一种全自动PCB板打孔装置的制作方法

本实用新型属于印制电路板加工领域，具体而言，涉及一种全自动PCB板打孔装置。

背景技术：

在随着电子产业的飞速发展，全球电子行业的产值都处于一种稳定而又快速上升的状态。而印刷电路板(PCB)被称为“电子产品之母”，在电子行业中的位置可谓是举足轻重。作为电子产品制造的基础产业，PCB的发展现状很大程度上决定了电子产业的发展程度，所以，提高PCB的产品精度和生产效率是所有PCB制造厂商所追求的第一目标。而随着电子行业技术的发展，越来越多的电子设备正在向小型化、轻量化、多功能化发展，现在的电子产品多数以“小、轻、薄”为发展方向，这就需要PCB有更小的尺寸，更多的功能，更强的拓展性。

整个电子行业对于电子产品、电子元器件“更小、更轻、更薄”的要求使得PCB制造面临着更高的要求，PCB制造的过程中需要有更高的精度，更快的速度，对于孔的定位能力要求更强，打孔孔径要求更小。

我国在1990年开始能够自主研发并生产PCB机械钻孔设备，在这十多年来发展十分迅速，其中以深圳市大族数控公司、成都星维科公司、上海东源公司、惠州天马公司以及台湾地区的泷泽科技公司为代表的一系列生产企业蓬勃发展，已经在中档设备市场占领主导地位。我国研发生产的PCB钻床价格低廉、性价比高、性能强，广受好评。但与国际先进技术进行比较，我国对于微小孔径的加工能力还稍显不足，加工精度和速度也相对略低。如果要跻身高端产品还需要进行进一步的改进。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种PCB板打孔装置，旨在提高对于微小孔径的加工精度和加工速度的装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种可以更快、更精确地加工更“小、轻、薄”的PCB板打孔装置。

本实用新型是这样实现的：

一种全自动PCB板打孔装置，包括：底座、打孔机构、配置有第一驱动设备且与所述打孔机构固接用以驱动所述打孔机构在X轴、Y轴和Z轴上进行三轴移动的配置于所述底座上方的三轴运动定位机构；所述打孔机构包括中间具有一段截面为圆弧正三角型结构的钻头、与所述钻头的一端咬合并驱动所述钻头转动的第二驱动设备、具有一可穿过所述钻头的正方形孔且在所述钻头的圆弧正三角型段穿过所述正方形孔时可限制所述钻头平面移动轨迹的限位块、以及与所述限位块连接用以驱动所述限位块沿钻头的轴向上下移动的第三驱动设备；其中，所述圆弧正三角形段穿过所述正方形孔并在所述正方形孔内旋转时，所述钻头每旋转一周时各所述圆弧正三角形段的三个顶角的边与所述正方形孔的各内表面有且只有一条公共接触线。

作为进一步改进，所述三轴运动定位机构进一步包括：配置于底座上方一侧且带有第一滚珠滑台的第一丝杆滑台组件、位于与所述第一丝杆滑台组件彼此对置的底座上方的另一侧配置有第一滑轨、一端固定于所述第一滚珠滑台且另一端通过滑块与所述第一滑轨相适配的带有第二滚珠滑台的第二丝杆滑台组件、一端固定在所述第二滚珠滑台上且另一端朝上带有第三滚珠滑台的第三丝杆滑台组件；每一所述丝杆滑台组件进一步配置有带螺纹且一端与所述第一驱动设备咬合的丝杆、以及具有配置于所述丝杆另一端且可限制所述丝杆进行移动的底板的基座；其中，所述第一丝杆滑台组件与所述第一滑轨相互平行。

作为进一步改进，所述打孔机构通过一曲臂与所述第三滚珠滑台连接，所述曲臂设有供所述限位块上下滑动的槽，且所述第二驱动设备和所述第三驱动设备与所述曲臂紧固连接。

作为进一步改进，在每一所述底板与每一所述丝杆步进电机之间配置有两根与所述丝杆平行的第二滑轨，所述每一所述滚珠滑台上配置有两组与两根所述第二滑轨连接的滑轮；其中，所述滑轮沿所述第二滑轨轴向进行滑动。

