摘 要PCB数控四轴钻铣床是一种机电一体化的产品，是专用于PCB加工的四轴三联动数控机床。 本机床采用先进的直线滚动轨迹、高精度滚珠丝杆和交流伺服电机；涉及微电子、计算机、自动控制、精密机械、图像处理等多种技术,综合性强，知识、技术、资金密度高，适用于高精度PCB的成形加工。本文对PCB机床的整机系统结构、伺服进给机构、工作装置、机电匹配进行了讨论和分析，特别是对整机系统结构和伺服进给机构进行了详细的设计，主要包括机床动力参数、整机的结构布置、伺服系统的选择以及滚珠丝杆、滚动导轨、联轴器、滚动轴承、交流伺服电机、高速电主轴等关键零部件的选择和设计。关键词： 数控机床，印刷电路板，伺服系统，机电匹配Abstract:The PCB number controls four stalks to drill the product that the miller is a kind of machine electricity integral whole to turn, is four stalks that the appropriation processes at the PCB three allied move a number to control tool machine.The track, high accuracy of straightly roll over of the this tool machine adoption forerunner rolls bead silk a pole and communicate servo electrical engineering;Involve a micro-electronics, calculator, automatic control, the precise machine, picture processing.etc. be various techniques and synthesize sex strong, knowledge, technique, funds density Gao, be applicable to take shape of high accuracy PCB to process.This text to the whole machine system structure of the PCB tool machine, servo enter to equip to the organization, work, the machine electricity matched to carry on discussion and analyze, especially to the whole machine system structure and servo entered to carry on a detailed design for organization, mainly include the structure decoration, servo system of tool machine motive parameter, the whole machine of choice and roll a bead silk pole, roll over to lead a track, unite a stalk machine, roll over bearings and communicate servo electrical engineering, high speed electricity principal axis etc. key the choice and design of zero partses.Keyword: The number controls tool machine, PC board, servo system, the machine electricity match绪 论本毕业设计课题就是关于PCB四轴数控加工机床的设计，机械加工前沿先进技术在PCB行业取得了广泛应用。 数控钻床和数控铣床是线路板加工中的一种重要设备，该设备价格昂贵，选用数控机床不但对于操作、工艺设定和维护包括对于生产产品的质量都十分重要。本设计的目的在于通过毕业设计，了解PCB四轴数控加工机床总体方法，结构分析和结构布置，明白设计方法和思路，为以后进一步的工作打下基础。通过设计加深对基础知识的理解，并学会理论知识的实际应用，并在原有的基础上有所改进和创新突破。在论文中一共分为三部分：1 机床总体设计 主要对机床的总体系统和结构方案进行了初步的设计和分析；2伺服进给系统的设计 主要进行了两个方面的设计和计算： 伺服进给系统的选择 关键零部件的选择何设计；3机床的工作装置及其数控装置 主要对机床的工作装置的数控装置进行了选择和分析，其主要包括以下两方面的内容： 机床的工作装置的设计 机床的数控装置的设计在完成整个设计过程中，掌握的学习方法和团队协作能力有很大的提高，尤其是对各种设计手册的查阅，对一个即将走向工作岗位的毕业生来说，这种能力是不可或缺的，同时也提高了分析和解决问题的能力。