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高精高速微孔PCB数控钻床关键技术的研究与应用

王英章  
【摘要】:印制电路板(PCB)制造技术是电子信息制造业的重要基础和组成部分。印制电路板(PCB)数控钻床是印制电路板精密孔位加工关键的工艺装备。伴随着以通信、计算机、视听设备等为代表的电子产品“小、轻、薄”的发展趋势和特点,给印制电路板数控钻床提出了更高的要求。精度高、速度快、孔小而多、行程短已成为新一代PCB数控钻床发展和提高面临的主要难题。目前,高精度高速微孔印制电路板数控钻床是制约和影响我国电子制造业水平和电子信息产业基础配套能力的重要因素,是我国电子制造业与世界先进水平差距体现的重要环节之一。因此,开展高精度高速微孔印制电路板数控钻床关键技术的研究与应用,改善和提高PCB数控钻床的整体性能,对于提高我国电子制造工艺装备水平和电子信息制造业自我配套能力具有重要的现实意义。 本论文针对印制板数控钻床孔位加工的具体特点和要求(即精度高,速度快,行程短,孔多而小),提出了全面改善和提高机床若干关键技术指标实现方法和途径。首先,根据印制电路板的技术要求和发展趋势以及其孔位加工技术现状,提出了机床系统性能提升的主攻方向和主攻目标,即实现高精、高速、微小孔加工能力的提高;建立了微孔加工质量评价标准和主要性能影响因素体系,对钻孔质量的影响因素作了较为具体的分析。其次,提出了钻床三维稳定性的概念和表征方法,并运用三维稳定性,在钻床多体系统动力学数值模型的基础上,对钻床的机械动态特性进行仿真测量,寻找到一条切实可行的提高微孔加工能力的设计和工艺参数的控制手段和方法,明显改善了钻床机械加工性能。第三,针对高速加工连续短距离焊盘过程中加速度的连续变化带来的精度影响,提出并应用了一种基于分段参数三次曲线的平滑运动加速度控制算法,以保证快速加工时的定位精度。同时,应用了一种基于自适应控制器的跟踪控制结构,以解决由于负载、摩擦等因素的变化带来的力矩波动对加工精度的不利影响。最后,针对海量孔位加工存在的路径优化和数据处理速度带来的加工效率问题,提出了一种面向工程应用的带遗传(GA)功能的贪婪算法,详细介绍了基于路径的GA编码策略、交叉和变异的方法。取得了良好的工程应用效果。


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