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      摘　要：隨著電子、通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，近年來(lái)電子信息類產(chǎn)品正朝大規(guī)模、高集成、小體積、便攜式的方向發(fā)展，這就對(duì)印制電路板加工行業(yè)提出了更高的技術(shù)指標(biāo)要求，對(duì)加工電路板的設(shè)備要求也越來(lái)越高。數(shù)控鉆孔加工在印制電路板加工行業(yè)中是尤為重要的工序，其質(zhì)量的好壞會(huì)直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量。目前高速高精度、高效高穩(wěn)定性的數(shù)控機(jī)床成為了機(jī)床制造商們的核心競(jìng)爭(zhēng)力。直線電機(jī)技術(shù)現(xiàn)已成熟，并且性價(jià)比越來(lái)越高，相對(duì)于傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式其在可靠性和穩(wěn)定性方面具有顯著的優(yōu)越性。鑒于此，對(duì)直線電機(jī)技術(shù)在印制電路板數(shù)控鉆床上的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要探討。

      關(guān)鍵詞：直線電機(jī)技術(shù)；數(shù)控鉆床；印制電路板

      １、　直線電機(jī)技術(shù)在ＰＣＢ數(shù)控鉆床上應(yīng)用的必要性印制電路板（Ｐｒｉｎｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｂｏａｒｄ）數(shù)控鉆床是ＰＣＢ生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，鉆孔工作將近占ＰＣＢ生產(chǎn)２０％以上的工作量。據(jù)中國(guó)印制電路行業(yè)協(xié)會(huì)（ＣＰＣＡ）報(bào)道，目前全球ＰＣＢ生產(chǎn)企業(yè)在２　５００家以上，其中５０％以上的ＰＣＢ生產(chǎn)企業(yè)在中國(guó)大陸。但隨著當(dāng)前勞動(dòng)力成本上升、人民幣升值以及環(huán)境、資源等問題的出現(xiàn)，我國(guó)ＰＣＢ生產(chǎn)的低成本優(yōu)勢(shì)逐步消失。當(dāng)前，我國(guó)依然未能擺脫低端制造的困惑，仍處于世界ＰＣＢ制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中下游，加上全球制造業(yè)格局正在發(fā)生變化，國(guó)產(chǎn)ＰＣＢ數(shù)控鉆床正處于不進(jìn)則退的時(shí)刻，這就迫使ＰＣＢ數(shù)控鉆床向高速、高效、高精度、高穩(wěn)定、低成本、智能、靈活、集成化的方向發(fā)展。

     直線電機(jī)技術(shù)是近十年發(fā)展起來(lái)的一種新型進(jìn)給傳動(dòng)方式，對(duì)推動(dòng)各類高速、精密數(shù)控加工機(jī)床的發(fā)展有很大的幫助。傳統(tǒng)機(jī)床的驅(qū)動(dòng)進(jìn)給方式大多是“伺服旋轉(zhuǎn)電機(jī)＋滾珠絲杠”，由于受自身結(jié)構(gòu)的限制，在進(jìn)給速度、加速度、快速定位精度等方面很難有突破性的提高，并且隨著使用時(shí)間的推移，其穩(wěn)定性及精度也會(huì)降低，已無(wú)法滿足長(zhǎng)期精確高速加工的需要。直線電機(jī)不需要中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)或傳動(dòng)過渡裝置，具有瞬間推力大、傳動(dòng)剛度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、定位精度高、噪音小、磨損小等優(yōu)點(diǎn)。直線電機(jī)無(wú)離心力作用，故直線移動(dòng)速度可不受限制；而且其加速度非常大，最高可達(dá)１０ｇ（ｇ＝９．８ｍ／ｓ２），能實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)時(shí)瞬間達(dá)到高速，高速運(yùn)行時(shí)又能瞬間準(zhǔn)停。因此在高速、精密加工機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中采用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)，不僅能提升機(jī)床的速度，還能保證其定位精度，進(jìn)而達(dá)到高效精確加工的目的。

     圖１為幾種常見的直線電機(jī)。

                                              圖１　直線電機(jī)種類
 

     ２　、直線電機(jī)技術(shù)與ＰＣＢ數(shù)控鉆床的結(jié)合方式

     ２．１　機(jī)械結(jié)構(gòu)

