数控机械钻孔加工中孔位精度研究的新思路

纪龙江 姜曙光 王俊浩（大连崇达电路有限公司，大连 116600）

数控机械钻孔加工中孔位精度研究的新思路

纪龙江 姜曙光 王俊浩
（大连崇达电路有限公司，大连 116600）

数控钻孔工序是一个以自动化加工为主的工序，对产前准备及基础化管理的要求相对较高，且十分重要。我们将重点放在如何通过更加有效的工艺技术手段与方法，保证加工过程产品质量的稳定上，同时加强技术创新与研发投入。基于这种思路的前提，以钻孔工序为例，着重介绍了一种可以有效提升机械数控钻孔孔位精度的方法，并且在实际生产过程中加以运用及有效推广，收到了较好的效果。

钻孔；效率；成本；品质

自1903年英国Hamson在“用电缆连接法及相同连接法的改进”中提出用金属粉末直接电沉积到绝缘层上的专利以来，至今已有100多年的历史了。这100多年来，PCB的发展从低级到高级、从小到大迅速发展。PCB产业的发展也推动和促进了与PCB产业相关的专用工业（材料、化学品、设备与仪器等）的形成、发展与进步！ PCB产业一直在不断的迅速发展之中，经历了从无到有、从小到大、从低级到高级的路程。所以，线路板加工技术在经历了多年的技术沉淀后，已经非常成熟，特别是近些年来的快速发展，为了满足市场竞争激烈与发展的需要，人们把工作重点放在了开发自动化、智能化、高速化等更先进的设备上，把技术开发重点放在新产品、新工艺、新技术创新等领域，也取得了非常丰硕的成果。本文所阐述的就是在这些工作的基础上，如何通过加工过程控制提升机械数控钻孔孔位精度的方法。

1 现状分析

一直以来，人们在高精度数控钻床钻孔方面，无论是降低成本还是提高生产效率都做了大量了工作，也取得了显著的成果，总体来说，钻孔产品的孔位精度主要和以下几方面因素有关。

1.1 设备状态

设备状态是钻孔工序产品质量的最直接影响因素，为了保证一定的孔位精度，要定时定期对设备进行精度维护与保养，制定日、周、月、季、年的保养计划，将保养内容根据难易程度进行分类，大体上分为三个等级：一级保养，即生产一线的操作人员能直接进行的保养内容；二级保养，需要设备工程师等具备一定专业技术能力的人进行保养的内容；三级保养，即需要设备供应商等非常专业的人士进行的专业保养。同时还应完善相应的设备保养管理程序，制定相应的规章制度，对设备实行TPM式的管理，极早发现问题、分析问题并解决问题，不要等问题很严重甚至已经威胁到产品质量的时候再去处理就可能有会给公司带来停机或停产的严重损失。经常进行的设备保养内容包括定位系统、伺服系统、控制系统、真空系统以及压脚系统等，要想保证产品质量的稳定，就一定要严格按照科学的规范与指引去执行。

图1中，“1”—伺服主轴系统；“2”—压脚系统；“6”—钻床台面；“7”—导轨/丝杠等部分均是需要重点进行保养的与测评的内容；图2为业界常用的24孔孔位精度测评方法，一般要求使用钢性较好的φ1.40 mm槽钻，叠1层，慢速钻削，一般钻孔参数设定为转速（30～40）kr/min，进给0.75 m/min ～ 1.5 m/min，钻孔后使用孔位分析仪按照最大偏差20 μm的标准进行检测，要求Cpk不小于1.33为合格。目前随着行业品质标准的提升，测试孔数已由24孔升至240孔左右，并且标准没有改变，这就需要加大设备的保养力度与频次，才能达到标准要求。

