实验室用3D电路雕刻机的制作方法

本实用新型涉及电路板雕刻机技术领域，尤其涉及一种实验室用3D电路雕刻机。

背景技术：

电路板的制作是电子产品研发过程中最关键的环节，必须使用不同的产品去量身设计和制作。相对于电路板工厂采取的腐蚀法制作电路板的工艺而言，机器雕刻则提供了一种更为快速制板方法，为实验室制作电路板，以及小批量制作电子产品的研发提供了极大的便利。随着社会发展，电子产品生产日益加快，对雕刻机的要求也越来越高，传统雕刻机体型较大，价格昂贵，雕刻时间过长，使用过程中存在诸多安全问题，不能满足现在的社会需求。新型的雕刻机并不成熟，对其的研究和发展还不完善，所以，探索一款快速、高精度、能满足社会需要的雕刻机以提高生产效率是技术难点。

(1)数控电路板雕刻机虽然雕刻精度相对较高，而实验时雕刻主要为小批量生产，雕刻数控电路板雕刻机体积比较庞大，价格昂贵，速率较慢。

(2)在打印双层板时，定位销如果稍微偏移，将会导致正面电路与背面电路不对应，从而报废整张此时雕刻的覆铜板。

(3)在实际的电路板雕刻过程中需要进行覆铜板的铣削、雕刻和钻孔工艺，雕刻也会因为电路板制作的不同而采用不同的刀具，在现有技术中换刀通常采用开启电源，程序控制z轴驱动总成将主轴电机整体提升比较繁琐。

(4)在雕刻过程中，会产生碎屑，碎屑乱飞可能会进入人的眼睛，危害身体健康，而且也不易于清洁打扫。

技术实现要素：

针对上述存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种实验室用3D电路雕刻机。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种实验室用3D电路雕刻机，包括机架，机架包括底部的方形框架和与方形框架垂直连接的立架，所述机架上部立架上设有X轴驱动总成，机架底部方形框架上设有Y轴驱动总成，所述X轴驱动总成上设有Z轴驱动总成，所述Z轴驱动总成上设有雕刻总成，Y轴驱动总成上面设有工作台，所述的X轴驱动总成、Y轴驱动总成和Z轴驱动总成分别包括步进电机、丝杆、滑杆、滑杆座、轴承座和安装板，安装板上设有滑块和丝杆螺丝，滑块和丝杆螺丝分别与滑杆和丝杆配合，丝杆一端与步进电机连接，另一端与轴承座配合，滑杆有两个，滑杆座有四个，滑杆的两端分别与两个滑杆座配合安装，所述的安装板包括安装板一、安装板二和工作台，安装板一设置在X轴驱动总成上，安装板二设置在Z轴驱动总成上，工作台设置在Y轴驱动总成上，所述的雕刻总成上设有换刀辅助机构，雕刻总成包括主轴电机、刀具夹具和刀具，换刀辅助机构包括电机安装板、把手和锁定装置，主轴电机设置在电机安装板上，电机安装板可转动，电机安装板上设有把手，把手上设有锁定装置，锁定装置防止电机安装板的转动，所述的步进电机通过控制系统来控制运动，所述的主轴电机通过独立电源控制运动。

进一步的，所述的安装板二上设有定位摄像头，定位摄像头与控制系统电连接，定位摄像头用来采集电路板的图像并向控制系统返回电路板某一点的位置信息。

进一步的，所述的电机安装板设置在安装板二上，把手上设有通孔，安装板上设有相应的两个通孔，锁定装置为紧固螺栓，雕刻时，电机安装板上的主轴电机处于竖直状态；换刀时，电机安装板上的主轴电机处于水平状态，锁定装置在任一状态时都与把手配合固定。

进一步的，所述的机架外部还设有防护罩，所述的防护罩包括外箱体和可透视窗口，可透视窗口通过合页与外箱体的顶部配合，控制系统和独立电源都设置在防护罩外。

进一步的，所述外箱体的内部底面上设有清屑槽，所述清屑槽包括横槽和竖槽，横槽设置在外箱体内部底面的中间部分，竖槽有两个分别设置在外箱体内部底面的两边缘处，横槽两端分别与两个竖槽贯通。

