PCB数控成形机工作台底架的设计方法

摘要

本发明公开了提供一种PCB数控成形机工作台底架的设计方法，包括以下步骤：首先根据生产需要确定工作台底架的外观尺寸；再建立工作台底架的3D模型，并在工作台底架3D模型的底面上预定控制点以及螺母控制点的位置；然后对上述3D模型进行静力，动力，模态分析并修正所述控制点的位置直至达到设计目标；随后进行铸造可行性分析，如不具可行性则修改3D模型，如具可行性则制作工作台底架模型；最后对工作台底架模型进行静态、动态以及振动噪声测试，如不合格则修改3D模型，如合格则进行量产。根据本设计方法可设计出具有足够刚度并可保证零件的加工精度的大型工作台底架。

说明书

技术领域

本发明涉及PCB(即印刷电路板，Printed Circuit Board)数控成形机技术领域，更具体地说，是涉及一种PCB数控成形机工作台底架的设计方法。

背景技术

在整个PCB数控成形机的各个组成部分中，工作台底架起着支撑工件和连接驱动源的关键作用。工作台底架通常包括工作台底架主体、位于工作台底架主体底面中心的螺母控制点以及位于工作台底架主体底面上的若干控制点。所述PCB数控成形机在对应所述若干控制点处设有线性导轨，所述线性导轨包括数量与所述控制点对应并固定于控制点位置处的滑块，以及固定于PCB数控成形机上的导轨。所述螺母控制点处固定连接一螺母座，位于所述PCB数控成形机一侧的电机通过滚珠丝杠驱动所述螺母座，以带动工作台底架沿所述导轨移动。

随着PCB制造业的飞速发展，PCB数控成形机的需求正在快速增加，多轴成形机由于承载面积大并能够大幅度提高生产效率，而成为市场上的主流产品。由于多轴成形机需要大型工作台底架则与之相适配，而工作台底架增大后保持其各项动、静态特性是一件非常复杂的工作。通常，工作台底架导轨之间的跨距、滑块的分布、质量的分布、跨距与导轨结合部的阻尼等决定了工作台底架的动、静态特性。现有技术中的工作台底架往往由于结构设计的不合理，导致其刚度不足，模态过低加工时刀具与工件间易产生各种变形和振动，从而会使零件加工精度降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种PCB数控成形机工作台底架的设计方法，根据该设计方法得到的工作台底架具有足够的刚度和模态，可保证零件的加工精度。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种PCB数控成形机工作台底架的设计方法，包括以下步骤：

(1)、根据生产需要确定工作台底架的外观尺寸；

(2)、建立工作台底架的3D模型，并在工作台底架3D模型的底面上预定控制点以及螺母控制点的位置；

(3)、对上述3D模型进行静力，动力，模态分析并修正所述控制点的位置直至达到设计目标；

(4)、铸造可行性分析，如不具可行性则返回步骤(2)，如具可行性则制作工作台底架模型；

(5)、对步骤(4)所得的工作台底架模型进行静态、动态以及振动噪声测试，如不合格则返回步骤(2)，如合格则进行量产。

这样，由于本发明通过静力，动力，模态分析不断调整控制点的位置直至达到设计目标，并进行铸造可行性分析以及静态、动态以及振动噪声测试，从而可设计出具有足够刚度并可保证零件的加工精度的大型工作台底架。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的流程图；

图2是根据图1所示实施例中步骤(1)所得的工作台底架的主视示意图；

图3是对图2所示工作台底架做第一次修正后所得的主视示意图；

图4是对图2所示工作台底架做第二次修正后所得的主视示意图；

图5是对图2所示工作台底架做第三次修正后所得的主视示意图；

图6是根据图1所示实施例而设计的工作台底架的立体示意图；

图7是第一、第二阶仿真和振动测试结果的对照图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图1，为本发明的一较佳实施例，本实施例以具有六把铣刀的PCB数控成形机所需工作台底架为例，来说明所述大型工作台底架的设计方法，该设计方法包括以下步骤：

