本發(fā)明屬于制造印刷電路板的技術領域，尤其涉及一種PCB鉆銑機床。

背景技術：

PCB板向高密度化、多層化、微型化發(fā)展，PCB板線寬和線距不斷縮小，對制造PCB的機器的精度和穩(wěn)定性提出了更高的要求。PCB板在制造過程中，需要鉆孔和銑削等工藝，目前市面上的鉆孔機和成型機被分別制造以滿足不同的工藝需求，PCB鉆銑機床是將兩種機床綜合在一起的機器。

目前市面上的機床多采用龍門式框架結構，床身上支撐沿前后方向運動的運動體實現單軸(如X軸)的運動，橫梁前掛載沿左右方向運動的運動體實現單軸(如Y軸)的運動，橫梁前部運動體上再掛載沿上下方向運動的運動體實現單軸(如Z軸)的運動，三個軸的相互配合實現機床三個維度的運動。

三個軸(X軸、Y軸和Z軸)運動體的精度決定了PCB鉆銑機床最終的精度。PCB鉆銑機床的橫梁、床身、床身運動體和橫梁運動體通常采用鑄鐵、鑄鋁或花崗石等材料制造，普遍偏重。一是需要功率大的電機才能拖動重的橫梁運動體和床身運動體，不利于控制，而且發(fā)熱量大，影響機器在使用過程中的精度；二是橫梁與床身用螺栓連接或粘接后，想再次調整就顯得困難，因為橫梁與床身的裝配關系會影響床身運動軸和橫梁運動軸在平面內的垂直關系，影響機器精度，且裝配順序往往是從下往上，因此不利于后期調整；三是在鉆孔過程中，主軸上下高速運動撞擊平臺，產生平行于橫梁運動體的激勵，加大對橫梁的偏心激勵，不利于機器精度和穩(wěn)定性。

故，有必要設計一種新的PCB鉆銑機床。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種層疊式的蜂窩鋁平臺、質量輕、易于裝配、控制和后期調整的PCB鉆銑機床。

本發(fā)明提供一種PCB鉆銑機床，其包括：主體、在該主體上進行Y軸方向運動的Y軸運動體、在該Y軸運動體上進行X軸方向運動的X軸運動體、以及固定在主體上進行Z軸方向移動的Z軸鉆孔運動體和Z軸銑削運動體；所述主體包括：固定Y軸運動體的床身、位于該床身上且相對設置的兩個墩子、連接在該兩個墩子之間的橫梁、固定在橫梁上的兩個刀庫；所述Z軸鉆孔運動體和Z軸銑削運動體均固定在所述橫梁上；所述Y軸運動體包括在床身上移動的Y軸蜂窩平臺，所述X軸運動體包括在該Y軸蜂窩平臺上移動的X軸蜂窩平臺；所述Y軸蜂窩平臺和X軸蜂窩平臺的內部均由蜂窩鋁材料制成。

優(yōu)選地，制成所述Y軸蜂窩平臺和X軸蜂窩平臺的蜂窩鋁材料的形狀為正六邊形。

優(yōu)選地，所述主體還包括支撐所述床身的底座；所述床身、底座、墩子、和橫梁均由花崗石材料制成。

優(yōu)選地，所述主體還包括固定在所述橫梁上的兩個Z軸電機導軌絲杠、固定在所述床身上的Y軸電機導軌絲杠和Y軸光柵尺、以及固定在所述床身上且相對設置的兩個Y軸滑軌。

優(yōu)選地，所述Y軸運動體還包括：固定在所述Y軸蜂窩平臺下方且與所述Y軸滑軌滑動連接的Y軸絲杠滑塊、固定在該Y軸蜂窩平臺上方的X軸電機導軌絲和兩個X軸滑軌、以及X軸光柵尺。

優(yōu)選地，所述X軸運動體還包括：固定在所述X軸蜂窩平臺下方且與Y軸滑軌組裝的X軸絲桿滑塊、位于該X軸蜂窩平臺上方的氣夾裝配體和面板、固定在該X軸蜂窩平臺側邊的機械手和檢刀器。

優(yōu)選地，所述Z軸鉆孔運動體包括：固定在所述橫梁上的鉆孔軸底板、固定在該鉆孔軸底板表面的鉆孔軸主軸夾、固定在該鉆孔軸主軸夾上的鉆孔主軸、固定在該鉆孔軸底板背面的鉆孔軸絲杠螺母和滑塊、位于鉆孔主軸下方的鉆孔軸吸屑罩、以及與鉆孔軸吸屑罩連接的第一氣缸。