进一步的，所述的方形框架和立架的垂直连接处还设有稳固板，所述的稳固板与方形框架和立架构成三角形结构。

该实用新型的有益之处是：

1.该雕刻机X、Y、Z轴分别使用丝杆来控制，相对于同步带控制的雕刻机，丝杆控制可以使雕刻精度有明显的提高，能够避免误差的放大化。其体积小，在材料使用方面能够大幅度降低其成本，采用独立直流电源开关控制主轴电机，可以单独关闭运行中的主轴电机，可以在紧急状况时避免资源的浪费；换刀时利用换刀辅助机构可以不用开启电源就能轻易的换刀。

2.添加定位摄像头，在雕刻双层板时，如果在翻转板面时出现定位销掉落，找不到原先雕刻零点时，可以采用定位摄像头进行定位，通过摄像头采集雕刻平面的图像，在图像中使用鼠标点击雕刻的孔文件，通过定位左下角与右上角钻孔，可以重新定位雕刻零点。

3.换刀辅助机构结构简单，操作方便，既能轻易的换刀，又能固定主轴电机，不会丧失雕刻时的稳定性。

4.防护罩可避免碎屑的乱飞现象，又能很好的观察电路板的走刀。

5.防护罩内部底面的清屑槽可方便的将碎屑清扫至箱体外。

6.稳固版加固了机架的稳定性，使雕刻时不易晃动。

附图说明

附图1为本实用新型正视图，

附图2为本实用新型轴侧图，

附图3为本实用新型防护罩安装示意图，

附图4为本实用新型防护罩底部凹槽示意图，

附图5为本实用新型控制系统的总体框图。

图1—5中，1、机架，11、方形框架，12、立架，13、稳固板，2、X轴驱动总成，21、安装板一，22、步进电机，23、丝杆，24、滑杆座，25、滑杆，26、轴承座，3、Z轴驱动总成，31、安装板二，4、Y轴驱动总成，5、雕刻总成，6、工作台，7、定位摄像头，8、换刀辅助机构，81、电机安装板，82、把手，9、防护罩，91、外箱体，92、可透视窗口，93、横槽，94、竖槽。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图及实施方式对本实用新型作进一步的详细描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

如附图1—5所示，一种实验室用3D电路雕刻机，包括机架1，机架1包括底部的方形框架11和与方形框架11垂直连接的立架12，所述机架1上部立架12上设有X轴驱动总成2，机架1底部方形框架11上设有Y轴驱动总成4，所述X轴驱动总成2上设有Z轴驱动总成3，所述Z轴驱动总成3上设有雕刻总成5，Y轴驱动总成4上面设有工作台，所述的X轴驱动总成2、Y轴驱动总成4和Z轴驱动总成3分别包括步进电机22、丝杆23、滑杆25、滑杆座24、轴承座26和安装板，安装板上设有滑块和丝杆螺丝，滑块和丝杆螺丝分别与滑杆25和丝杆23配合，丝杆23一端与步进电机22连接，另一端与轴承座26配合，滑杆25有两个，滑杆座24有四个，滑杆25的两端分别与两个滑杆座24配合安装，所述的安装板包括安装板一21、安装板二31和工作台6，安装板一21设置在X轴驱动总成2上，安装板二31设置在Z轴驱动总成3上，工作台6设置在Y轴驱动总成4上，所述的雕刻总成5上设有换刀辅助机构8，雕刻总成5包括主轴电机、刀具夹具和刀具，换刀辅助机构8包括电机安装板81、把手和锁定装置，主轴电机设置在电机安装板81上，电机安装板81可转动，电机安装板81上设有把手82，把手82上设有锁定装置，锁定装置防止电机安装板81的转动，所述的步进电机22通过控制系统来控制运动，控制系统与计算机系统电连接，所述的主轴电机通过独立电源控制运动，出现紧急状况时，以为采用独立直流电源开关控制主轴电机，所以可以单独关闭运行中的主轴电机，避免资源的浪费。

安装板二31上设有定位摄像头7，定位摄像头7与控制系统电连接，定位摄像头7用来采集电路板的图像并向控制系统返回电路板某一点的位置信息，定位摄像头7，在雕刻双层板时，如果在翻转板面时出现定位销掉落，找不到原先雕刻零点时，可以采用定位摄像头7进行定位，通过摄像头采集雕刻平面的图像，在图像中使用鼠标点击雕刻的孔文件，通过定位左下角与右上角钻孔，可以重新定位雕刻零点。

