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      摘　要：隨著電子、通信、計算機技術(shù)的進步，近年來電子信息類產(chǎn)品正朝大規(guī)模、高集成、小體積、便攜式的方向發(fā)展，這就對印制電路板加工行業(yè)提出了更高的技術(shù)指標要求，對加工電路板的設備要求也越來越高。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)控機床成為了機床制造商們的核心競爭力。直線電機技術(shù)現(xiàn)已成熟，并且性價比越來越高，相對于傳統(tǒng)驅(qū)動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，對直線電機技術(shù)在印制電路板數(shù)控鉆床上的應用進行簡要探討。

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

      １、　直線電機技術(shù)在ＰＣＢ數(shù)控鉆床上應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)中國印制電路行業(yè)協(xié)會（ＣＰＣＡ）報道，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)在中國大陸。但隨著當前勞動力成本上升、人民幣升值以及環(huán)境、資源等問題的出現(xiàn)，我國ＰＣＢ生產(chǎn)的低成本優(yōu)勢逐步消失。當前，我國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，國產(chǎn)ＰＣＢ數(shù)控鉆床正處于不進則退的時刻，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。

     直線電機技術(shù)是近十年發(fā)展起來的一種新型進給傳動方式，對推動各類高速、精密數(shù)控加工機床的發(fā)展有很大的幫助。傳統(tǒng)機床的驅(qū)動進給方式大多是“伺服旋轉(zhuǎn)電機＋滾珠絲杠”，由于受自身結(jié)構(gòu)的限制，在進給速度、加速度、快速定位精度等方面很難有突破性的提高，并且隨著使用時間的推移，其穩(wěn)定性及精度也會降低，已無法滿足長期精確高速加工的需要。直線電機不需要中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)或傳動過渡裝置，具有瞬間推力大、傳動剛度高、動態(tài)響應快、定位精度高、噪音小、磨損小等優(yōu)點。直線電機無離心力作用，故直線移動速度可不受限制；而且其加速度非常大，最高可達１０ｇ（ｇ＝９．８ｍ／ｓ２），能實現(xiàn)啟動時瞬間達到高速，高速運行時又能瞬間準停。因此在高速、精密加工機床的進給系統(tǒng)中采用直線電機直接驅(qū)動技術(shù)，不僅能提升機床的速度，還能保證其定位精度，進而達到高效精確加工的目的。

     圖１為幾種常見的直線電機。

                                              圖１　直線電機種類
 

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

     ２．１　機械結(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＋滾珠絲杠”的驅(qū)動方式，驅(qū)動系統(tǒng)兩邊安裝線性導軌來輔助運動的直線性。考慮到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，此次結(jié)合還是將直線電機安裝在中間，根據(jù)其自身結(jié)構(gòu)來改動其他從動部件。以我公司六軸數(shù)控鉆床為例，根據(jù)載荷計算和加工速度的要求，我們選定臺灣ＨＩＷＩＮ品牌的ＬＭＦ系列直線電機，根據(jù)其自身外形尺寸及安裝要求，我們發(fā)現(xiàn)其運動重心要比傳統(tǒng)驅(qū)動方式低很多，這給機床性能帶來了很多有利的因素，重心越低，驅(qū)動的穩(wěn)定性越高，機床的整體加工精度就更有保證；而減少裝配層次，簡化運動部件間的連接機構(gòu)，可使機床配件更為簡潔，整機驅(qū)動機構(gòu)更加穩(wěn)定可靠。當直線電機運動時，動子和定子之間由于電磁作用會有一定的吸力，垂直于運動方向，并且這個吸力會隨著動定子間的裝配間隙減小而成倍變大，然而直線電機的驅(qū)動力也會隨著這個裝配間隙的減小而增大，因此怎樣能在取得最佳驅(qū)動加速度的同時保證直線電機動定子連接件的剛性，就成為了決定直線電機能否在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，設計出此結(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主要連接部件進行動靜態(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驅(qū)動相關(guān)零部件模型，并與生產(chǎn)加工人員和現(xiàn)場裝配人員進行多次交流和探討，最終制定出ＰＣＢ六軸數(shù)控鉆床采用直線電機驅(qū)動的技術(shù)實施方案。

     ２．２　運動控制系統(tǒng)

     由于采用的是直線電機驅(qū)動技術(shù)，在電機驅(qū)動和控制方面需要做相應的變化，運動控制系統(tǒng)采用自主研發(fā)的“基于以太網(wǎng)的高性能八軸運動控制器”，該控制器采用ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ高速信號處理構(gòu)架，由ＤＳＰ完成復雜的運動控制算法，同時對８個軸進行實時高速高精度的運動軌跡計算和控制。而ＦＰＧＡ采用片上系統(tǒng)ＳＯＰＣ，集成了３２位ＣＰＵ 運行ＵＣＯＳ－Ⅱ?qū)崟r操作系統(tǒng)，外接以太網(wǎng)接口，完成對其他模塊及系統(tǒng)信號的控制和管理，并通過以太網(wǎng)接口與上位機進行可靠的數(shù)據(jù)交互。運動控制系統(tǒng)還針對直線電機的性能，結(jié)合ＰＣＢ數(shù)控鉆床高速超短距離大慣量的點定位需要，采用了改進的伺服控制算法，對各運動軸的動作進行了優(yōu)化，保證了各個運動方向的定位精度，又提高了鉆床運動控制的穩(wěn)定性。

     ３　、結(jié)語

     新技術(shù)的引進必將刺激行業(yè)的發(fā)展，怎么將新技術(shù)因地制宜地運用到實際的生產(chǎn)中也是一個長期磨合的過程。將直線電機技術(shù)運用到ＰＣＢ數(shù)控機床上是可行的，但機床進給系統(tǒng)中采用直線電機直接驅(qū)動方式也會帶來新的矛盾和問題，主要表現(xiàn)為發(fā)熱、隔磁及防護、負載干擾及應用于垂直進給機構(gòu)時的自鎖與重力加速度等問題。解決好這些問題對直線電機直接驅(qū)動方式的應用至關(guān)重要，此次運用給機床制造行業(yè)提供了一個案例，希望能對行業(yè)發(fā)展有所幫助，更重要的是希望能將直線電機技術(shù)推廣應用到更多的生產(chǎn)領域，吸引更多的人才來完善和改進，以提升國產(chǎn)制造業(yè)的整體實力水平。