专利名称：一种pcb板钻机的钻孔加工方法
技术领域：
本发明涉及一种印刷(制)电路板PCB的加工方法，更具体地说，本发明涉及一种在印刷电路板PCB上钻孔的方法。
背景技术：
在实际生产中，待加工的印制电路板PCB板一般由四层组成，最上层为铝板(保护 PCB免受压脚的影响)，中间为两层电路板，最底层是垫板(保护钻机平台面板免受刀具划伤)。印制电路板(PCB)孔位的精密加工要求钻机具有高速度、高精度、高稳定性的特点。为此，加工印制电路板的关键工艺装备是多轴级联式数控钻机，以保证数控钻机的机械设备正常运转，尽可能降低钻机钻孔过程中出现的振动、噪声等对钻孔精度的影响。但实际上，PCB多轴级联数控钻机的钻轴(Z轴)在高速、短行程、垂直往复运动时，存在振动噪声大及入钻速度偏大等缺点，从而造成PCB正反面孔位不一致的问题，目前，降低钻机钻孔振动和噪声的传统方法，仅仅局限于优化钻机横梁和平台控制参数，虽然这些优化在一定程度上取得了成效，但还不能彻底解决Z轴钻孔过程中振动和噪声过大的问题。进一步分析传统的PCB数控钻机钻轴的转速V-行程T之间的轨迹曲线如图1，由图1可看出传统钻轴的加工过程包含7个关键转速点和6个行程段其中7个转速点分别是点为零转速的起钻位，Va点为下空行程的最大转速值， Vb点为刀具接触PCB板最上铝板层的转速，Vc点为刀具钻透PCB的电路板的转速，Vd点为刀具钻透垫板的转速(终钻位)，Ve点为钻轴向上返回阶段的最大反向转速，Vf点是钻轴向上返回至0点对应的起钻位。其中6个行程段分别是0点-A点是钻轴从起钻位开始下钻，并以恒加速度加速到最大转速Va的增速段，目的是为了保证钻轴在较短的时间走完空行程；A点-B点是从空行程的最大转速Va逐渐减速的减速段，目的是为刀具进板做准备；B点-C点是刀具从PCB 板的最高点铝板上面钻透PCB板电路板的恒速段；C点-D点是刀具从PCB电路板直至钻透到垫板最低点(终钻位)的降速段；D点-E点-F点是刀具钻轴反转快速返回的阶段。本发明人反复分析图1后逐渐发现领悟到Va及A点为Z轴下行时的速度突变点， Vb及B点是Z轴开钻阶段的速度突变点；由于这两个速度突变点的存在，且A B段为刀具由空钻到接触加工PCB板面的行程段，导致刀具接触加工板面时速度过高、刀具弯曲大，不可避免的造成钻孔时Z轴的振动及噪声偏大，从而造成PCB正反面孔位不一致，因而给Z轴加工过程带来不稳定因素。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明的目的是要提供一种PCB板钻机的钻孔加工方法，该加工方法具有如下的优点能够采取简单有效的步骤，通过降低入钻转速，进一步减少钻轴的振动噪声及PCB正反面孔位偏差。为此，本发明的技术解决方案是一种PCB板钻机的钻孔加工方法，所述PCB板被夹紧在PCB板钻机的平台上，所述PCB板依次包括最上的保护层、中间的电路板层、最下的垫板层，所述加工方法包括控制钻机的钻轴作正向转动的向下行程、作反向转动的上返行程； 所述向下行程包括空转的下空行程、钻进的下钻行程；该下空行程包括从零转速Vo增加的增速段、从最大转速Va开始的减速段，减速段直至钻刀触及保护层时的触板转速Vb为止；该下钻行程包括恒定转速Vco进行钻削的恒速段、钻刀触及垫板层后降低转速的降速段；所述上返行程始于钻透所述垫板层，而所述恒定转速Vco起始于钻刀触及所述电路板层、终止于钻刀钻透所述电路板层，所述加工方法调整所述减速段使得触板转速Vb低于恒定转速Vco，而在该降低的触板转速Vb与恒定转速Vco之间还包括转速逐步增加的加速段。本发明人在反复分析数控钻机传统的转速V-行程T的轨迹曲线图的基础上，结合实际生产经验，发现领悟到刀具由空钻到接触加工PCB板面的A-B行程段上，存在两个速度突变点，正是因为这段行程和两个速度突变点，导致刀具接触加工板面时速度过高、刀具弯曲大，不可避免的造成钻孔时Z轴的振动及噪声偏大，从而造成PCB正反面孔位不一致， 因而给Z轴加工过程带来不稳定因素。