優(yōu)選地，所述Z軸銑削運動體包括：固定在所述橫梁上的銑削軸底板、固定在該銑削軸底板表面的銑削軸主軸夾、固定在該銑削軸主軸夾上的銑削主軸、固定在該銑削軸底板背面的銑削軸絲杠螺母和滑塊、位于銑削主軸下方的銑削軸吸屑罩、以及與銑削軸吸屑罩連接的第二氣缸。

優(yōu)選地，所述Y軸運動體、X軸運動體、Z軸鉆孔運動體、和Z軸銑削運動體均由旋轉電機提供動力。

優(yōu)選地，所述Y軸運動體、X軸運動體、Z軸鉆孔運動體、和Z軸銑削運動體均由直線電機提供動力。

本發(fā)明X軸運動體和Y軸運動體借助蜂窩鋁材料結構的優(yōu)勢，在質量上得以減輕，在Z方向上有良好的抗沖擊能力和吸震性，Z軸直接掛載于橫梁上，減少對橫梁的偏心激勵且對X軸運動體和Y軸運動體均是垂直激勵，提升整體精度和可靠性，并且利于后期調整維護。

附圖說明

圖1為本發(fā)明PCB鉆銑機床的立體結構圖；

圖2為圖1所示PCB鉆銑機床的主體的立體結構圖；

圖3為圖1所示的PCB鉆銑機床的Y軸運動體的立體結構圖；

圖4為圖3所示Y軸運動體的左視圖；

圖5為圖1所示的PCB鉆銑機床的X軸運動體的立體結構圖；

圖6為圖3所示X軸運動體的左視圖；

圖7為圖1所示的PCB鉆銑機床的Z軸鉆孔運動體的立體結構圖；

圖8為圖1所示的PCB鉆銑機床的Z軸銑削運動體的立體結構圖；

圖9為圖1所示的PCB鉆銑機床的水氣電部分的立體結構圖；

圖10為圖1所示的PCB鉆銑機床的終端操作部分的立體結構圖。

圖號說明：

1-主體、11-床身、12-底座、13-墩子、14-橫梁、15-Z軸電機導軌絲杠、16-Y軸電機導軌絲杠、17-Y軸光柵尺、18-刀庫、19-Y軸滑軌、2-Y軸運動體、21-Y軸蜂窩平臺、22-Y軸絲杠螺母、23-X軸電機導軌絲杠、24-X軸滑軌、25-X軸光柵尺、26-Y軸滑塊、3-X軸運動體、31-X軸蜂窩平臺、32-X軸滑塊、33-氣夾裝配體和面板、34-機械手、35-檢刀器、36-X軸絲杠螺母、4-Z軸鉆孔運動體、41-鉆孔軸底板、42-鉆孔主軸、43-鉆孔軸主軸夾、44-鉆孔軸絲杠螺母和滑塊、45-鉆孔軸吸屑罩、46-第一氣缸、5-Z軸銑削運動體、51-銑削軸底板、52-銑削主軸、53-銑削軸主軸夾、54-銑削軸絲杠螺母和滑塊、55-銑削軸吸屑罩、56-第二氣缸、6-水氣電部分、61-控制器、62-電抗器、63-驅動器、64-調壓閥、7-終端操作部分、71-支架、72-操作面板。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行進一步說明。

本發(fā)明PCB鉆銑機床在現有橫梁運動體和床身運動體都偏重、且分開掛載，如果采用新材料結構來制造兩個部分的運動體，如蜂窩鋁材料結構，其在深度方向具有非常高的承載能力且質量輕、吸震能力好，那么運動體質量將得到極大的降低且整體具有良好的吸震性，并且將前后運動體和左右運動體層疊在床身上，上下運動體直接掛載在橫梁上，此時對傳統架構的左右運動的運動體平行激勵轉化成現架構的垂直激勵，對橫梁的偏心激勵也得到縮小并且直接由橫梁來承載，如此可得到輕量化的高精度一體化鉆銑機床。

如圖1所示，本發(fā)明PCB鉆銑機床包括：主體1、左右運動的Y軸運動體2、前后運動的X軸運動體3、上下運動的Z軸鉆孔運動體4、上下運動的Z軸銑削運動體5、水氣電部分6、以及終端操作部分7；其中，Y軸運動體2在Y軸方向上左右運動；X軸運動體3固定在Y軸運動體2上，X軸運動體3在Y軸運動體2上進行X軸方向的前后運動；Z軸鉆孔運動體4和Z軸銑削運動體5均固定在主體1上，Z軸鉆孔運動體4和Z軸銑削運動體5在主體1上進行Z軸方向的上下運動；終端操作部分7為一個人機交互界面。

