李繼平

（四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，四川 遂寧 629000）

PCB數(shù)控銑床切換抽塵機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

李繼平

（四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，四川 遂寧 629000）

PCB數(shù)控銑床切換抽塵機(jī)構(gòu)是PCB數(shù)控機(jī)床的重要部件之一.本文利用solidworks虛擬三維軟件對(duì)切換抽塵機(jī)構(gòu)進(jìn)行虛擬裝配的研究，清楚了解其結(jié)構(gòu)及其工作原理.從而對(duì)切換抽塵機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其機(jī)構(gòu)的可靠性提高，同時(shí)降低了制造成本.

PCB數(shù)控銑床；切換抽塵機(jī)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

PCB（printed circuit board—印制電路板）行業(yè)屬于電子行業(yè)中的基礎(chǔ)行業(yè)，PCB數(shù)控銑床是PCB生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，工作量將近占PCB生產(chǎn)20%以上的工作量.據(jù)中國(guó)印制電路行業(yè)協(xié)會(huì)（CPCA）報(bào)道，目前全球PCB生產(chǎn)企業(yè)在2500家以上，其中50%以上的PCB生產(chǎn)企業(yè)在中國(guó)大陸.現(xiàn)在，電子產(chǎn)業(yè)已成為全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的一個(gè)重要推動(dòng)力，作為加工生產(chǎn)的大國(guó)—中國(guó)在電子類制造業(yè)方面發(fā)展趨勢(shì)日益迅速。PCB是電子產(chǎn)品的必需原件，PCB數(shù)控銑床是加工印制板的專用機(jī)床，機(jī)床性能的好壞決定電子產(chǎn)品的質(zhì)量的優(yōu)劣,特別是現(xiàn)在印制電路板(PCB)的孔徑越來越小（φ0.1mm-φ0.5mm），布線密度越來越密集 (L(線寬)/S(間距): 0.1mm/0.1mm），這給印制電路板孔加工的精度提出了更高更嚴(yán)的要求[1-2].

銑削加工是PCB加工的一個(gè)重要工藝環(huán)節(jié)，也是影響最終產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié).目前隨著行業(yè)的發(fā)展PCB數(shù)控銑床的制造技術(shù)已趨于成熟，所以在追求產(chǎn)品細(xì)節(jié)方面和能源消耗方面成為了PCB銑床生產(chǎn)廠家要做的改進(jìn)方向.

1　切換抽塵機(jī)構(gòu)的現(xiàn)狀及工作原理

現(xiàn)在以某公司的PCB數(shù)控銑床的切換抽塵機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，分析其運(yùn)動(dòng)、受力情況、以及目前遇到的問題，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化分析，將弊端排除，達(dá)到提高該機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性和效率的目的.

圖1　優(yōu)化前切換抽塵機(jī)構(gòu)實(shí)物圖

切換抽塵機(jī)構(gòu)的主要功能是將PCB數(shù)控銑床在銑削加工過程中產(chǎn)生的粉塵和某些小碎片，利用外部氣源將這些雜物抽出，排到機(jī)床外部.之所以要進(jìn)行氣源通與閉的切換，是因?yàn)樵阢娤鞯墓ぷ鬟^程中，抽氣是一直進(jìn)行的，一旦銑削工作停止，則將抽塵口遮擋，不再進(jìn)行抽氣，減小氣量的消耗；當(dāng)再次銑削工作時(shí)，則重新打開.現(xiàn)在利用Sol idWorks軟件建立該實(shí)物的虛擬三位數(shù)字模型零部件，并建立裝配體[3-4]，如下圖2所示，為目前所使用的切換抽塵機(jī)構(gòu)的虛擬三維模型視圖，Y型的雙通是連接銑削主軸壓腳的進(jìn)氣端，相反的一端為抽氣端，中間部分為切換抽塵機(jī)構(gòu)，其機(jī)構(gòu)有前夾板，后夾板，切換板，切換板推動(dòng)氣缸，和氣缸安裝座構(gòu)成.