为此，本发明方法调整所述减速段使得触板转速Vb 低于恒定转速Vco，而在该降低的触板转速Vb与恒定转速Vco之间还包括转速逐步增加的加速段，以致刀具接触钻进PCB板面时的转速能够自低向高、逐步增速；从而有效消除A-B 行程段上的2个速度突变点，通过降低入钻转速，进一步减少钻轴的振动噪声及PCB正反面孔位偏差，而且本方法改进简单有效。为了使得速度突变点进一步过渡圆滑，从而更进一步降低钻轴的振动噪声及PCB 正反面的孔位偏差，本发明PCB板钻机的钻孔加工方法还包括如下的具体改进当所述减速段达到所述恒定转速Vco时，所述加工方法开始用分段插值方法陆续地圆滑如下过程后续的减速段、触板转速Vb、和加速段。当所述增速段达到所述恒定转速Vco时，所述加工方法开始用分段插值方法陆续地圆滑如下过程后续的增速段、最大转速Va、和减速段。为了使得速度突变点圆滑过渡过程更加简单可靠，本发明PCB板钻机的钻孔加工方法还包括如下的具体改进所述分段插值方法是基于PVT(Position-Velocity-Time)轨迹规划平台。所述加工方法是由具有PLC功能及带有UMAC运动控制卡的PCB数控钻机予以实施。所述上返行程包括从零转速Vo逐渐反向加速的反增段、从最大反速Ve开始的反减段，直至回到零转速Vo。试运行表明本发明钻孔加工方法使得钻轴经的振动和噪声降低了 10%，钻孔精度提高了 5%。以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
图1为PCB板钻机传统的钻孔加工方法示意框图。图2为PCB板钻机本发明的钻孔加工方法实施例的示意框图。
图3为激光干涉仪实测本发明钻孔加工方法控制钻轴的行程转速曲线图。
具体实施例方式如图2，所示为PCB板钻机本发明的钻孔加工方法实施例的示意框图。所述PCB板被夹紧在PCB板钻机的平台上，所述PCB板依次包括最上的保护层、中间的电路板层、最下的垫板层，所述加工方法是由在具有PLC功能及带有UMAC运动控制卡的PCB数控钻机上具体实施。所述加工方法包括控制钻机的钻轴作正向转动的向下行程O-D段、作反向转动的上返行程D-F段；所述向下行程O-D段包括空转的下空行程O-B段、钻进的下钻行程B-D段； 该下空行程O-B段包括从零转速Vo增加的增速段O-A段、从最大转速Va开始的减速段 A-B段，减速段A-B直至钻刀触及保护层时的触板转速Vb为止；该下钻行程B-D段包括恒定转速Vco进行钻削的恒速段C1-C2段、钻刀触及垫板层后降低转速的降速段C2-D段；所述上返行程D-F段始于钻透所述垫板层，而所述恒定转速Vco起始于钻刀触及所述电路板层Cl点(=Vc1)、终止于钻刀钻透所述电路板层C2点(=Vc2)，所述加工方法调整所述减速段A-B段使得触板转速Vb低于恒定转速Vco，而在该降低的触板转速Vb与恒定转速Vco 之间还包括转速逐步增加的加速段B-Cl段。所述上返行程D-F段包括从零转速Vo = Vd 逐渐反向加速的反增段D-E段、从最大反速Ve开始的反减段E-F段，直至回到零转速Vo = Vf0当所述减速段A-B段达到所述恒定转速Vco的B’点时，基于PVT轨迹规划平台的所述加工方法开始用分段插值方法陆续地圆滑如下过程后续的减速段B’ -B段、触板转速 Vb、和加速段B-Cl段。且当所述增速段O-A段达到所述恒定转速Vco的A’点时，基于PVT轨迹规划平台的所述加工方法开始用分段插值方法陆续地圆滑如下过程后续的增速段A’ -A段、最大转速Va、和减速段A-B’段。具体而言本发明方法基于Delta Tau公司开发的UMAC可编程多轴运动控制卡的 PVT轨迹规划技术，对PCB数控钻机钻轴(Z轴)的行程T-转速V对应关系进行规划。UMAC 是以TurboPMAC2为基础的高性能伺服运动控制器，通过数字信号处理器(DSP)，可以同时控制1-8个轴，而且它还可以自动对任务进行优化等级判别，从而进行实时的多任务处理。 UMAC具有开放平台，不仅可以用G代码，而且可以用C或BASIC语言编程，能够对存储在内部的程序进行单独的运算，执行运动程序、PLC程序，可进行伺服环更新，并以串口、总线两种方式与主计算机进行通讯。