作为进一步改进，所述滑块固定在所述第二丝杆滑台组件的下方且所述滑块上配置有一个滑槽；其中，所述滑块通过所述滑槽沿所述第一滑轨前后滑动。

作为进一步改进，所述第一丝杆滑台组件通过第一固定板固定在所述底座上，所述第一滑轨通过第二固定板固定在所述底座上；其中，所述第一固定板用以限制所述第一丝杆滑台组件的高度，所述第二固定板用以限制所述第一滑轨的高度。

作为进一步改进，所述钻头为下段为三角刀头结构；其中，所述钻头上截面为圆弧正三角型段穿过所述正方形孔时所述三角刀头的刀尖旋转运动的轨迹为正方形。

作为进一步改进，在所述底座上设有T型滑槽。

作为进一步改进，在所述底座上设有螺丝孔。

通过采用上述技术方案，本实用新型可以取得以下技术效果：

(1)本实用新型采用三个丝杆滑台组件的方式使该打孔机构可以在X轴、Y轴和Z轴进行三轴快速运动并精确定位进而打孔。

(2)本实用新型采用可滑动的且具有方形孔的滑块和中间具有一段截面为圆弧正三角形的钻头配合可以在不用更换钻头的情况下实现即可钻圆形孔也可钻方形孔。

(3)本实用新型底座上通过设有位置精度和平面精度高的T型滑槽或螺丝孔，可以快速地更换不同的装夹夹具，快速流水线作业，减少更换夹具需要的重新定位的时间。

附图说明

图1是本实用新型的一种全自动PCB板打孔装置的结构示意图。

图2是本实用新型的丝杆滑台组件的结构示意图。

图3是本实用新型的打孔机构的结构示意图。

图4和图5是打孔钻头和限位块不同视角的结构示意图。

图6是本实用新型的下位机执行上位机的执行命令指令流程图。

附图标识

底座10、第一丝杆滑台组件11、第一滚珠滑台12、第二滚珠滑台13、第二丝杆滑台组件14、第三丝杆滑台组件15、第二滚珠滑台16、滑块17、第一滑轨18、第一固定板19、第二固定板20、T型滑槽21、螺丝孔22、打孔机构23、第一驱动设备24、丝杆25、第二滑轨26、滚珠滑台27、滑轮28、底板29、外接接口30、钻头31、第二驱动设备、限位块33、第三驱动设备34、曲臂35、正方形孔36、圆弧正三角形段37。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。

结合图1至图2对一种全自动PCB板打孔装置的结构及功能进行说明，具体如下：在本实施例中，一种全自动PCB板打孔装置，包括底座10，配置有第一驱动设备24且与所述打孔机构23固接用以带动所述打孔机构23在X轴、Y轴和Z轴上进行三轴移动的配置于所述底座10上方的三轴运动定位机构。所述打孔机构23包括中间具有一段截面为圆弧正三角型结构的钻头31、与所述钻头31上端咬合并驱动所述钻头31转动的第二驱动设备32、具有一可穿过所述钻头31的正方形孔36且在所述钻头31的圆弧正三角型段37穿过所述正方形孔36时可限制所述钻头31平面移动轨迹的限位块33、以及与所述限位块33连接用以驱动所述限位块33沿钻头31轴向上下运动的第三驱动设备34。三轴运动定位机构包括配置于底座上方一侧且带有第一滚珠滑台12的第一丝杆滑台组件11，位于与所述第一丝杆滑台组件11彼此对置的底座上方的另一侧配置有第一滑轨18，一端固定于所述第一滚珠滑台12且另一端通过滑块17与所述第一滑轨18相适配的带有第二滚珠滑台13的第二丝杆滑台组件14，一端固定在所述第二滚珠滑台13上且另一端朝上带有第三滚珠滑台16的第三丝杆滑台组件15，以及外接接口29。每一所述丝杆滑台组件进一步配置有带螺纹的丝杆25，与每一所述丝杆25一端咬合的第一驱动设备24，以及配置于所述丝杆另一端且可限制所述丝杆进行移动的底板29。每一所述滚珠滑台27内设有与所述丝杆上的螺纹相匹配的螺纹且每一所述滑台上的螺纹与所述内丝杆的螺纹之间配置有滚珠。所述第一驱动设备24为丝杆步进电机，所述第二驱动设备32为电机，所述第三驱动设备34为气缸，电机可以为市场常见的异步或同步电机，气缸可为SMC或SC等市场上常见气缸，与该电机和气缸外接的设备和控制系统均为常见的PLC等系统，这些并不属于本申请要保护的内容，在这里就不多加赘述。所述第一丝杆滑台组件11与所述第一滑轨18相互平行。每一所述第一驱动设备24、均配置有处理器，该处理器可以为STM32单片机。

