，壓腳的主要功能是壓緊工件系統(tǒng)，通過本身的開槽透氣結(jié)構(gòu)，提供吸塵系統(tǒng)的空氣補充，形成比較良好的對流系統(tǒng)，還有比較大的緩沖作用。吸屑罩與壓力腳的組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)良設(shè)計和合理的壓力角壓力與吸塵負(fù)壓設(shè)置是保證印制電路板高品質(zhì)鉆孔的關(guān)鍵，因此鉆孔時是否使用壓力腳對鉆孔精度的影響是很顯著的，而銑邊機采用的是毛刷、吸屑罩、同步氣缸的結(jié)構(gòu)，因此在一臺設(shè)備上實現(xiàn)這兩種結(jié)構(gòu)的切換對銑板和鉆孔精度的提高起到很大作用。

表1 附圖說明

2.3 鉆銑一體機毛刷壓腳全自動切換機構(gòu)

綜上所述，為了保證精度，壓腳在鉆孔時是必須要使用的，為了保證銑板精度，毛刷也需要使用，因此迫切需要設(shè)計一款自動更換毛刷和壓腳的裝置來實現(xiàn)上述功能。這里我們設(shè)計了一款毛刷和壓腳全自動切換的機構(gòu)，此機構(gòu)不但保證了鉆孔和銑板的精度，還實現(xiàn)了壓腳毛刷的自動切換。

如圖1、圖2所示，在整個過程開始前將毛刷10和毛刷套5、大壓腳15和壓腳套11分別固定在一起，并放置在各中轉(zhuǎn)盤上。通過中轉(zhuǎn)盤（1）3、中轉(zhuǎn)盤固定座（1）2 、刀檢固定座1、中轉(zhuǎn)盤（2）12和中轉(zhuǎn)盤固定座（2）14將各自放置的位置調(diào)整到合適的狀態(tài)。

當(dāng)主軸在X、Y方向處于規(guī)定位置后，主軸開始向下移動，使吸屑罩8也隨著向下移動， 當(dāng)移動到圖示毛刷套5的的位置后，小型氣缸7帶動楔形塊松開毛刷套5，受環(huán)形磁鐵15磁力的影響，毛刷套5被吸附固定在了中轉(zhuǎn)盤3上，感應(yīng)開關(guān)4感應(yīng)到毛刷套的信號。此時主軸上升，感應(yīng)開關(guān)4感應(yīng)到毛刷套5并未隨著主軸上移而失去信號，表示毛刷套5和吸屑罩8正常脫離。然后吸屑罩8再移動到特定位置并與壓腳套11對接，氣缸7作用使壓腳套11固定在吸屑罩8上，磁性開關(guān)16能感應(yīng)到氣缸正常到位，主軸抬起，接近開關(guān)13感應(yīng)不到信號表示切換成功。

重復(fù)以上動作，依次實現(xiàn)毛刷和壓腳的切換過程。

圖1 鉆銑邊切換俯視圖

圖2 鉆銑邊切換正視圖

3 數(shù)據(jù)分析

將此機構(gòu)安裝在設(shè)備上后，為了得到壓腳和毛刷切換前后鉆孔精度的變化情況，我們進(jìn)行了精度測試,測試過程中使用同一臺機器且參數(shù)相同，主軸為銑邊用主軸，最高轉(zhuǎn)速60 kRPM，并進(jìn)行對比分析。

測試一：FR4雙面板0.8mm×3片；墊板：2.5mm紙板；蓋板：0.2mm 鋁片；孔徑：D0.25

在同等條件下，只更換壓腳和毛刷，銑邊機進(jìn)行兩種工藝鉆孔。每種工藝都進(jìn)行多次測試并記錄數(shù)據(jù)，第一種工藝鉆孔得到數(shù)據(jù)如圖3、圖4和表2。

圖3 使用毛刷鉆孔測試(1)

圖4 使用壓腳鉆孔測試(1)

表2 鉆孔測試數(shù)據(jù)(1)

通過本次工藝測試，連續(xù)進(jìn)行三次鉆孔測試，對比結(jié)果如上，使用壓腳效果較毛刷要好，精度更高。

測試二：FR-4雙面板0.8 mm×1片；墊板：2.5 mm紙板；蓋板：0.2 mm 鋁片；孔徑：D2.0

在同等條件下，只更換壓腳和毛刷，銑邊機進(jìn)行兩種工藝鉆孔。每種工藝都進(jìn)行多次測試并記錄數(shù)據(jù)。

第二種鉆孔工藝得到數(shù)據(jù)如圖5、圖6和表3。

表3 鉆孔測試數(shù)據(jù)（2）

圖5 使用毛刷鉆孔測試(2)

圖6 使用壓腳鉆孔測試(2)

通過本次工藝測試，可以看出對于大直徑鉆孔，使用壓腳鉆孔同樣比直接使用毛刷鉆孔Cpk值高，精度好。

4 結(jié)論

通過以上數(shù)據(jù)可以得出，采用此新型鉆銑一體結(jié)構(gòu)可以在保證銑板精度的基礎(chǔ)上，使鉆孔達(dá)到與鉆機鉆孔相近的效果，從而大大提高二次鉆孔精度，為解決PCB生產(chǎn)企業(yè)二次鉆孔需求提供了優(yōu)良的方案論證。若PCB生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品需要二次鉆孔，使用這一款鉆銑一體機可以減少板材的二次裝夾，大大提高了生產(chǎn)效率、降低成本。此技術(shù)已申請為專利技術(shù)。

[1] 黨振. 中國大陸PCB產(chǎn)業(yè)自動化的現(xiàn)狀與未來[J].印制電路與信息,2006,1：10-11.

[2] 劉大維. 在數(shù)控銑床加工中二次裝夾找正工件的技巧[J]. 科技傳播,2012,12：21-23.