圖2　優(yōu)化前切換抽塵機(jī)構(gòu)虛擬三維裝配圖和剖視圖

其工作原理是：在銑床進(jìn)行銑削工作時(shí)，控制系統(tǒng)通過電磁閥通氣，氣缸將切換板的的圓孔拉回到切換抽塵機(jī)構(gòu)進(jìn)氣端的圓孔和出氣端圓孔同心的位置，保證抽氣的正常工作.當(dāng)銑床處于不銑削的時(shí)候，例如換刀，主軸停止，機(jī)床臨時(shí)暫停工作，更換工件等等，控制系統(tǒng)則根據(jù)以上情況給予電磁閥信號(hào)，電磁閥改變切換板推動(dòng)氣缸的進(jìn)出氣方向，氣缸推出，將切換板的遮擋面推到切換抽塵機(jī)構(gòu)進(jìn)氣端的圓孔和出氣端圓孔同心的位置，這樣則關(guān)閉了抽氣端，減少氣量的消耗，當(dāng)再次工作時(shí)，則再重新通過控制系統(tǒng)控制電磁閥，間接控制切換板拉回，三圓同心，氣源再次接通，進(jìn)行抽塵工作.

此切換抽塵機(jī)構(gòu)由于切換板要進(jìn)行左右移動(dòng)，必然在設(shè)計(jì)之初切換板和前后夾板之間是間隙配合，并且三者之間存在一定的摩擦，這種摩擦日積月累就會(huì)將三者之間的間隙變得越來越大，氣源閉合時(shí)會(huì)產(chǎn)生漏氣，造成抽塵效果不好，氣源消耗量增大；間隙的產(chǎn)生也會(huì)使得切換板做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)左右偏移，這會(huì)使得氣缸的缸徑受到徑向力的作用，對(duì)氣缸的使用壽命影響很大；更嚴(yán)重的是會(huì)造成粉塵在間隙處的積累，阻礙切換抽塵機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)動(dòng)，造成抽塵機(jī)構(gòu)的失效.對(duì)于這種摩擦，按照正常的維護(hù)手段，則是使用潤(rùn)滑脂，減小摩擦的阻力，但是粉塵會(huì)粘附在潤(rùn)滑脂的表面，粉塵越積越多，形成硬脂狀態(tài)，就會(huì)造成更大的摩擦與阻礙，若是某些小碎片粘附在油脂上，則會(huì)造成更大的損傷，所以將此切換抽塵機(jī)構(gòu)改進(jìn)為一種不用潤(rùn)滑且能減小摩擦損耗的機(jī)構(gòu)十分必要.

圖3　切換零件的優(yōu)化過程

2　機(jī)構(gòu)的優(yōu)化分析過程

切換板為長(zhǎng)方體，并且切換面又是摩擦面，從三維模型圖中可以看出摩擦面是最大的接觸面，不僅加工精度要求比較高，并且在裝配的時(shí)候保證切換板做直線運(yùn)動(dòng)，難度較大，過大的接觸面，較高的制作工藝會(huì)造成較高的制造成本，結(jié)構(gòu)本身就存在必不可少的使用成本和維修成本.此次優(yōu)化從接觸面和摩擦面與密閉性的關(guān)系為出發(fā)點(diǎn)，展開分析，首先將摩擦面初始接觸位置的結(jié)構(gòu)改為圓弧型或者圓形，增大緩沖，降低直接磨損，再次適當(dāng)?shù)脑龃笄袚Q零件與非運(yùn)動(dòng)部件間的接觸面，保證切換后的密閉性，最后在考慮整體的裝配工藝.