在本实施例中，每一所述第一驱动设备24通过所述外接接头29取得电源，并从通过外接接头29与上位机联机，接收来自上位机的进一步驱动所述丝杆25进行转动。丝杆25进行转动时会通过嵌在所述丝杆25与所述滚珠滑台27的螺纹之间的滚珠带动所述滚珠滑台27进行移动，所述丝杆25夹在所述底板29与所述第一驱动设备24之间，无法移动只能受所述第一驱动设备24的驱动进行转动。

在所述第一丝杆滑台组件11接收上位机的指令时，所述第一滚珠滑台12会在所述丝杆步进电机的驱动下沿着丝杆进行移动。本实施例中，在每一所述底板29与每一所述第一驱动设备24之间夹有两根与所述丝杆平行的第二滑轨26，所述第二滑轨固接于所述底板29与所述第一驱动设备24，所述每一所述滚珠滑台27上配置有两组与所述第二滑轨26连接的滑轮28；其中，所述滑轮28只能沿所述第二滑轨26进行滑动。两组滑轮28配置于所述丝杆25的左右两侧，所述滑轮28配置于所述滚珠滑台27的两侧，所述第二滑轨26为圆柱长柱体，所述滑轮28的形状可参考图2，所述第二滑轨26与所述滑轮28限制所述滚珠滑台27只能沿着丝杆前后移动。所以所述第一滚珠滑台12会沿着丝杆前后滑动，并进一步地带动固定在所述第一滚珠滑台12上的第二丝杆滑台组件14进行移动，同样的，所述第二丝杆滑台组件14接收上位机的指令时会驱动所述第二滚珠滑台16进行滑动，并进一步带动固定于所述第二滚珠滑台16上的第三丝杆滑台组件15进行移动。

通过上述的第一和第二丝杆滑台组件的配合实现了本实用新型的全自动PCB板打孔装置的平面定位。

在所述第三丝杆滑台组件15上配置的第三滚珠滑台16固接有一曲臂35，所述曲臂35与所述打孔机构23固定连接。所述第三丝杆滑台组件15上的丝杆步进电机驱动所述第三滚珠滑台16进行上下移动，通过往复的上下移动的形式带动固接在所述曲臂35上的打孔机构23进行打孔作业。增加一曲臂可以更大限度地调节打孔机构装夹的位置，安装也更加方便，也能与不同型号与大小的打孔机构进行配置。

通过上述的第三丝杆滑台组件15实现全自动PCB板打孔装置的Z轴移动功能，通过第一、第二和第三丝杆滑台组件实现所述全自动PCB板打孔装置的加工能力。

结合附图3、附图4和附图5，在本实施例中，所述打孔机构23包括中间具有一段截面为圆弧正三角型结构的钻头31，与所述钻头31上端咬合并驱动所述钻头31转动的第二驱动设备32、具有一可穿过所述钻头31的正方形孔36且在所述钻头31的圆弧正三角型段37穿过所述正方形孔36时可限制所述钻头31平面移动轨迹的限位块33、与所述限位块33连接用以驱动所述限位块33沿钻头31轴向上下运动的第三驱动设备34。其中，所述钻头31的下段为三角刀头结构，当第三驱动设备34接收到指令带动所述限位块33往上移动时，所述圆弧正三角段37与所述正方形孔36进入插穿状态，所述正方形孔36对受所述第二驱动设备32驱动而旋转的钻头31进行限制，所述钻头31在自身自转的同时会在所述正方形孔36中做公转。

