摘　要：随着电子、通信、计算机技术的进步，近年来电子信息类产品正朝大规模、高集成、小体积、便携式的方向发展，这就对印制电路板加工行业提出了更高的技术指标要求，对加工电路板的设备要求也越来越高。数控钻孔加工在印制电路板加工行业中是尤为重要的工序，其质量的好坏会直接影响到产品质量。目前高速高精度、高效高稳定性的数控机床成为了机床制造商们的核心竞争力。直线电机技术现已成熟，并且性价比越来越高，相对于传统驱动方式其在可靠性和稳定性方面具有显著的优越性。鉴于此，对直线电机技术在印制电路板数控钻床上的应用进行简要探讨。

      关键词：直线电机技术；数控钻床；印制电路板

      １、　直线电机技术在ＰＣＢ数控钻床上应用的必要性印制电路板（Ｐｒｉｎｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｂｏａｒｄ）数控钻床是ＰＣＢ生产的关键设备之一，钻孔工作将近占ＰＣＢ生产２０％以上的工作量。据中国印制电路行业协会（ＣＰＣＡ）报道，目前全球ＰＣＢ生产企业在２　５００家以上，其中５０％以上的ＰＣＢ生产企业在中国大陆。但随着当前劳动力成本上升、人民币升值以及环境、资源等问题的出现，我国ＰＣＢ生产的低成本优势逐步消失。当前，我国依然未能摆脱低端制造的困惑，仍处于世界ＰＣＢ制造业产业链中下游，加上全球制造业格局正在发生变化，国产ＰＣＢ数控钻床正处于不进则退的时刻，这就迫使ＰＣＢ数控钻床向高速、高效、高精度、高稳定、低成本、智能、灵活、集成化的方向发展。

     直线电机技术是近十年发展起来的一种新型进给传动方式，对推动各类高速、精密数控加工机床的发展有很大的帮助。传统机床的驱动进给方式大多是“伺服旋转电机＋滚珠丝杠”，由于受自身结构的限制，在进给速度、加速度、快速定位精度等方面很难有突破性的提高，并且随着使用时间的推移，其稳定性及精度也会降低，已无法满足长期精确高速加工的需要。直线电机不需要中间转换机构或传动过渡装置，具有瞬间推力大、传动刚度高、动态响应快、定位精度高、噪音小、磨损小等优点。直线电机无离心力作用，故直线移动速度可不受限制；而且其加速度非常大，最高可达１０ｇ（ｇ＝９．８ｍ／ｓ２），能实现启动时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停。因此在高速、精密加工机床的进给系统中采用直线电机直接驱动技术，不仅能提升机床的速度，还能保证其定位精度，进而达到高效精确加工的目的。

     图１为几种常见的直线电机。

                                              图１　直线电机种类
 

     ２　、直线电机技术与ＰＣＢ数控钻床的结合方式

     ２．１　机械结构

     传统的ＰＣＢ数控钻床还是采用中间安装“伺服旋转电机＋滚珠丝杠”的驱动方式，驱动系统两边安装线性导轨来辅助运动的直线性。考虑到结构的稳定性，此次结合还是将直线电机安装在中间，根据其自身结构来改动其他从动部件。以我公司六轴数控钻床为例，根据载荷计算和加工速度的要求，我们选定台湾ＨＩＷＩＮ品牌的ＬＭＦ系列直线电机，根据其自身外形尺寸及安装要求，我们发现其运动重心要比传统驱动方式低很多，这给机床性能带来了很多有利的因素，重心越低，驱动的稳定性越高，机床的整体加工精度就更有保证；而减少装配层次，简化运动部件间的连接机构，可使机床配件更为简洁，整机驱动机构更加稳定可靠。当直线电机运动时，动子和定子之间由于电磁作用会有一定的吸力，垂直于运动方向，并且这个吸力会随着动定子间的装配间隙减小而成倍变大，然而直线电机的驱动力也会随着这个装配间隙的减小而增大，因此怎样能在取得最佳驱动加速度的同时保证直线电机动定子连接件的刚性，就成为了决定直线电机能否在ＰＣＢ数控钻床上使用的关键。在此，我公司使用三维虚拟建模软件，设计出此结构的装配方案及精度控制方案，利用有限元分析软件对主要连接部件进行动静态受力分析，经多次反馈修改，直至形成完全满足理论要求的直线电机驱动相关零部件模型，并与生产加工人员和现场装配人员进行多次交流和探讨，最终制定出ＰＣＢ六轴数控钻床采用直线电机驱动的技术实施方案。

     ２．２　运动控制系统

     由于采用的是直线电机驱动技术，在电机驱动和控制方面需要做相应的变化，运动控制系统采用自主研发的“基于以太网的高性能八轴运动控制器”，该控制器采用ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ高速信号处理构架，由ＤＳＰ完成复杂的运动控制算法，同时对８个轴进行实时高速高精度的运动轨迹计算和控制。而ＦＰＧＡ采用片上系统ＳＯＰＣ，集成了３２位ＣＰＵ 运行ＵＣＯＳ－Ⅱ实时操作系统，外接以太网接口，完成对其他模块及系统信号的控制和管理，并通过以太网接口与上位机进行可靠的数据交互。运动控制系统还针对直线电机的性能，结合ＰＣＢ数控钻床高速超短距离大惯量的点定位需要，采用了改进的伺服控制算法，对各运动轴的动作进行了优化，保证了各个运动方向的定位精度，又提高了钻床运动控制的稳定性。

     ３　、结语

     新技术的引进必将刺激行业的发展，怎么将新技术因地制宜地运用到实际的生产中也是一个长期磨合的过程。将直线电机技术运用到ＰＣＢ数控机床上是可行的，但机床进给系统中采用直线电机直接驱动方式也会带来新的矛盾和问题，主要表现为发热、隔磁及防护、负载干扰及应用于垂直进给机构时的自锁与重力加速度等问题。解决好这些问题对直线电机直接驱动方式的应用至关重要，此次运用给机床制造行业提供了一个案例，希望能对行业发展有所帮助，更重要的是希望能将直线电机技术推广应用到更多的生产领域，吸引更多的人才来完善和改进，以提升国产制造业的整体实力水平。