     傳統(tǒng)的ＰＣＢ數(shù)控鉆床還是采用中間安裝“伺服旋轉(zhuǎn)電機(jī)＋滾珠絲杠”的驅(qū)動(dòng)方式，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兩邊安裝線性導(dǎo)軌來(lái)輔助運(yùn)動(dòng)的直線性。考慮到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，此次結(jié)合還是將直線電機(jī)安裝在中間，根據(jù)其自身結(jié)構(gòu)來(lái)改動(dòng)其他從動(dòng)部件。以我公司六軸數(shù)控鉆床為例，根據(jù)載荷計(jì)算和加工速度的要求，我們選定臺(tái)灣ＨＩＷＩＮ品牌的ＬＭＦ系列直線電機(jī)，根據(jù)其自身外形尺寸及安裝要求，我們發(fā)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)重心要比傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式低很多，這給機(jī)床性能帶來(lái)了很多有利的因素，重心越低，驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定性越高，機(jī)床的整體加工精度就更有保證；而減少裝配層次，簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)部件間的連接機(jī)構(gòu)，可使機(jī)床配件更為簡(jiǎn)潔，整機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)更加穩(wěn)定可靠。當(dāng)直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)子和定子之間由于電磁作用會(huì)有一定的吸力，垂直于運(yùn)動(dòng)方向，并且這個(gè)吸力會(huì)隨著動(dòng)定子間的裝配間隙減小而成倍變大，然而直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力也會(huì)隨著這個(gè)裝配間隙的減小而增大，因此怎樣能在取得最佳驅(qū)動(dòng)加速度的同時(shí)保證直線電機(jī)動(dòng)定子連接件的剛性，就成為了決定直線電機(jī)能否在ＰＣＢ數(shù)控鉆床上使用的關(guān)鍵。在此，我公司使用三維虛擬建模軟件，設(shè)計(jì)出此結(jié)構(gòu)的裝配方案及精度控制方案，利用有限元分析軟件對(duì)主要連接部件進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)受力分析，經(jīng)多次反饋修改，直至形成完全滿足理論要求的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)相關(guān)零部件模型，并與生產(chǎn)加工人員和現(xiàn)場(chǎng)裝配人員進(jìn)行多次交流和探討，最終制定出ＰＣＢ六軸數(shù)控鉆床采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的技術(shù)實(shí)施方案。

     ２．２　運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

     由于采用的是直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制方面需要做相應(yīng)的變化，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)采用自主研發(fā)的“基于以太網(wǎng)的高性能八軸運(yùn)動(dòng)控制器”，該控制器采用ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ高速信號(hào)處理構(gòu)架，由ＤＳＰ完成復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制算法，同時(shí)對(duì)８?jìng)€(gè)軸進(jìn)行實(shí)時(shí)高速高精度的運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算和控制。而ＦＰＧＡ采用片上系統(tǒng)ＳＯＰＣ，集成了３２位ＣＰＵ 運(yùn)行ＵＣＯＳ－Ⅱ?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)，外接以太網(wǎng)接口，完成對(duì)其他模塊及系統(tǒng)信號(hào)的控制和管理，并通過以太網(wǎng)接口與上位機(jī)進(jìn)行可靠的數(shù)據(jù)交互。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)還針對(duì)直線電機(jī)的性能，結(jié)合ＰＣＢ數(shù)控鉆床高速超短距離大慣量的點(diǎn)定位需要，采用了改進(jìn)的伺服控制算法，對(duì)各運(yùn)動(dòng)軸的動(dòng)作進(jìn)行了優(yōu)化，保證了各個(gè)運(yùn)動(dòng)方向的定位精度，又提高了鉆床運(yùn)動(dòng)控制的穩(wěn)定性。

     ３　、結(jié)語(yǔ)

     新技術(shù)的引進(jìn)必將刺激行業(yè)的發(fā)展，怎么將新技術(shù)因地制宜地運(yùn)用到實(shí)際的生產(chǎn)中也是一個(gè)長(zhǎng)期磨合的過程。將直線電機(jī)技術(shù)運(yùn)用到ＰＣＢ數(shù)控機(jī)床上是可行的，但機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中采用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)方式也會(huì)帶來(lái)新的矛盾和問題，主要表現(xiàn)為發(fā)熱、隔磁及防護(hù)、負(fù)載干擾及應(yīng)用于垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)時(shí)的自鎖與重力加速度等問題。解決好這些問題對(duì)直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)方式的應(yīng)用至關(guān)重要，此次運(yùn)用給機(jī)床制造行業(yè)提供了一個(gè)案例，希望能對(duì)行業(yè)發(fā)展有所幫助，更重要的是希望能將直線電機(jī)技術(shù)推廣應(yīng)用到更多的生產(chǎn)領(lǐng)域，吸引更多的人才來(lái)完善和改進(jìn)，以提升國(guó)產(chǎn)制造業(yè)的整體實(shí)力水平。