(1)、根据生产需要确定工作台底架的外观尺寸。

由于PCB数控成形机设有六把铣刀，所述工作台底架需要承载6块工作面板。设每块工作面板的加工范围是570*730mm，再加上刀库的位置(由于PCB数控成形机在加工过程中，针对不同的PCB板或者PCB板的不同位置，需要使用不同型号的刀具，需要经常换刀)。可将工作台底架的外观尺寸定为3420*798mm。

(2)、建立工作台底架的3D模型，并在工作台底架3D模型的底面上预定控制点1以及螺母控制点4的位置。

请参照图2，通过CAD(Computer Aided Design)软件建立工作台底架的3D模型，所述工作台底架具有8个控制点1，每个控制点1处分别设有滑块2，所述滑块2两两一组并可在与工作台底架长度方向垂直的导轨3上滑动。将螺母控制点4设在工作台底架的中心位置。将工作台底架两端悬臂长度(即位于工作台底架左右两侧的两组控制点1与工作台底架两端的距离)预设为415mm。位于工作台底架中间两组控制点1的距离预设为1000mm，并使该两组控制点1(对应PCB数控成形机的中间两条导轨3)关于螺母控制点4对称。然后，对所述工作台底架做加筋处理(请对比参照图2及图3)。由于所述工作台底架的体积较大，为减轻PCB数控成形机驱动源的负担，采用密度较小的铸铝制作。

(3)、对上述3D模型进行静力，动力，模态分析并修正所述控制点的位置直至达到设计目标；

模态分析过程如下表：

  工作台底架  约束(最大加速度状态)  静力学分析结果  如图2当两端的悬臂长度为415mm时。  装运行方向滑块处固定；垂向加1800N的压力；装运行方向螺母座处加向后的最大推力；重力3190N。  最大静变形是10μm，位于两端。说明两端的悬臂太长，需要将两侧的滑块位置分别向外移。  如图3当两端的悬臂长度为315mm时。  装运行方向滑块处固定；垂向加1800N的压力；装运行方向螺母座处加向后的最大推力；重力2820N。  其最大静变形是8.16μm，其中垂向9处控制点最大静变形是5.21μm，位于工作台底架中部，运行方向螺母座处。中部的垂向变形仍稍嫌大。  如图4中间两导轨的跨距为940mm，两端的悬臂长度为仍315mm。  装运行方向滑块处固定；垂向加1800N的压力；装运行方向螺母座处加向后的最大推力；重力2880N。  其中垂向9处控制点最大静变形是6.73μm，位于工作台底架的中部，装运行方向螺母座处；其余垂向最大静变形是4.62μm位于工作台底架的两端。  如图5由于装配需要，将控制点1处的凸台减小为95mm宽。  装y向滑块处固定；垂向加1800N的压力；装运行方向螺母座处加向后的最大推力；重力2880N。  其中垂向9处控制点最大静变形是5.1μm，位于工作台底架的中部，运行方向螺母座处。

随后，对所述工作台底架做减重处理，将工作台底架的重量由297千克减为207千克。

(4)、铸造可行性分析，如不具可行性则返回步骤(2)，如具可行性则制作工作台底架模型。

(5)、对步骤(4)所得的工作台底架模型进行静态、动态以及振动噪声测试，如不合格则返回步骤(2)，如合格则进行量产。

对工作台底架在约束状态下，采用有限元分析软件对工作台底架的3D模型进行仿真，第一阶以长度方向中心轴线的摆振发生在37.23Hz，而第二阶前后弯曲的振动发生在99.16Hz。

用振动测试工具对上述由铸铝制成的工作台底架模型做振动测试检验。从振动测试得出的结果和仿真的结果基本上一致，甚至稍高一点。第一阶以长度方向中心轴线的摆振发生在40.020Hz，振幅为5.40％，而第二阶前后弯曲的振动发生在120.284Hz，振幅为5.45％。所以物理样机的模态方面达到了设计的要求。上述仿真和振动测试的结果请结合参照图7：

这样，由于本实施例通过静力，动力，模态分析不断调整控制点的位置直至达到设计目标，并进行铸造可行性分析以及静态、动态以及振动噪声测试，从而可设计出如图6所示的具有足够刚度，模态并可保证零件的加工精度的大型工作台底架。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。