基于Solidworks印制板钻床Z轴的虚拟装配

1 问题的提出

    随着电子产品逐步向体积小、性能高、功能多的方向演变，这对于与电子产品相关的制造行业也提出了较高的技术要求。印制板是电子产品的必需原件，印制板钻床是加工印制板的专用机床，机床性能的好坏决定电子产品的质量，特别是现在印制电路板(PCB)的孔径越来越小(φ0.1～0.5mm)，布线密度越来越密集（L（线宽）/S（间距）为0.1mm/0.1mm），PCB数控钻床的钻孔速度越来越快(150～200孔/min)，这给印制电路板孔加工的精度提出了更高更严的要求。近几年来市场上的PCB数控钻床，瑞士生产的数控钻床档次要高一些（孔径40.1～6.35mm，钻孔精度±0.02mm），其次是德国和美国，再次之的是意大利、丹麦等国的产品。国内的PCB数控钻床的钻孔水平与国际上的还有很大差距（孔径φ0.2～6.35mm，钻孔精度±0.025mm）。未来几年内PCB数控钻床的孔径的发展方向是φ0.075～0.2mm，但是在原理还是在装配上都无法与发达国家相比，我们现在还处在低效、单一阶段。国内PCB数控钻床普遍存在的问题是，主要的零件外形相似，但是细节达不到优化，容易产生误差积累；各个零件均能达到实际工作的要求，但是装配后却达不到应有的效果，有的甚至不能装配，并且在结构设计、结构优化、整体装配、链接和组合方式上都存在着缺陷，所以我国印制板钻床还需要不断地提高自身质量。

    印制板钻床最关键的部分是打孔的Z轴部分，针对Z轴部分虚拟装配的研究将会对印制板钻床的研发、机床的装配工艺，部分零件的结构有很大的影响；本文基于三维软件，对印制板钻床Z轴部分进行虚拟装配和运动仿真，对Z轴的部分零件结构进行优化，满足装配要求，并选出最佳的装配顺序，通过干涉检查，了解影响实际装配和工作时出现的问题，加以完善，并且还可以轻松详细地掌握装配工艺规范装配过程。

2 印制板钻床Z轴的原理

    Z轴的工作状态是比较复杂，是在X、Y轴同时进给移动时对印制板进行钻孔。在通电后直线电动机带动上下连接板、联轴器、电主轴、压脚整体向下运动，压脚先接触印制板，起到压平作用，防止因X轴瞬间移动产生的板材微动从而产生的偏差，之后直线电动机继续下移，压脚气缸收缩，电主轴进行钻孔，钻孔后，直线电动机断电，弹簧将上下连接板弹起，连接器、电主轴随之升起，压脚气缸复原，压脚再升起，一次钻孔完毕。这个过程是气动、电动、机动三者相互协调的运动过程，每个部分的工作时间、先后顺序都要非常精准，这样才能保证能稳定钻出孔径范围在φ0.2～6.35mm，钻孔精度在2×0.0245mm（0.0245mm为一个精度级别）以内的孔。Z轴部分结构如图1所示。