本PCB鉆銑機床的終端操作部分7負責人機交互；水氣電部分5負責水氣電的供應以及控制；待加工的PCB物料通過X軸運動體3上的氣夾定位，輸入加工程序和加工參數后，X軸運動體3上的機械手從位于橫梁上的刀庫中取鉆刀或銑刀并測量達到要求后，X軸運動體3和Y軸運動體2運動到指定位置，鉆孔主軸夾持著高速旋轉的刀具在Z軸鉆孔運動體運載下到達指定高度鉆取一個孔然后抬起奔向下一鉆孔位，或銑削主軸夾持著高速旋轉的刀具在Z軸銑削運動體5運載下到達指定高度，然后X軸運動3和Y軸運動體2持續(xù)插補加工軌跡，直至完成鉆孔或銑削動作。

如圖2所示，主體1包括：床身11、支撐該床身11的底座12、位于該床身11上且相對設置的兩個墩子13、連接在該兩個墩子13之間的橫梁14、固定在該橫梁14上的兩個Z軸電機導軌絲杠15、固定在床身11上的Y軸電機導軌絲杠16和Y軸光柵尺17、固定在橫梁14上的兩個刀庫18、以及固定在床身11上且相對設置的兩個Y軸滑軌19；其中，Y軸電機導軌絲杠16位于該兩個Y軸滑軌19之間。

床身11、底座12、墩子13和橫梁14構成主體1的框架，其為整個PCB鉆銑機床的基礎和裝配基準；Z軸電機導軌絲杠15提供Z軸鉆孔運動體4和Z軸銑削運動體5所需動力和導向；Y軸電機導軌絲桿16提供Y軸運動體2所需動力和導向；Y軸光柵尺17為Y軸運動體2提供基準位置反饋信號，用于閉環(huán)控制；刀庫18用于放置鉆孔刀具和銑削刀具。

其中，床身11、底座12、墩子13、和橫梁14均采用天然花崗石材料制成，隨溫度變形小，吸震性能好。

如圖3和圖4所示，Y軸運動體2包括：在床身11進行Y軸方向移動的Y軸蜂窩平臺21、固定在該Y軸蜂窩平臺21下方且與Y軸滑軌19滑動連接的Y軸絲杠滑塊26、Y軸絲杠螺母22、固定在該Y軸蜂窩平臺21上方的X軸電機導軌絲杠23和兩個X軸滑軌24、以及X軸光柵尺25。其中，作為Y軸運動體2的基礎，該Y軸蜂窩平臺21的內部由正六邊形的蜂窩鋁結構和外框粘接而成，外框之間通過一些角鋼進行螺栓固定并且粘接，為了能在Y軸蜂窩平臺21上連接其他部件，需在相應位置固定并粘接一些輔助安裝板；Y軸絲杠螺母22與Y軸電機導軌絲杠配合，Y軸滑塊26與Y軸滑軌19配合提供導向，使Y軸運動體2能在床身11上進行Y軸方向的運動。X軸光柵尺25固定在Y軸蜂窩平臺21上。X軸電機導軌絲杠23提供X軸運動體3所需動力和導向。X軸光柵尺25為X軸運動體3提供基準位置反饋信號，用于閉環(huán)控制。

如圖5和圖6所示，X軸運動體3包括：在Y軸運動體2上進行X軸方向運動的X軸蜂窩平臺31、固定在該X軸蜂窩平臺31下方且與Y軸滑軌19組裝的X軸滑塊32、X軸絲杠螺母36、位于該X軸蜂窩平臺31上方的氣夾裝配體和面板33、固定在該X軸蜂窩平臺31側邊的機械手34和檢刀器35。

X軸蜂窩平臺31的結構跟Y軸蜂窩鋁平臺21類似，在此不累贅。X軸滑塊32與X軸滑軌24配合，X軸絲杠螺母36與X軸電機導軌絲杠23配合傳動。氣夾裝配體和面板33用于定位和支撐PCB加工物料。機械手34用于夾持刀具，是刀具在刀庫和主軸之間的中轉機構。檢刀器35用于檢查刀具刀刃部分的長度、直徑等，可判斷刀具的折斷和磨損情況。

Y軸運動體2和X軸運動體3的平臺21、31內部均由蜂窩鋁材料制成，且制成平臺21、31的蜂窩鋁材料的形狀為正六邊形。Y軸運動體2位于床身11基準面之上，X軸運動體3位于Y軸運動體2的基準面之上，Y軸運動體2和X軸運動體3一起配合實現水平面內兩個維度的運動。

如圖7所示，Z軸鉆孔運動體4包括：固定在橫梁14上的鉆孔軸底板41、固定在該鉆孔軸底板41表面的鉆孔軸主軸夾43、以及固定在該鉆孔軸主軸夾43上的鉆孔主軸42、固定在該鉆孔軸底板41背面的鉆孔軸絲杠螺母和滑塊44、鉆孔軸光柵尺(圖未標)、位于鉆孔主軸42下方的鉆孔軸吸屑罩45、以及位于鉆孔軸主軸夾43下方且與鉆孔軸吸屑罩45連接的第一氣缸46。