初次優(yōu)化步驟是增加切換板的厚度，接觸角改為倒圓處理，將過氣孔的位置向后偏移，這次優(yōu)化的好處是能緩解摩擦和增加密閉性，但是隨著從動(dòng)件的質(zhì)量增加，增加了制造成本，機(jī)構(gòu)本身的質(zhì)量以及選擇更大推力的氣缸，綜合效果不是很理想.若是將過氣圓孔省略出去，不僅能降低加工成本，而且切換零件的功能就更能直接和單一化，如圖3

二次優(yōu)化，改變整體的切換抽塵機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，將進(jìn)氣端和出氣端都改在機(jī)構(gòu)的最右端，當(dāng)抽氣時(shí)，切換零件被氣缸拉回，不需要抽氣時(shí)，將切換零件推送出去，機(jī)構(gòu)自身起到通氣功能，原來的切換板也只起到關(guān)閉功能，不在起到過氣功能，切換零件的一端做成與抽氣內(nèi)管徑相同的球面，確保不抽氣的狀態(tài)切換零件與抽氣內(nèi)管的密封貼合，這樣優(yōu)化，還會(huì)降低各個(gè)零部件的制造難度，加工成本和裝配工藝要求[5].如圖4，

圖4　優(yōu)化后切換抽塵機(jī)構(gòu)虛擬三維裝配圖及剖視圖

將原來的一個(gè)零部件的所有功能轉(zhuǎn)化為其他幾個(gè)零部件的間接功能，降低某一個(gè)零部件的制造及使用成本，增強(qiáng)整個(gè)機(jī)構(gòu)的整體功能性.這樣改進(jìn)后的切換抽塵機(jī)構(gòu)，很大程度上解決了以前所遇到的問題，并且使得裝配及維護(hù)的難題變得容易些，降低了企業(yè)的制造成本和購(gòu)買單位的使用成本.圖5是改進(jìn)后的切換抽塵機(jī)構(gòu)實(shí)物.

圖5　優(yōu)化后切換抽塵機(jī)構(gòu)實(shí)物

3　結(jié)語

此次優(yōu)化利用sol idworks虛擬三維軟件對(duì)切換抽塵機(jī)構(gòu)進(jìn)行虛擬裝配的研究，能在不耽誤生產(chǎn)的前提下，清楚了解其結(jié)構(gòu)及其工作原理，利用虛擬裝配體很快的達(dá)到設(shè)計(jì)者想要的目的，很大程度的降低了企業(yè)研發(fā)和試驗(yàn)成本.優(yōu)化的方法有很多種，對(duì)一個(gè)機(jī)構(gòu)或者一個(gè)產(chǎn)品的優(yōu)化，首先從原理出發(fā)，可以從很多方面入手，不要被現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)所局限，盡可能的采用先進(jìn)的技術(shù)手段，對(duì)于直接面對(duì)的技術(shù)難題，不一定必須采取直接的解決方式，將原機(jī)構(gòu)存在的問題利用直接或者間接，轉(zhuǎn)化或者嫁接的方式去解決，達(dá)到優(yōu)化的目的，這才是靈活使用實(shí)踐解決技術(shù)難題的最佳方式.

[1]胡旭蘭.一種PCB型數(shù)控四軸鉆銑床[J].精密制造與自動(dòng)化,2004,(2):97-99.

[2]宋清俊,雷玉勇,楊桂林，等.一種加工印刷電路板用四軸鉆銑床的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓,2007,(12): 80-81.

[3]馬飛達(dá),蔡長(zhǎng)韜,蔡良金.基于Sol idworks印制板鉆床Z軸的虛擬裝配[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2013,(3):80-83.

[4]安美玲,穆璽清.基于Sol idWorks的虛擬裝配體設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].機(jī)械研究與應(yīng)用,2008，(2):101-103.

[5]殷國(guó)富,楊隨先.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2008.

責(zé)任編輯：張隆輝

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1672-2094（2016）04-0168-03

2016-05-16

本文為四川省教育廳科研項(xiàng)目《印制板數(shù)控銑床自動(dòng)脫料工作臺(tái)的應(yīng)用研究》（編號(hào)：14ZA0313）的階段性成果之一.

李繼平（1962-），男，四川射洪人，四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，碩士.研究方向：機(jī)械工程.