PCB數控銑床切換抽塵機構的優化設計

李繼平

（四川職業技術學院機械工程系，四川 遂寧 629000）

PCB數控銑床切換抽塵機構的優化設計

李繼平

（四川職業技術學院機械工程系，四川 遂寧 629000）

PCB數控銑床切換抽塵機構是PCB數控機床的重要部件之一.本文利用solidworks虛擬三維軟件對切換抽塵機構進行虛擬裝配的研究，清楚了解其結構及其工作原理.從而對切換抽塵機構進行了優化設計，使其機構的可靠性提高，同時降低了制造成本.

PCB數控銑床；切換抽塵機構；優化設計

PCB（printed circuit board—印制電路板）行業屬于電子行業中的基礎行業，PCB數控銑床是PCB生產的關鍵設備之一，工作量將近占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2500家以上，其中50%以上的PCB生產企業在中國大陸.現在，電子產業已成為全球經濟增長的一個重要推動力，作為加工生產的大國—中國在電子類制造業方面發展趨勢日益迅速。PCB是電子產品的必需原件，PCB數控銑床是加工印制板的專用機床，機床性能的好壞決定電子產品的質量的優劣,特別是現在印制電路板(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的要求[1-2].

銑削加工是PCB加工的一個重要工藝環節，也是影響最終產品質量的重要環節.目前隨著行業的發展PCB數控銑床的制造技術已趨于成熟，所以在追求產品細節方面和能源消耗方面成為了PCB銑床生產廠家要做的改進方向.

1　切換抽塵機構的現狀及工作原理

現在以某公司的PCB數控銑床的切換抽塵機構為基礎，分析其運動、受力情況、以及目前遇到的問題，對其進行優化分析，將弊端排除，達到提高該機構的穩定性和效率的目的.

圖1　優化前切換抽塵機構實物圖

切換抽塵機構的主要功能是將PCB數控銑床在銑削加工過程中產生的粉塵和某些小碎片，利用外部氣源將這些雜物抽出，排到機床外部.之所以要進行氣源通與閉的切換，是因為在銑削的工作過程中，抽氣是一直進行的，一旦銑削工作停止，則將抽塵口遮擋，不再進行抽氣，減小氣量的消耗；當再次銑削工作時，則重新打開.現在利用Sol idWorks軟件建立該實物的虛擬三位數字模型零部件，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構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氣端，相反的一端為抽氣端，中間部分為切換抽塵機構，其機構有前夾板，后夾板，切換板，切換板推動氣缸，和氣缸安裝座構成.

圖2　優化前切換抽塵機構虛擬三維裝配圖和剖視圖

其工作原理是：在銑床進行銑削工作時，控制系統通過電磁閥通氣，氣缸將切換板的的圓孔拉回到切換抽塵機構進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.當銑床處于不銑削的時候，例如換刀，主軸停止，機床臨時暫停工作，更換工件等等，控制系統則根據以上情況給予電磁閥信號，電磁閥改變切換板推動氣缸的進出氣方向，氣缸推出，將切換板的遮擋面推到切換抽塵機構進氣端的圓孔和出氣端圓孔同心的位置，這樣則關閉了抽氣端，減少氣量的消耗，當再次工作時，則再重新通過控制系統控制電磁閥，間接控制切換板拉回，三圓同心，氣源再次接通，進行抽塵工作.

此切換抽塵機構由于切換板要進行左右移動，必然在設計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將三者之間的間隙變得越來越大，氣源閉合時會產生漏氣，造成抽塵效果不好，氣源消耗量增大；間隙的產生也會使得切換板做直線運動時左右偏移，這會使得氣缸的缸徑受到徑向力的作用，對氣缸的使用壽命影響很大；更嚴重的是會造成粉塵在間隙處的積累，阻礙切換抽塵機構的正常運動，造成抽塵機構的失效.對于這種摩擦，按照正常的維護手段，則是使用潤滑脂，減小摩擦的阻力，但是粉塵會粘附在潤滑脂的表面，粉塵越積越多，形成硬脂狀態，就會造成更大的摩擦與阻礙，若是某些小碎片粘附在油脂上，則會造成更大的損傷，所以將此切換抽塵機構改進為一種不用潤滑且能減小摩擦損耗的機構十分必要.

圖3　切換零件的優化過程

2　機構的優化分析過程

切換板為長方體，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，并且在裝配的時候保證切換板做直線運動，難度較大，過大的接觸面，較高的制作工藝會造成較高的制造成本，結構本身就存在必不可少的使用成本和維修成本.此次優化從接觸面和摩擦面與密閉性的關系為出發點，展開分析，首先將摩擦面初始接觸位置的結構改為圓弧型或者圓形，增大緩沖，降低直接磨損，再次適當的增大切換零件與非運動部件間的接觸面，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，這次優化的好處是能緩解摩擦和增加密閉性，但是隨著從動件的質量增加，增加了制造成本，機構本身的質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

二次優化，改變整體的切換抽塵機構的結構，將進氣端和出氣端都改在機構的最右端，當抽氣時，切換零件被氣缸拉回，不需要抽氣時，將切換零件推送出去，機構自身起到通氣功能，原來的切換板也只起到關閉功能，不在起到過氣功能，切換零件的一端做成與抽氣內管徑相同的球面，確保不抽氣的狀態切換零件與抽氣內管的密封貼合，這樣優化，還會降低各個零部件的制造難度，加工成本和裝配工藝要求[5].如圖4，

圖4　優化后切換抽塵機構虛擬三維裝配圖及剖視圖

將原來的一個零部件的所有功能轉化為其他幾個零部件的間接功能，降低某一個零部件的制造及使用成本，增強整個機構的整體功能性.這樣改進后的切換抽塵機構，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的難題變得容易些，降低了企業的制造成本和購買單位的使用成本.圖5是改進后的切換抽塵機構實物.

圖5　優化后切換抽塵機構實物

3　結語

此次優化利用sol idworks虛擬三維軟件對切換抽塵機構進行虛擬裝配的研究，能在不耽誤生產的前提下，清楚了解其結構及其工作原理，利用虛擬裝配體很快的達到設計者想要的目的，很大程度的降低了企業研發和試驗成本.優化的方法有很多種，對一個機構或者一個產品的優化，首先從原理出發，可以從很多方面入手，不要被現有的結構所局限，盡可能的采用先進的技術手段，對于直接面對的技術難題，不一定必須采取直接的解決方式，將原機構存在的問題利用直接或者間接，轉化或者嫁接的方式去解決，達到優化的目的，這才是靈活使用實踐解決技術難題的最佳方式.

[1]胡旭蘭.一種PCB型數控四軸鉆銑床[J].精密制造與自動化,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械系統設計[J].機床與液壓,2007,(12): 80-81.

[3]馬飛達,蔡長韜,蔡良金.基于Sol idworks印制板鉆床Z軸的虛擬裝配[J].制造技術與機床,2013,(3):80-83.

[4]安美玲,穆璽清.基于Sol idWorks的虛擬裝配體設計技術在機械產品設計中的應用[J].機械研究與應用,2008，(2):101-103.

[5]殷國富,楊隨先.計算機輔助設計與制造技術[M].武漢:華中科技大學出版社,2008.

責任編輯：張隆輝

TG547

A

1672-2094（2016）04-0168-03

2016-05-16

本文為四川省教育廳科研項目《印制板數控銑床自動脫料工作臺的應用研究》（編號：14ZA0313）的階段性成果之一.

李繼平（1962-），男，四川射洪人，四川職業技術學院副教授，碩士.研究方向：機械工程.