随着我国电子工业的快速发展及集成电路的广泛应用,对印制线路板的精度要求越来越高,传统的手 工加工方法和单面板的冲孔加工工艺已明显不能适应时代的要求。高精度、高集成的双面和多层印 制线路板的需求,对印制线路板的孔加工设备提出了更高的要求。为了满足这种需求,我们研究开 发了印制板数控钻床。印制板数控钻床是印制板行业孔加工的关键设备,尤其对双面板和多层板等 图形电镀法金属化孔的加工。由于这些孔的孔位尺寸精度高,孔本身的圆度要求较高,孔与焊盘的 同心度要求也较高,更不允许焊盘有破孔等现象出现。传统的加工方法很难达到这样高的要求,这 在一定程度上制约了集成电路工业的发展。印制板数控钻床的研制成功,促进了我国印制线路板的 发展,从而推动了电子工业的发展和技术进步。1 总体设计印制板数控钻床由数控系统(含驱动 系统)、摄像系统和机床3部分组成,其中数控系统由ＰＣ系统机和接口组成。驱动系统由相互独 立的驱动单元组成,驱动单元采用单片机控制完成对对应轴步进电机的驱动。摄像系统由ＣＣＤ固 体摄像机组成,完成对设计图纸的计算机输入。机床采用高精度的滚珠丝杠和滚动导轨,以提高机 床的传动精度。印制板数控钻床采用点位控制方式,工作台采用十字坐标数控工作台,为ｘ、ｙ坐 标,机床主轴为ｚ坐标。步进电机采用110ＢＹＧ501,五相十拍/二十拍,步距角为036 /072°,驱动电压为ＡＣ100Ｖ,机床采用ＰＣ系统机实现三轴联动,每个轴由一套独立的 驱动单元和一个五相步进电机驱动。主轴及驱动电机设计成一体,选用主轴电机,主轴电机采用Ｐ ＷＭ调速技术,最高转速可达80000ｒ/ｍｉｎ。软件采用模块化设计,便于移植和扩展,具 有与ＣＡＤ软件的接口。总体方案框图如图1所示。图1 总体设计框图2 数控系统设计印制板 数控钻床的数控系统由主机和驱动单元组成,其中主机由ＰＣ系统机、键盘、显示器等标准外设组 成。驱动单元采用单片机控制,实现对步进电机的驱动。驱动单元由单片机系统、Ｄ/Ａ转换电路 、软件环形分配器、脉宽调制电路和功率放大电路等组成。主机与驱动单元之间的功能有明确的分 工,主机负责程序编辑、人机对话、状态检测和协调控制各轴的运动。由于细分程序的运算速度较 慢,为了不影响主机的运算速度,这部分工作由驱动单元来处理。每个驱动单元根据系统机的控制 信号只负责相应轴的工作,它从主机中取5个信号:即+5Ｖ电源输入、步进电机正转/反转信号 输入、步进脉冲ＣＰ信号输入、步距角切换信号输入、驱动电压控制信号输入。单片机系统根据系 统设置的细分数,把各相电流对应的数字量经Ｄ/Ａ转换器转换为模拟信号,再经软件环形分配器 送到脉宽调制电路和功率放大电路,驱动步进电机。驱动单元的驱动程序由汇编语言编制,固化在 ＥＰＲＯＭ中。功率放大电路采用双极驱动、恒流斩波、锁定自动降电流的方式。驱动单元采用Ａ Ｃ100Ｖ驱动电压驱动,比传统的驱动电压高出不少。因此,步进电机的出力大,力矩保持性好 。驱动单元还具有短路保护、过流、过热保护和故障发生时有错误信号输出等功能。当驱动单元发 生故障时,系统机会实时检测出故障的发生并发出机床停止工作指令和报警信号。3 系统软件设 计系统软件总体框图如图2所示。图2 系统总体软件框图 本系统的数控软件采用模块设计, 便于移植和扩展。程序用ＢｏｒｌａｎｄＣ++语言编写。软件包括自诊断、程序编辑、语法检查 、数控加工等模块,其中软件编辑模块包括自动编程和手动编程子模块。自动编程即具有与ＣＡＤ 软件的接口,可将ＣＡＤ软件生成的文件直接转换成可数控加工的指令文件,并可对其进行编辑。 手动编程即将图纸、胶片等通过ＣＣＤ摄像系统输入计算机,对其进行识别、输入、检查、编辑( 增、删孔、修正孔位)、排序等编辑,然后再生成可用于加工的数控指令文件。数控加工模块是本 软件的核心,由速度控制、状态检测、输出通讯等子模块构成。4 结束语印制板数控钻床采用系 统机作上层控制系统、单片机为下层控制系统、多个下层控制系统并行处理的工作方式,提高了系 统的运算速度和控制精度。此外还采用了相互独立的细分驱动单元,提高了步进电机的力矩输出、 保持特性。印制板数控钻床的研究开发成功,改变了传统的印制板加工方法,提高了印制板的加工 质量。由于具有与ＣＡＤ软件的接口,可减少照相制版工序,缩短了印制板的加工周期印制板数控 钻床的研究与开发@杨名大$南京航空航天大学机电设备厂!江苏南京210016
数控;;印制 板钻床;;步进电机介绍用系统机作上层控制系统,单片机作下层控制系统,多下层控制系统并行 处理的印制板数控钻床的研制与开发。该印制板数控钻床采用了相互独立的细分驱动单元分别控制各轴的步进电机,从而提高了机床数控系统的运算速度和控制精度。软件采用模块化设计,具有与CAD软件的接口,可减少加工工序,缩短加工周期<1> 毕承恩,丁乃建 现代数控机床
北京 :机械工业出版社 ,1991
<2 > 余永权 ,李小青 ,陈林康 单片机应用系统的功率接口技术 北京 :北京航空航天大学出版社 ,1992
<3 > 何立民 单片机应用系统设计 北京 :北京航空航天大学出版社 ,1990计 北京 :北京航空航天大学出版社 ,1990
More abstracts about the 印制板数控钻床的研究与开发