PCB数控钻铣床的开发及应用

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󰀁󰀁󰀂

数控钻铣床的开

发及

应用

刘广超姜家吉周学才

󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

󰀁󰀁

󰀁󰀁󰀁

󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂 !∀󰀁󰀁

󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀂

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀂󰀁󰀂󰀁

摘要󰀁

介绍

了一种新型的󰀁󰀁

󰀁󰀂󰀁

「󰀁󰀂󰀁󰀂

󰀁󰀁󰀂

「󰀁󰀂󰀁󰀂 󰀁󰀁󰀂󰀁󰀂

控钻铣

床分析

了其系统架构和重要

软件功能的

实现

最后

探讨

了影响加工

精度的

诸多因素

关键词󰀁

运动

控制数

控机床印刷

线路板钻铣

一引言

当今世界人们感受最深

的变化是电子工业突飞猛进的发展它

已经

改变

了人们传统的生活方式思维方式

和工

作方式󰀁󰀁日

行业是电子工业的基础电子工业的飞速发展促进

了尸󰀁󰀁行业的欣欣向荣资

料显

示中

国尸󰀁󰀂行业经过近

半个世纪的努力

奋斗现在已经成为中国电子

信息产业

中不可

缺少的重要基础和保

障产

已居全世界第

位󰀁󰀂󰀂

年中国󰀁󰀂

的总产值已达到󰀁󰀂󰀁

亿美元

进出

口总

额为󰀁󰀁

亿美元

并以󰀁󰀁󰀁

左右

速度递

增按这

个趋

势中国的󰀁󰀁󰀂

在󰀁󰀂世纪是朝

阳工业

是充满

希望的产业󰀁󰀂

有专家预测󰀁

不久中

国将会成为世界印制电路版的中心

随着新技

术的出现和工艺的改

进󰀁󰀁

󰀁

制造业传统的生产模式已经不能胜任新技

术发展

的要

求自动插装

自动

焊接及自动贴装技术的出现对󰀁󰀁󰀁

板提出

了通常在󰀁󰀂

米左右的定

位精度要求此种场合采用人工手

无法胜任模具

生产也不能满足要求必须采用高

精度数控钻铣床来实现

本文

介绍一

种新型的󰀁󰀂

数控钻铣

床分析其系

统架构和重要

软件功能的

实现

探讨影响加工精

度的诸多

因素

二系统架

,机

械结构图

以图示的四头铣边成形

机为

例采用热温度膨胀

系数

极低且

防震性能好的大理石

作为工

作台面用一

个󰀁

轴电

机带两个平衡气缸实现横梁的上下动作

此处钻机和铣机有所

区别钻

机应采用四个独立的电

机轴加导轨丝

杠以提

高响应

速度

增加工

作效率另

为了保证

精度横梁和平台均采用光栅尺作为反

馈单元

󰀁

控系统硬

件架构图󰀁

系统硬件结构示意图

󰀁󰀂

󰀁入

认󰀁󰀂

接口

伺服单元

电机机整

个数

控系

统采用双󰀁󰀂

的并行结

构其中非

实时的检测监

控任

由󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀂󰀁󰀁

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

来完成而与运动有关的实时处

理分

由带󰀁󰀁尸

芯片的运动控制卡来完成另

外主轴由变频器来

控制

󰀁

软件工作机理

由图󰀁

可以看出数控程序分为

位和下

位两

部分其中上位程序

首先

完成加工文件的

解释

并形成加工指

令数据然后在加

工开始后开辟

了三

个线

图󰀁

系统

硬件结构图

以加工

文件

…程

数据发送线程与

主控线程协调

进行当发送

数据线程

给户󰀁󰀂󰀁卡传送

了一定的数据指令后由主控线程下达运

动开始指令并在

适当的时候执行

换刀程

序󰀁

检测线程在

󰀁尸󰀁

的空闲时段运行监测诊断系统

状况并即时将

系统

状态显

在操

作界面上

图󰀁

系统硬件结构图三重要功

能实现

󰀁

加工数据结构的形成及刀补算法

本系

统主要支

持󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂

󰀁󰀂󰀁

格式的文件

下边列出与

实际的钻铣动作有关的指

令󰀁

󰀁󰀁󰀁󰀂

钻孔󰀁

󰀁󰀁󰀂直线方式

󰀁󰀁󰀁󰀂

顺时

针旋转方

式󰀁󰀁󰀂

逆时针

旋转方式󰀁󰀁󰀁󰀂 󰀁

丫󰀁󰀂󰀁

顺时针

圆形行进钻出孔󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂 丫󰀁󰀁󰀂

逆时

针圆形行进钻出孔󰀁

󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀂

󰀁

列直插封装方式钻孔󰀁󰀁󰀂

八角型封装方式钻孔󰀁󰀁󰀁󰀂

钻出槽

了将加工文件中

的数据信息尽可能

多的存到合适的数据结构里特定义如

下󰀁

󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

󰀁󰀂󰀁󰀁

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁

󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀂󰀂󰀁󰀂 󰀁󰀁󰀂󰀁

󰀁

󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

󰀁󰀁󰀂 󰀁󰀂󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁

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󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁

线

󰀁

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

󰀁󰀂󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

󰀁󰀂󰀁󰀁

󰀁󰀁󰀁

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

󰀁󰀁󰀁󰀂 !∀󰀁

󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁

󰀁

󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀂󰀂󰀁󰀁󰀂 !∀󰀁

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

󰀁󰀂󰀂 !󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀂󰀁󰀂󰀁

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁

󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀂󰀂 󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

󰀁󰀁󰀁󰀂 󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀂’俘订

󰀁󰀂 󰀁

样󰀁󰀁󰀂󰀁󰀂󰀂󰀁󰀁󰀂󰀁’俘汀󰀁󰀂󰀁

个结

构就可以用来保存点线

圆弧的各种信息

加工

像󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁

样的整圆加工

指令则可以

拆成两

个半圆弧󰀁󰀁󰀂󰀁󰀂󰀁󰀁󰀂

󰀁󰀁󰀂󰀁

入结构中从而方便的进行相应的

󰀁󰀂

拆成许多孔来

至于

刀补主要是对直

线和圆弧

的补

偿如下

图所示根

据指

令󰀁󰀁,󰀁󰀁󰀂

和轨迹

的走向来决

定是左补

偿还是右

补偿直线

的补偿原则相对

单只需作平移即可圆弧则需在保持圆

心角的

前提下将

半径增加或减小

刀径值当圆弧直

线之

间发生相互关系的时

候需要按

照一定的原则

作圆弧半径

刀具半径味布

图󰀁

刀补示意图

延拓󰀁

两线型相交时应保

持刀补后的

线型仍然相交这

样在刀补后没

有相交的线就要作适当

延拓延拓后原来

弧的圆

心角可能会

有一

定变化而交点不是

在端点时则要相应的将

多出

的部分去除󰀁

󰀁

运动控制卡的

选择及其与󰀁󰀁󰀂的通讯

由于钻铁床的

快速钻孔对定

位要

求较

高所以对所选板

卡的

控制

算法要

求也较

高比较

市面上流

行的几款

卡选定󰀁󰀂󰀁

󰀁

卡作为运动控制

卡其控制模型如下图

所示󰀁

鳅‘

忿‘󰀁

卜飞󰀁

以’󰀁

󰀁󰀁

,󰀁

卜󰀁十

一么与卜今󰀁阶式滤波器

速度环

置环

图󰀁󰀁󰀂󰀁

󰀁

的控制算法如图󰀁

示数字

阶式滤波器是一

个防谐振

󰀁

阻󰀁

滤波器用于抵

消共振的影响󰀁

速度前馈的

作用是减小微分

增益或者测速发电

机环路

阻尼所引

华起的跟

踪误差加速

度前馈来补偿

惯性所带来的跟

踪误差由于尸󰀁󰀁󰀁

卡有着

成熟的工业应用经验

控制

算法较为成

熟可以大

幅度提高位置控制

度以及定

位的速度经测定在这

个用尸󰀁󰀁󰀁

卡搭

建的󰀁󰀁󰀁

系统中如果

各参数调

节适当可以达到每