摘　要：隨著電子、通信、計算機技（jì）術的進步，近年來電子信息類產品正朝大規模、高集（jí）成、小（xiǎo）體積、便攜式的方向發（fā）展，這就對印製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。數控鑽孔加工在（zài）印製（zhì）電路（lù）板加（jiā）工行業中是尤為重（chóng）要的工序，其質量的好壞會直接影響到產品質量。目前高（gāo）速高精度、高效高（gāo）穩（wěn）定性的數控機床成為了（le）機床製造商們的核心競爭力。直線電機技術現（xiàn）已成熟，並且性價比（bǐ）越來越（yuè）高，相對於傳（chuán）統驅動方式其（qí）在可靠性和穩定性方麵具有顯著的（de）優越性。鑒於此，對直線電機技術在（zài）印製電（diàn）路板數控鑽床上的應（yīng）用進行簡要探討。

      關鍵詞：直線電機技（jì）術；數控鑽床；印製電路板

      １、　直線電機技術在ＰＣＢ數控鑽床上應用的必要性印製電路板（Ｐｒｉｎｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｂｏａｒｄ）數控鑽床是ＰＣＢ生產（chǎn）的（de）關鍵設備之一（yī），鑽孔工（gōng）作將近占（zhàn）ＰＣＢ生產２０％以上的工作量。據中國印製電路行業協會（huì）（ＣＰＣＡ）報道，目前全球（qiú）ＰＣＢ生產（chǎn）企（qǐ）業在２　５００家以（yǐ）上（shàng），其中５０％以上的ＰＣＢ生（shēng）產企業在中國大陸。但隨著當前勞動力成本上升（shēng）、人（rén）民幣升值以及（jí）環境、資源等問題的出現，我國ＰＣＢ生（shēng）產的低成本優勢逐步（bù）消失。當前，我國（guó）依然未能擺脫低端製造（zào）的困惑，仍處於世界ＰＣＢ製造（zào）業產業鏈中下遊，加上全球製造業格局正在發（fā）生變化，國產（chǎn）ＰＣＢ數控鑽（zuàn）床正處於不進則退的時刻，這就（jiù）迫使ＰＣＢ數控（kòng）鑽床向高速、高效、高精（jīng）度、高穩（wěn）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（gè）類高速、精密（mì）數控加工機床的發展有很大的幫助。傳（chuán）統機床的驅動進給方式大多是“伺服旋轉電機（jī）＋滾珠（zhū）絲杠”，由於受自身（shēn）結構的限製，在進（jìn）給速度、加速度、快速定位（wèi）精度等（děng）方麵很難有（yǒu）突破性的提（tí）高（gāo），並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（què）高速（sù）加工的需要（yào）。直線（xiàn）電機不需要中（zhōng）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（jīng）度高（gāo）、噪音小、磨損（sǔn）小等（děng）優點。直線電機無離心力作用，故直線移動速度可（kě）不受限（xiàn）製；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（gāo）速，高速運行時又（yòu）能瞬間準停。因此（cǐ）在高速、精密加工機床的進（jìn）給係統中采用直線電機直接驅動技術，不僅能提升（shēng）機床的（de）速度，還能（néng）保證其（qí）定位（wèi）精度，進而達到高效精確加工的目的。