整体开发步骤如下1)采用UMAC控制器控制PCB数控钻机的钻轴(Z轴)。2)采集未经规划的PCB数控钻机钻轴(ζ轴)的行程T-转速V对应关系，分析其产生振动及噪声的因素。；3)将PVT 的轨迹规划算法编译成PLC程序，然后利用UMAC提供的PLC功能将PLC程序下载到控制卡中运行。具体的PVT轨迹规划通过{轴}{数据} :{数据}格式的语句使之运动，其中 {轴}是指定轴的字母，第一个{数据}是指定结束位置或距离段的值，依靠轴是在绝对模式或增量模式而定(本发明采用绝对模式)，而第二个{数据}是代表结束速度的值。4) 使用UMAC的PMACPlot32Pro2软件采集钻轴(Z轴)加工过程的实时轨迹并与原轨迹对比
5分析，判断规划后的轨迹是否达到要求，比较可见规划的钻轴(Z轴)行程T-转速V对应关系圆滑了原轨迹中速度突变的A点和E点，并减小了刀具的入钻速度。6)用激光干涉仪采集钻轴(Z轴)行程T-转速V对应关系，与PMACPl0t32Pr02采集的轨迹进行对比，由图 3可见，激光干涉仪采集的行程T-转速V对应关系与实际行程T-转速V对应关系一致，因此可以认为规划后的轨迹有效。 综上所述，此轨迹规划方法不仅能有效的减小钻轴(Z轴)在加工过程中的振动和噪声，而且能提高钻孔精度。
权利要求
1.一种PCB板钻机的钻孔加工方法，所述PCB板被夹紧在PCB板钻机的平台上，所述 PCB板依次包括最上的保护层、中间的电路板层、最下的垫板层，所述加工方法包括控制钻机的钻轴作正向转动的向下行程、作反向转动的上返行程；所述向下行程包括空转的下空行程、钻进的下钻行程；该下空行程包括从零转速Vo增加的增速段、从最大转速Va开始的减速段，减速段直至钻刀触及保护层时的触板转速Vb为止；该下钻行程包括恒定转速 Vco进行钻削的恒速段、钻刀触及垫板层后降低转速的降速段；所述上返行程始于钻透所述垫板层，其特征在于所述恒定转速Vco起始于钻刀触及所述电路板层、终止于钻刀钻透所述电路板层，所述加工方法调整所述减速段使得触板转速Vb低于恒定转速Vco，而在该降低的触板转速Vb与恒定转速Vco之间还包括转速逐步增加的加速段。
2.如权利要求1所述PCB板钻机的钻孔加工方法，其特征在于当所述减速段达到所述恒定转速Vco时，所述加工方法开始用分段插值方法陆续地圆滑如下过程后续的减速段、触板转速Vb、和加速段。
3.如权利要求1所述PCB板钻机的钻孔加工方法，其特征在于当所述增速段达到所述恒定转速Vco时，所述加工方法开始用分段插值方法陆续地圆滑如下过程后续的增速段、最大转速Va、和减速段。
4.如权利要求2或3所述PCB板钻机的钻孔加工方法，其特征在于所述分段插值方法是基于PVT轨迹规划平台。
5.如权利要求1所述PCB板钻机的钻孔加工方法，其特征在于所述加工方法是由具有PLC功能及带有UMAC运动控制卡的PCB数控钻机予以实施。
全文摘要
本发明涉及一种PCB板钻机的钻孔加工方法，包括控制钻机的钻轴作正向转动的向下行程、作反向转动的上返行程；向下行程包括下空行程、下钻行程；该下空行程包括增速段、减速段，减速段直至钻刀触及保护层时的触板转速Vb为止；该下钻行程包括恒定转速Vco进行钻削的恒速段、钻刀触及垫板层后降低转速的降速段；上返行程始于钻透垫板层，而恒定转速Vco起始于钻刀触及电路板层、终止于钻刀钻透电路板层，加工方法调整减速段使得触板转速Vb低于恒定转速Vco，而在该降低的触板转速Vb与恒定转速Vco之间还包括转速逐步增加的加速段。本发明加工方法能够采取简单有效的步骤，通过降低入钻转速，进一步减少钻轴的振动噪声及PCB正反面孔位偏差。
文档编号B23B35/00GK102294499SQ20111020241
公开日2011年12月28日 申请日期2011年7月19日 优先权日2011年7月19日
发明者宋福民, 谭艳萍, 高云峰 申请人:深圳市大族数控科技有限公司, 深圳市大族激光科技股份有限公司