其中，圆弧正三角形段37穿过所述正方形孔36并在所述正方形孔36内旋转时，所述钻头31每旋转一周时各圆弧正三角形段37的三个顶角的边与正方形孔36的各内表面有且只有一条公共接触线，且钻头31每一次旋转各圆弧正三角形段37的三个顶角的边与正方形孔36的各内表面所接触的公共接触线的位置均是一致的。而且，正方形孔36内表面上的两对置面上的与圆弧正三角形段37的公共边是相互垂直的。此时，钻头31的三角刀头的刀尖在进行旋转运动时的轨迹为正方形，如此，实现了钻头可以钻出方形孔的功能。在所述第三驱动设备34接收到指令带动所述限位块33往下移动时，所述正方形孔36脱离与所述圆弧正三角型段37的配合，所述钻头31恢复正常的旋转，此时，所述钻头31钻出的孔为圆形孔。也就是说，利用具有正方形孔36的限位块对钻头31进行旋转时的轨迹进行限制，实现了不用更换钻头就可以对PCB板钻出圆形孔和方形孔。

在本实施例中，曲臂35具有可容置限位块33的容置槽，该容置槽的槽内的两侧与限位块33的两外侧平行，其中第二驱动设备32与曲臂35固定连接，限位块33与第二驱动设备32固定连接。在第二驱动设备32驱动限位块33上下活动时，限位块33的两外侧可以贴着容置槽的槽内的两侧上下活动，也就是说，容置槽可以在限位块33上下活动时进行导向，防止第二驱动设备32在驱动限位块33上下活动时会有摆动而导致限位块33会有无法与圆弧正三角型段37做穿插动作。

从上述的第一和第二丝杆滑台组件的配合实现的平面定位、第三丝杆滑台组件实现的Z轴移动与定位功能以及打孔机构23的打孔功能，实现了所述全自动PCB板打孔装置的三轴移动、定位以及加工的能力。

在本实施例中，所述第一丝杆滑台组件11通过第一固定板19固定在所述底座10上；其中，所述第一固定板19可以限制所述第一丝杆滑台组件11的高度。所述第一滑轨18通过第二固定板20固定在所述底座10上；其中，所述第二固定板20可以限制所述第一滑轨18的高度。通过调节所述第一固定板19和所述第二固定板20的高度可以使所述第二丝杆滑台组件14在水平方向与所述底座10保持平行。所述第一固定板19与所述第二固定板20的下端通过螺丝、螺栓、定位销或凸块与卡槽的配合形式与所述底座10固接在一起，同样的所述第一固定板19与所述第二固定板20可以用同样的固接方式分别与所述第一丝杆滑台组件11和第一滑轨18固接在一起。

优选地，在所述第一固定板19与所述第二固定板20上固定的距离上设有几组安装孔或安装槽，可以根据打孔机构或PCB板的夹持机构的行程需求进行选择。也就是说所述第一丝杆滑台组件11、第二丝杆滑台组件14、第三丝杆滑台组件15以及第一滑轨18与所述底座上表面的距离是可以根据夹具的高度进行调整的。

在本实施例中，所述第二丝杆滑台组件14下方配置有一滑块17与所述第一滑轨18配合且所述滑块17只能沿所述第一滑轨18轴向滑动，所述第一丝杆滑台组件11与所述第一滑轨相互平行。通过上述的保证所述第二丝杆滑台组件14可以在于所述底座10上表面平行的平面上进行滑动。

在本实施例中，所述底座10上设有T型滑槽21，该T型滑槽21具有精度较高的平面，可用于做滑配面。所述T型滑槽可用于与夹持PCB板的机构进行固定连接，同时可用以夹持PCB板的机构通过滑槽在所述底座10上前后滑动进行流水线作业。