电机安装板81设置在安装板二31上，把手82上设有通孔，安装板上设有相应的两个通孔，锁定装置为紧固螺栓，雕刻时，电机安装板81上的主轴电机处于竖直状态；换刀时，电机安装板81上的主轴电机处于水平状态，锁定装置在任一状态时都与把手82配合固定。

机架1外部还设有防护罩9，所述的防护罩9包括外箱体91和可透视窗口92，可透视窗口92通过合页与外箱体91的顶部配合，控制系统和独立电源都设置在防护罩9外。

外箱体91的内部底面上设有清屑槽，所述清屑槽包括横槽93和竖槽94，横槽93设置在外箱体91内部底面的中间部分，竖槽94有两个分别设置在外箱体91内部底面的两边缘处，横槽93两端分别与两个竖槽94贯通，清屑时，使用小毛刷将碎屑清扫至横槽93中，再从横槽93清扫至竖槽94中，竖槽94与外界联通，从而将碎屑清扫至外箱体91外。

方形框架11和立架12的垂直连接处还设有稳固板，所述的稳固板与方形框架11和立架12构成三角形结构。

雕刻机的实用价值较高，它是一种软硬件相互结合的产品，融合了数控、CAD、CAM等重要工业技术、适用于科研机构及个人制作小批量PCB板的需求，本发明主要是通过上位机G代码和下位机的同时控制实现电路的雕刻，上位机分别控制三个方向的移动，软件分别设有X、Y、Z微调，粗调按钮，能够使雕刻更加准确，通过计算机系统使电路板设计图纸通过程序转化为G代码，将G代码传递给上位机程序，上位机程序提供脉冲电路，从而控制步进电机22驱动电路，步进电机驱动电路分别控制三个驱动总成从而控制步进电机22的运动，独立电源控制主轴电机的开关，方便出现紧急状况来停止电机的转动，当雕刻机非人为断电时，可以将此时雕刻机各部件的运动方位对应的G代码导入上位机程序中，就可以实现断点续雕。

在机械结构部分，采用铝型材为机架1，底面为四根铝型材组成一种方形结构，在正方形的中间部分，连接三根铝型材组成的立架12与其形成垂直结构，为了增强雕刻时的稳定性，同时使用两根短的稳固板与其构成三角形结构，丝杆23控制可以使雕刻精度有明显的提高，能够避免误差的放大化。其体积小，在材料使用方面能够大幅度降低其成本。使用优质步进电机22，扭力大，每一个运动轴都可以轻松转动，这样，在机器运行时，就可以采用更高的速度，如图2，以X轴部分为例，在立架12最右边的铝型材中间，安装X轴步进电机22，同时，在步进电机22上下2公分处各安装一根滑杆25，同时，使用联轴器将丝杆23与步进电机22相连，使用四个滑杆座24将这两根滑杆25固定在最左边的铝型材上，同时安装两个滑块和一个丝杆螺丝，将木质的安装板一21通过螺丝固定在丝杆23上，使平面能够左右移动。Y轴部分，在水平面最后边的铝型材中间，安装Y轴步进电机，同时，在步进电机左右2公分处各安装一根滑杆，同时，使用联轴器将丝杆与步进电机相连，使用四个滑杆座将这两根杆固定在最前边的铝型材上，同时安装两个滑块和一个丝杆螺丝，将木质的工作台6通过螺丝固定在丝杆上，使平面能够前后移动。Z轴部分，使用两根滑杆和一根丝杆通过垂直轴承安装在安装板一21上，与此同时，安装两个滑块和一个丝杆螺丝，将木质的安装板二31通过螺丝固定在丝杆上，将主轴电机固定通过换刀辅助装置设置在安装板二31上，丝杆通过联轴器与步进电机相连，实现主轴电机的上下运动，换刀辅助机构8包括电机安装板81、把手82和锁定装置，主轴电机设置在电机安装板81上，电机安装板81可转动，电机安装板81上设有把手82，把手82上设有锁定装置，锁定装置防止电机安装板81的转动。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，在不脱离本实用新型的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围之内。