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      摘　要：隨著電子、通信、計算機技術的進步，近年來電子信息類產品正朝大規模、高集成、小體積、便攜式的方向發展，這就對印制電路板加工行業提出了更高的技術指標要求，對加工電路板的設備要求也越來越高。數控鉆孔加工在印制電路板加工行業中是尤為重要的工序，其質量的好壞會直接影響到產品質量。目前高速高精度、高效高穩定性的數控機床成為了機床制造商們的核心競爭力。直線電機技術現已成熟，并且性價比越來越高，相對于傳統驅動方式其在可靠性和穩定性方面具有顯著的優越性。鑒于此，對直線電機技術在印制電路板數控鉆床上的應用進行簡要探討。

      關鍵詞：直線電機技術；數控鉆床；印制電路板

      １、　直線電機技術在ＰＣＢ數控鉆床上應用的必要性印制電路板（Ｐｒｉｎｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｂｏａｒｄ）數控鉆床是ＰＣＢ生產的關鍵設備之一，鉆孔工作將近占ＰＣＢ生產２０％以上的工作量。據中國印制電路行業協會（ＣＰＣＡ）報道，目前全球ＰＣＢ生產企業在２　５００家以上，其中５０％以上的ＰＣＢ生產企業在中國大陸。但隨著當前勞動力成本上升、人民幣升值以及環境、資源等問題的出現，我國ＰＣＢ生產的低成本優勢逐步消失。當前，我國依然未能擺脫低端制造的困惑，仍處于世界ＰＣＢ制造業產業鏈中下游，加上全球制造業格局正在發生變化，國產ＰＣＢ數控鉆床正處于不進則退的時刻，這就迫使ＰＣＢ數控鉆床向高速、高效、高精度、高穩定、低成本、智能、靈活、集成化的方向發展。

     直線電機技術是近十年發展起來的一種新型進給傳動方式，對推動各類高速、精密數控加工機床的發展有很大的幫助。傳統機床的驅動進給方式大多是“伺服旋轉電機＋滾珠絲杠”，由于受自身結構的限制，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換機構或傳動過渡裝置，具有瞬間推力大、傳動剛度高、動態響應快、定位精度高、噪音小、磨損小等優點。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中采用直線電機直接驅動技術，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　、直線電機技術與ＰＣＢ數控鉆床的結合方式

     ２．１　機械結構

     傳統的ＰＣＢ數控鉆床還是采用中間安裝“伺服旋轉電機＋滾珠絲杠”的驅動方式，驅動系統兩邊安裝線性導軌來輔助運動的直線性。考慮到結構的穩定性，此次結合還是將直線電機安裝在中間，根據其自身結構來改動其他從動部件。以我公司六軸數控鉆床為例，根據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，根據其自身外形尺寸及安裝要求，我們發現其運動重心要比傳統驅動方式低很多，這給機床性能帶來了很多有利的因素，重心越低，驅動的穩定性越高，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，可使機床配件更為簡潔，整機驅動機構更加穩定可靠。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數控鉆床上使用的關鍵。在此，我公司使用三維虛擬建模軟件，設計出此結構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受力分析，經多次反饋修改，直至形成完全滿足理論要求的直線電機驅動相關零部件模型，并與生產加工人員和現場裝配人員進行多次交流和探討，最終制定出ＰＣＢ六軸數控鉆床采用直線電機驅動的技術實施方案。

     ２．２　運動控制系統

     由于采用的是直線電機驅動技術，在電機驅動和控制方面需要做相應的變化，運動控制系統采用自主研發的“基于以太網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ＳＯＰＣ，集成了３２位ＣＰＵ 運行ＵＣＯＳ－Ⅱ實時操作系統，外接以太網接口，完成對其他模塊及系統信號的控制和管理，并通過以太網接口與上位機進行可靠的數據交互。運動控制系統還針對直線電機的性能，結合ＰＣＢ數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定性。

     ３　、結語

     新技術的引進必將刺激行業的發展，怎么將新技術因地制宜地運用到實際的生產中也是一個長期磨合的過程。將直線電機技術運用到ＰＣＢ數控機床上是可行的，但機床進給系統中采用直線電機直接驅動方式也會帶來新的矛盾和問題，主要表現為發熱、隔磁及防護、負載干擾及應用于垂直進給機構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動方式的應用至關重要，此次運用給機床制造行業提供了一個案例，希望能對行業發展有所幫助，更重要的是希望能將直線電機技術推廣應用到更多的生產領域，吸引更多的人才來完善和改進，以提升國產制造業的整體實力水平。