     圖１為幾種常見的（de）直線電機。

                                              圖１　直線電機種類
 

     ２　、直線（xiàn）電機技術與ＰＣＢ數控鑽床的結合方式

     ２．１　機（jī）械結構

     傳統（tǒng）的ＰＣＢ數控鑽床還是采用（yòng）中間安裝“伺（sì）服旋轉電機＋滾（gǔn）珠（zhū）絲杠”的驅動方式，驅動係統兩邊安裝線性導軌來輔助運動的直線性。考慮到結構的（de）穩定性，此次（cì）結（jié）合還是將（jiāng）直線電（diàn）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（gōng）司（sī）六軸數控（kòng）鑽床（chuáng）為例，根據載（zǎi）荷計算和加工速度的要（yào）求，我們選定台灣ＨＩＷＩＮ品牌的ＬＭＦ係列直線電（diàn）機（jī），根據其自身外形尺寸及安裝要求（qiú），我（wǒ）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（dài）來（lái）了很多有利的因素，重（chóng）心越低（dī），驅動的穩定（dìng）性（xìng）越高，機床的整體加工精度就更有保證（zhèng）；而減少裝配層次，簡化運動部件間的連接機構，可（kě）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（zǐ）和定子之間由於（yú）電磁作用會有一定的吸力，垂（chuí）直於運動（dòng）方向，並（bìng）且這個吸力會隨著動定子間的裝配間隙減小而成倍變（biàn）大，然（rán）而直線電機的驅動力也會隨著這（zhè）個裝配間（jiān）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（zhèng）直線電機動定子連接件的剛（gāng）性，就成為了決定直線電（diàn）機能否在ＰＣＢ數控鑽床上使用的關鍵（jiàn）。在此，我公司使用三（sān）維虛擬建模軟（ruǎn）件，設計出此結構的裝配方案（àn）及精度控製方案，利用有限元分析軟件對主要連（lián）接部件進行動靜態受力分析，經多（duō）次反饋修改，直至形成完全滿足（zú）理論要求的直線電機驅動相（xiàng）關零部件模型，並與生產加工人（rén）員和現場裝配人員進行多次（cì）交流和探討，最終製定（dìng）出ＰＣＢ六軸數（shù）控鑽床采（cǎi）用直線（xiàn）電（diàn）機驅動的技術實施方案。

     ２．２　運動控製係統

     由於采用的是直線電機驅動技術，在電機驅動（dòng）和（hé）控製方麵（miàn）需要做相應的變化（huà），運動控製係統采用自（zì）主研發的“基於以太網的（de）高性能八軸運動控（kòng）製器”，該（gāi）控製器采用ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ高速信號處理構架，由ＤＳＰ完成（chéng）複雜的運動控製算法，同時對８個軸進行（háng）實時高速（sù）高精度的（de）運動軌（guǐ）跡計算和控製。而ＦＰＧＡ采用片上係統ＳＯＰＣ，集成了３２位ＣＰＵ 運行ＵＣＯＳ－Ⅱ實時操（cāo）作係統，外接以太網接口，完（wán）成對其他模塊及係統信號的控製和管理，並通過以太網接口與（yǔ）上位機進（jìn）行可靠的數據交互（hù）。運動控製係統還（hái）針對直線（xiàn）電機的性能，結合ＰＣＢ數控鑽床高速超短距離大（dà）慣量的（de）點定位需要，采用（yòng）了改進的伺服控製算法，對各運動（dòng）軸（zhóu）的動作進行（háng）了優化，保證了（le）各個運動方向的（de）定位精度，又提高了鑽床運動控製的穩定性（xìng）。

     ３　、結語

     新技術的引進必（bì）將刺激行業的發展（zhǎn），怎麽將（jiāng）新技術因地製宜地運用到（dào）實際的生產中也是一個長期（qī）磨合的過程。將直線電機技（jì）術運用到ＰＣＢ數控機床（chuáng）上是可行的，但機床進給係統中（zhōng）采用直線電（diàn）機直接驅動方式也會帶（dài）來新的矛盾和問題（tí），主（zhǔ）要表現為發熱、隔（gé）磁及防護、負載（zǎi）幹擾及（jí）應用於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（qū）動方式的應用至關重要，此次運用給機床製造行業提供了一個案例，希望能對行業發展有（yǒu）所幫助，更重要（yào）的是希望能（néng）將直（zhí）線電機技術推廣應用到更多的生產領域，吸引更多的人才（cái）來完善和改進，以提（tí）升國產製造業的整體實力水平。