鉆孔軸底板41是Z軸鉆孔運動體4的安裝基體。鉆孔主軸42夾持刀具高速旋轉，實現高速鉆孔。鉆孔軸主軸夾用于夾持和保護主軸。鉆孔軸絲杠螺母和滑塊44，絲杠螺母和絲杠配合傳動，滑塊與導軌配合導向。鉆孔軸光柵尺為Z軸鉆孔運動體4提供基準位置反饋信號，用于閉環(huán)控制。鉆孔軸吸屑罩45和氣缸46，吸屑罩45下壓壓住加工物料并吸取加工時的粉末廢料，第一氣缸46提供吸屑罩45上下運動的動力。

如圖8所示，Z軸銑削運動體5包括：固定在橫梁14上的銑削軸底板51、固定在該銑削軸底板51表面的銑削軸主軸夾53、固定在該銑削軸主軸夾53上的銑削主軸52、固定在該銑削軸底板51背面的銑削軸絲杠螺母和滑塊54、銑削軸光柵尺(圖未標)、位于銑削主軸52下方的銑削軸吸屑罩55、以及位于銑削軸主軸夾53下方且與銑削軸吸屑罩55連接的第二氣缸56。

Z軸銑削運動體5組成情況與Z軸鉆孔運動體4情況基本類似，在此不累贅。

Z軸鉆孔運動體4和Z軸銑削運動體5直接掛載在橫梁14上，Z軸方向的上下運動并帶著刀具高速旋轉。

如圖9所示，水氣電部分6包括控制器61、電抗器62、驅動器63、以及調壓閥64，水氣電部分6的整體實現按要求的水氣電的供給和運動控制。

如圖10所示，終端操作部分7包括支架71和與該支架71連接的操作面板72，操作面板72實現人機交互。

本PCB鉆銑機床為層疊式蜂窩鋁平臺，Y軸運動體2、X軸運動體3、Z軸鉆孔運動體4、和Z軸銑削運動體5均由旋轉電機提供動力。其加工范圍為500mm×600mm。

在其他實施例中，Y軸運動體2、X軸運動體3、Z軸鉆孔運動體4、和Z軸銑削運動體5均由直線電機提供動力，若使用直線電機則可以省去絲桿、電機座等，能在一定程度上提高機器的運行速度，但相應的一些零部件需要跟著改動?？刂品桨傅纫部梢赃M行類似功能更改，但不影響機器整體功能實現。

工作時，將加工物料放至加工臺面上，用氣夾裝配體和面板33固定，接收到加工信號后，Y軸運動體2和X軸運動體3配合運動，機械手34到達刀庫18指定位置抓刀，然后放入相應主軸內，主軸高速旋轉，鉆孔軸運動體往下運動，吸屑罩壓住物料，后高速旋轉的刀具鉆入物料內，完成一個孔位鉆取并抬起鉆孔軸運動體奔向下一鉆孔位，或銑削軸運動體往下運動，吸屑罩輕微壓住物料，后高速旋轉的刀具鉆入物料內，Y軸運動體2和X軸運動體3配合插補實現平面內的軌跡運行。

每個軸在運動過程中，光柵尺實時獲取位置信號反饋至控制器實現全閉環(huán)控制。

對裝配好并補償后的機器展開精度測試。使用激光干涉儀展開單軸精度測試，X軸定位精度2.5μm，重復定位精度1.7μm，Y軸定位精度3.2μm，重復定位精度2.4μm，X軸和Y軸的定位精度均在10μm要求內，重復定位精度均在5μm要求內，兩軸都達到精度要求。使用球桿儀對X軸和Y軸插補精度展開測試，圓偏差帶寬為25.4μm，在35μm要求范圍以內。實際69孔鉆孔測試，CPK在25.4μm圓范圍內。實際精度板成型測試，成型邊對應偏差均在50μm要求內。

本發(fā)明層疊式的蜂窩鋁平臺的PCB鉆銑機床，實現PCB板高精度一體化鉆銑，Y軸運動體和X軸運動體質量輕，易于裝配、控制和后期調整，提升整體抗激勵能力、精度和穩(wěn)定性等。

X軸運動體和Y軸運動體借助蜂窩鋁材料結構的優(yōu)勢，在質量上得以減輕，在Z方向上有良好的抗沖擊能力和吸震性，Z軸直接掛載于橫梁上，減少對橫梁的偏心激勵且對X軸運動體和Y軸運動體均是垂直激勵，提升整體精度和可靠性，并且利于后期調整維護。

以上詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術構思范圍內，可以對本發(fā)明的技術方案進行多種等同變換，這些等同變換均屬于本發(fā)明的保護范圍。