在本实施例中，所述底座10上设有螺丝孔，所述螺丝孔可用于与夹持PCB板的机构进行固定连接，且所述螺丝孔的位置是精确且固定的，在加工多种型号的PCB板时，更换上新的夹持机构在装好后不需要重新定位，可以直接调用程序进行加工，可以省下大量的校对时间。其中，夹持PCB板的夹持机构不属于本实用新型的内容，在这就不多做赘述。

本申请另提供一种全自动PCB板打孔装置的使用方法，在本实施例中，其具体步骤包括：

S10：所述处理器接收到上位机的指令并对所述指令进行解读及计算得出移动的距离；

S20：所述处理器控制所述三轴运动定位机构驱动所述打孔机构在X Y平面上运动并定位；

S30：所述处理器控制所述三轴运动定位机构驱动所述打孔机构在Z轴方向运动并定位。

在本实施例中，所述第一驱动设备24与所述处理器组成下位机，其中，所述上位机一次只发送一行指令，并在所述下位机执行完当前的指令后发送指令告诉所述上位机自己已经执行完当前命令，所述上位机才会继续向所述下位机发送下一条指令。

在本实施例中所述处理器为STM32单片机。

让所述上位机与下位机实现上述的功能，下位机执行上位机的执行命令指令流程图可参考图6。具体如下：

在编写STM32单片机的程序时，首先需要做的事就是初始化单片机。在此，需要对STM32单片机进行初始化的操作。首先需要定义STM32单片机的串口，规定串口的相应参数例如波特率，同时因为当有信息通过串口通信时需要单片机立即做出反应，所以需要对串口通信进行开中断设置。同时还需要定义硬件需要使用到的I/O口，为了方便程序对I/O口的操作，将I/O口的地址赋值给变量，通过对该变量进行操作来改变相应I/O口的状态。通过对串口定义后，可以通过定义一个数组来接收上位机发送过来的信息，将其按位存储到数组的相应位置中。

为了能够区分命令指令和位移指令，避免两者混淆，使用了判断语句。为了防止上位机连续不断的发送信息导致信息传递出现错误的情况的发生，上位机一次只发送一行指令，如果有多行命令指令需要发送，需要下位机先执行完当前的指令，发送特殊的指令告诉上位机自己已经执行完当前命令，此时上位机才会继续向下位机发送下一条指令。

在执行位移指令前，也需通过判断的方式判断出是否为位移指令。若当前指令为位移指令，就需要根据位移指令的格式来对当前指令进行解读。对上位机已经生成的位置信息的格式进行了解释，其格式为“X/Y+增量位移+命令符”。下位机通过对数组第一位进行判断可以得出该位移指令是对应哪一个坐标轴，接着对四位位移信息进行读取，通过公式计算出此时应该移动的距离，公式如下：

△X＝数组[2]*1000+数组[3]*100+数组[4]*10+数组[5]

通过上述方法所述上位机下达指令控制所述第一、第二和第三滚珠滑台往复移动，实现快速定位，快速加工。

在本实施例中，通过上述方法控制所述第一驱动设备24转动的角度从而对所述滚珠滑台27的位移进行较为精确地控制，其中，所述第一驱动设备24驱动所述滚珠滑台27进行移动的最小误差可以达到12um，根据生产需求，所述第一驱动设备24的驱动所述滚珠滑台27进行移动的可选择的精度区间有12um～50um，可以实现对微小孔径的加工提供较高的加工精度和较快的加工速度。

综上所述，本实用新型采用三个丝杆滑台组件的方式使该打孔装置可以进行三轴运动。本实用新型驱动丝杆转动的丝杆步进电机通过配置处理器也就是STM32单片机可以实现控制全自动PCB板打孔装置的快速定位与快速加工。本实用新型采用可滑动的且具有方形孔的滑块和中间具有一段截面为圆弧正三角形的钻头配合可以在不用更换钻头的情况下实现即可钻圆形孔也可钻方形孔。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。