图1 数控机床加工示意

图2 24孔位精度测试示意

1.2 刀具方面

图1中的“3”是影响钻孔孔位精度的直接因素之一，只要是做过钻孔的技术人员都应该清楚，刀具的设计、选择及使用，对孔壁粗糙度、孔位精度、毛刺、灯芯、断刀率等品质的影响是非常大的。通常情况下，要对刀具的选择、装配、使用、研磨、管理等进行规范，并且要根据不同的材料特性选择不同的刀具类别，要有针对性的合理使用，要建立科学的磨钝标准，做到不浪费、不过度使用。

1.3 钻孔参数

钻孔参数也非常重要，钻孔参数不仅能影响到产品质量，也会严重影响生产效率，在设计钻孔参数时要十分注意，要充分考虑设备、产品、刀具及加工环境的影响，要建立一套适应公司自身发展并行之有效的参数规范，要针对不同板材料与刀具特性设计不同的钻孔参数，在保证产品质量的前提下，达到最佳效果。

1.4 工装工具

工装工具指的是在保证产品质量的前提下为完成某项工艺步骤或目的而必须的一些辅助器具，如盖板、垫板、销钉、压脚等等。这里重点说明一下，工装具对孔品质的影响也是非常重要的。随着科学技术的发展，人们大多数的把精力放在高新技术产品的控崛上，而忽略了在品质方面的控制，就钻孔常用的铝盖板而言，往往忽略了其使用状态对孔位精度的影响。

铝盖板在钻孔过程中主要起到散热、保证孔位精度与孔壁粗糙度的作用，在具体使用时，要保证铝盖板表面干净、平整、完好无损，更主要的是要保证铝盖板固定牢靠无松动，与生产板之间要贴密紧凑，以保证钻头下钻时的平稳性。而实际生产过程中，经常铝盖板与生产板有贴合不实的现象发生，并引此造成断刀、偏位、孔边毛刺等缺陷的发生，主要是由于定位销钉露出板面的部分高度引起，如图3所示。

图3 钻孔引编效果示意图

2 问题分析与改善

图3所示的现象在实际生产过程中时有发生，究其问题存在的根本原因还是由于人们在主观认识上的淡薄，在追求上层建筑的同时勿略了细节方面的管控，细节是决定成败的关键所在。针对这个问题的技术不足，我们设计发明了铝盖板冲切装置，在销钉相应位置加工相应的孔槽，使铝盖板与生产板之间紧密贴合，如图4～图8所示。

图4 销钉孔位置被铝盖板覆盖

图5销钉孔加工槽后效果

图6 铝盖板与生产板组合关系

图7 断刀后孔表面效果

图8 断刀后孔断面效果

综上所述，关于这种问题的处理方法有很多，大多数公司都是用数控机床或其它专用设备在销钉孔位置加工孔或槽，投资较大，对生产效率的影响也较大。本文着重介绍的是一种自主发明的铝盖板冲切装置，如图9所示，该装置操作灵活、使用方便，成本低，易维护。

图9 冲压PCB线路（板1铝）盖装板置工的艺主孔体装置的主体分体图

图9中：1-手柄；2-凸模；2-1-限位台；3-连接轴一；4-立柱；5-连接轴二；6-底架；7-螺孔；8-垫板；9-间隙调整器；10-凹模；11-螺孔一；12-盖板；13-导块；14-阶梯坛；15-螺孔二；16-凹模底板；17-台面；18-凹模安装槽。

本装置解决技术问题所采用的技术方案是：一种冲压PCB线路板铝盖板工艺孔装置，包括台面，其特征在于在台面上设有凹模安装槽，凹模安装槽三边制成阶梯坛，在阶梯坛上设有螺孔二，在凹模底板上设有螺孔一，用螺栓穿过螺孔二和螺孔一将凹模底板固定在台面上设的凹模安装槽内；凹模底板上设有凹模，凹模与凸模相嵌合，并活动地装在导块中，一侧用盖板用螺栓与导块固定连接；在导块本装置的有益效果是：该发明加工PCB线路板工艺孔铝盖板表面干净、平整、完好无损，工艺孔质量高，设备结构简单，操作方便灵活。