第一章 机床总体设计1.1 机床主要技术参数1.1.1 主参数及基本参数 1) 机床主参数的确定机床的主要技术参数包括主参数和基本参数。主参数是机床参数中最主要的，它必须满足以下要求： 直接反映出机床的加工能力和特性； 决定其他基本参数值的大小； 作为机床设计的出发点； 作为用户选用机床的主要依据。 对于通用机床（包括专门机床）主参数通常都以机床的最大加工尺寸来表示。由文献3表7.11可知，数控机床的主参数包括以下参数： 最大加工面积：根据设计要求，机床的最大加工面积为4400600mm; 坐标轴移动的最大行程：由设计要求知：X420mm，Y620mm，Z40mm； 机床的最大加工能力：43块/次（每块1.6mm）。 由相关资料可知：我国大多PCB生产商生产的加工厚度为1.6mm的4层印刷板。根据设计要求将加工能力确定为每次3块，每块1.6mm，即：1.63=4.8mm。2) 机床基本参数及主要技术指标工作尺寸：由机床最大加工面积确定为：1680600；系统分辨率：系统分辨率为0.001mm；机床定位精度：定位精度为0.005/300mm；复定位精度：机床的重复定位精度为0.0025/300mm；刀具直径：铣：0.8175mm,钻：0.36mm；电源：22010%V；功率：约9Kw； 机床重量：约2600Kg。1.1.2 运动参数及动力参数 1) 运动参数的计算a) 主轴极限转速和变速范围根据文献3中的7.1-6和7.1-7知主轴极限转速为：其中：V和V分别为机床的最大、最小加工速度，d和 d分别为机床在最大、最小加工切削速度时所能使用的最大、最小刀具直径。由设计要求和刀具寿命的相关经验，将机床的加工速度定为：铣削为150200m/min，钻削为75470m/min；机床所能加工的最大、最小直径（即刀具直径）为：铣0.83.175mm，钻0.30.6mm。将以上数据代入1.1式和1.2式中，得：铣削：1503879577r/min；钻削：2652579577r/min。又由文献3式7.19知主轴变速范围计算公式为：将钻削和铣削的最大最小转速分别代入上式得：铣削：R=5.3；钻削：R=3b) 进给量和快移速度：由设计要求知，机床采用伺服电机和高速电主轴系统，实行无级变速，故将进给率定为015m/min；快移时速度为1520m/min。c) 主轴计算转速：由公式(1.4)将n和n代入上式得：铣：n=34641r/min：钻：n=44721r/min。d) 主运动转速级数和公比 由前文所述知，本机床采用高速电主轴，其级数为1，可以实现无级变速。2) 动力参数的计算动力参数主要包括： 主轴功率计算； 进给运动功率计算； 快速运动功率计算；由于这些计算要甬道切削参数的相关数据，此处简略，在后文有详细计算。1.1.3 切削数据的计算1) 钻削力的分析和计算a) 钻削力的分析本数控机床采用专用钻铣刀具，起材料为高速钢。由文献3式（7.37）得： (1.5)其中：d 钻孔直径（mm），现取d=0.5mm；轴向扭转系数，标准值可查； 图1-1 钻削力的分析 v钻削速度（r/min），由前计算知：v=44721r/min；f进给量（mm/r），f=0.01mm； b)参数的拟合是与加工材料有关的钻削力系数。由于目前对于印刷电路板的加工还没有标准参数，但值与材料的硬度有一定的关系，故可通过立方插值在MATLAB工程软件上拟合曲线，以求得其值。由文献3表（7.1-31），及文献8查得不同材料的值，如表（1-1）。表1-1 不同材料的值材料碳钢灰铸铁青铜镁铝合金玻纤硬度2111701409514.5值108.467.44014? 由文献8查得印刷电路板一般为玻纤填充材料，硬度大约在14.5左右，密度大约是1.9g/mm3.利用立方插值法在MATLAB工程软件上拟合曲线，如图1-2所示。图1-2 不同材料强度（硬度）的钻削力拟合曲线由上图可知，值约为2.1368。c) 计算数据及其结果以上各数据及切削力计算结果如下表所示：表1-2 钻削力的计算各参钻 数削力vdfvdf2.14447210.50.010.4010.8271.176F2N可见，本机床的切削力很小。2) 铣削力的分析和计算a) 铣削力的分析 如图1.3所示：数控机床在对印刷电路板进行铣削时，其加工能力设计为每次3块，每块板厚度为1.6mm。其铣削力可分解为、和四个分力（如图），其中：主切削力；轴向抗力（与刀具螺旋角有关）； 铣削进给水平抗力（和的合力使刀杆产生弯曲）；铣削进给垂直分力（使工件抬起或是压紧，容易引起振动）。由于铣削过程的铣削面积是不断变化的，故测量或计算出的铣削力是最大值或平均值。本次设计中均采用最大值进行计算。 主切削力和其他切削力的关系：由文献3表（7.1-16）查得，主切削力和其他切削力的比值关系如下表：表1-3 削力和其他切削力的比值比值顺铣逆铣最大比值/0.350.40.350.4Max/=0.4/1.01.20.80.9Max/=1.2/0.20.30.750.8Max/=0.8b) 铣削力的计算 分析 本机床采用的刀具为钻铣专用刀具，其材料为高速钢。由于PCB加工目前还没有专门的行业标准，特别在电路板的铣削