PCB多轴级联钻机支撑结构减振分析

    近 10 年随着移动终端市场的持续火热，为顺应智慧型手机、笔记本电脑、电脑主板、数码产品、液晶显示器等电子消费品的多功能化、小型化、轻量化和高可靠性的要求和发展趋势，印制电路板（Printed Circuit Board，PCB） 也向着高密度化、高集成、封装化、微细化、多层化方向发展[1]；向着线宽线距及焊盘小型化，导通孔向 准100 μm 以下，焊盘直径向 准300 μm 以下，导线的 L/S≤80 μm，介质层厚度小于 80 μm，孔位精度向 准75 μm 以内等发展[2]，促使 PCB 制造中关键设备 PCB 数控钻孔机也向高速、高精密、高可靠性发展。据相关研究表明：在合适的稳定条件下，PCB 数控钻孔机都能获得好的钻孔精度并能实现钻微小孔是如何掌握和改进机械振动特性，也就是控制钻孔系统的三维稳定性。因为 PCB 钻孔加工的特点决定运动行程短频繁起停造成高速准确定位比较困难，系统的振动和动态特性异常会造成孔位偏移，严重不稳定会造成钻头损坏，具体如图 1 和图2 所示[3]。根据图 1、2 可以看出 X、Y 轴的动态偏差直接会反映到孔位误差上，当 PCB 数控钻孔机的孔位定位轴 X、Y 轴出现振动偏差时，会破坏孔位精度并损坏钻头，因而改善系统动态特性达到良好的抗振性和吸振性尤为重要。

    1 支撑结构

    基于效率和成本的考量，PCB 数控钻孔机采用最多的主体结构是龙门式框架基础件结构和多 Z轴级联的结构设计。其中龙门式基础件结构材料根据资源和成本的考虑有天然花岗石、米汉纳铸铁、人造石的不同材料，但都具有吸振性良好、弹性模量高、热变性小、比刚度高、高阻尼等特点。目前在日本和台湾地区的 PCB 数控钻孔机由于石材资源有限，龙门式框架基础件材料多采用米汉纳铸铁材料，而在欧洲地区由于化工水平比较高，龙门式框架基础件材料多采用人造石。至于国内精密数控钻孔机的龙门式框架基础件材料则普遍采用天然花岗石材料。不同材料的龙门式框架基础件采用的支撑结构也不尽相同，表 1 列举了市场主流的 PCB数控钻孔机龙门式框架基础件支撑结构。

    支撑结构是支撑 PCB 数控钻孔机并调节机床至水平状态的重要部件。主要放置于 PCB 数控钻孔机底部与地面（或地基）之间，其作用有三：一是用于调整 PCB 数控钻孔机设备的水平状态；二是使PCB 数控钻孔机设备与地基形成固定联结或者弹性联接并隔离振动；三是防止外部振源的振动传至 PCB 数控钻孔机设备本体、降低噪音[4]。支撑结构的优良与否影响 PCB 数控钻孔机的振动、精度、寿命等。差的支撑会导致机床产生剧烈振动，进而产生较大噪声，影响机床精度、协调性和寿命等。