上装有间隙调整器；导块固定在底架上；底架设有螺孔，底架下面装有垫板，用螺栓通过螺孔与台面连接；凸模上部用连接轴一装有一个手柄，手柄的右端用连接轴二装在立柱上，立柱固定在凹模底板上。所述的凸模下端设有限位台。

实施例参照图9、图10，一种冲压PCB线路板铝盖板工艺孔装置，包括台面17，其特征在于在台面17上设有凹模安装槽18，凹模安装槽18三边制成阶梯坛14，在阶梯坛14上设有螺孔二15，在凹模底板16上设有螺孔一11，用螺栓穿过螺孔二15和螺孔一11将凹模底板16固定在台面17上设的凹模安装槽18内；凹模底板16上设有凹模10，凹模10与凸模2相嵌合，并活动地装在导块13中，一侧用盖板1用螺栓与导块13固定连接；在导块13上装有间隙调整器9；导块13固定在底架6上；底架6设有螺孔7，底架6下面装有垫板8，用螺栓通过螺孔7与台面17连接；凸模2上部用连接轴一3装有一个手柄1，手柄1的右端用连接轴二5装在立柱4上，立柱4固定在凹模底板16上。所述的凸模2下端设有限位台2-1。两个限位台2-1之间的距离是根据铝盖板工艺孔深度而设定的。垫板8用以调整凹模底板16的高度；间隙调整器9是调整导块13与凸模2之间的间隙的。

图10 图1的I处局部放大图

加工方法是将PCB线路板的铝盖板放置在凸模2和凹模10之间，要冲压工艺孔的位置对正凹模10，向下压手柄1，凸模2就会把铝盖板冲出工艺孔。

3 改善效果

运用此技术方案，使生产板在进行钻孔加工时，避免了销钉与铝盖板贴合不良造成的断刀、偏位、排屑不良、孔壁粗糙等一系列品质问题的发生，通过此技术手段的运用，使加工效果得到有效改善。同时，对这种工艺技术进行了规范、管理，将具体作业方法形成规范并加入到相应的作业标准书与控制标准中。铝盖板冲切装置的研发，是PCB板在生产过程中改善的一个点，通过这种装置的使用使生产及管理人员的品质意识得到了加强，该装置的成功使用，使我公司的断刀率由改善前的0.2‰ 降到0.02‰左右，改善效果非常明显。

4 结论

在PCB实际生产过中，类似于这样的案例有很多很多，最主要的是通过我们的努力，使生产、技术、品质及其它管理人员的品质意识得到加强与提升。只有品质稳定才能使企业获得更多客户的信赖与支持，只有品质稳定才能使加工过程更加稳定，同时获得较高的生产效率，并改善制造成本。目前我们在全工序全面推行这种精益生产的理念，相信必然更能获得更佳的生产力水平，会使企业获得更好的发展。

［1］林金堵等. 现代印制电路先进技术第三版［M］. 2013，2.

［2］纪龙江等. 关于生产效率提升之PCB数控钻孔技术的研究与应用［J］. 印制电路信息，2015，3.

纪龙江，技术中心副主任。

姜曙光，总经理。

王俊浩，厂长。有效清除金面粘附污物，是一种金面清理的有效方法，可在印制板企业中推广使用。

New ideas on the research of hole position accuracy in mechanical numerical control drilling

JI Long-jiang JIANG Shu-guang WANG Jun-hao

NC drilling process is a process of automatic processing， and it is very important to prepare in advance and have basic management. We will focus on how to ensure the stability of product quality in the process by means of more effective techniques and methods， and strengthen technological innovation and R & D investment， strengthen the scientific management and standardization construction， which plays an important role in the development， progress and promotion of enterprises. Based on this idea， this paper takes the drilling process as an example， the paper emphatically introduces a method to improve the accuracy of the hole and hole position of the machine.

Drilling； Efficiency； Cost； Quality

TN41

A

1009-0096（2015）12-0011-03