CN101954500A - 线路板沉孔加工装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线路板沉孔加工装置及方法，装置包括：台式钻床、锪刀、工作台和固定在工作台上的深度控制装置；所述锪刀的主/副切削刃的数量为2个以上；锪刀的前角在13°-17°之间，后角在27°-33°之间，螺旋角在13°-17°之间；深度控制装置包括锁紧装置、定位装置、定位盘、导向机构和工作台。使用时调整深度控制装置与台式钻床的相对位置，使锪刀前面定位导柱与深度控制装置的导向机构处于同一轴线上；设定进给深度，开动钻机后旋转手动进给手柄钻削沉孔，待定位导柱接触到定位盘后抬起钻头完成沉孔加工。该装置及方法具有使用调整方便、结构简单、易于维护、使用寿命长、加工成本低等优点，适于在沉孔加工领域广泛推广。

Description

线路板沉孔加工装置及方法

技术领域

本发明涉及一种线路板沉孔加工装置及方法。

背景技术

印制线路板上用于位置固定的孔多为沉孔，传统技术这些沉孔都是在数控钻床上使用常规锪刀加工而成，数控钻床使用常规锪刀在加工这些沉孔时断刀严重，位置精度和孔径精度不能得到有效保证，根本无法正常生产，主要表现及原因为：

1、数控钻床所使用的锪刀刀柄直径都为φ3.175mm，而沉孔直径都为φ4.0mm以上，甚至达到φ12.0mm，刀径越大，钻削过程中刀柄所受的扭矩越大，当扭矩达到刀柄所能承受的最大扭矩时，就会发生刀柄折断现象；刀柄折断会造成以下危害：一是刀具寿命降低(平均寿命不足200孔)，刀具成本增加；二是所生产产品会废弃；三是断裂瞬间主轴瞬间承受较大径向力作用，影响主轴精度及寿命；四是加工效率低，上下板时间长、刀柄折断处理时间长。

2、因钻孔直径大于刀柄直径(钻孔直径越大，差距越大)，钻削过程中刀柄所受的扭矩很大，即使不发生刀具折断的问题，刀具在钻削过程中受较大扭力作用也会不稳定，在水平方向上会发生颤动，结果是影响所钻孔的孔位精度和孔径。

3、众所周知，常规锪刀的切削刃都是2个，切削刃越少，单位时间内每个切削刃的切削量就会增大，切削刃受力就会增大，会造成刀具钻孔过程中不稳定，结果是影响孔径精度。

4、利用沉孔角度与沉孔深度尺寸互相制约关系设计，通过控制机床Z轴自由度来保证沉孔各类技术指标要求，但是目前的机床在实际加工时，很难保证工件、工装及刀具三者之间的空间位置关系及自由度限制状态，从而达不到控制各类沉孔的深度要求。

这样在数控钻床上使用常规锪刀加工沉孔方法及存在的问题就不能满足印制线路板沉孔钻孔质量及效率、成本要求。随着线路板行业利润率越来越低的今天，各企业都在研究各种先进工艺提高质量和生产效率，所以我们也必须使用新方案加工印制线路板保证沉孔钻孔质量并尽力提高生产效率。

如图6所示，千分尺作为测量工具被广泛应用，其测量调整部分，即千分尺的测微螺杆a、螺母套管b、微分筒c、固定套筒d和棘轮旋柄e，更是经典测量方式，不但精度高，而且操作简单，所以其结构可作为沉孔的深度控制部件进行使用。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制一种线路板沉孔加工装置及方法。本发明采用的技术手段如下：

一种线路板沉孔加工装置，包括：台式钻床、锪刀和工作台；其特征在于还包括：固定在工作台上的深度控制装置；

所述锪刀的主/副切削刃的数量为2个以上；另外，所述锪刀的前角在13°-17°之间，后角在27°-33°之间，螺旋角在13°-17°之间；

所述深度控制装置包括锁紧装置、定位装置、定位盘、导向机构和工作台；所述定位装置的结构为千分尺测量调整部分的结构，所述定位装置通过定位装置固定支架固定在工作台上；所述工作台上设有导向机构，位于定位装置的正上方；在定位装置上的螺杆的上部设有定位盘，所述定位盘可沿导向机构上下移动；旋转定位装置上的可动刻度筒，控制螺杆带动定位盘在导向机构中上下移动；所述锁紧装置固定在螺杆附近用于锁紧螺杆。所述锪刀的主/副切削刃的数量为4个；所述锪刀的前角为15°，后角为30°，螺旋角为15°。在所述锪刀前端设有与线路板沉孔底孔直径相当的定位导柱。在所述锪刀的夹持端刀柄的直径与钻削部分同直径。所述锁紧装置由传动杆、顶丝和转柄构成；所述导向机构上面设有丝孔，所述顶丝同丝孔螺纹配合；所述传动杆通过锁紧装置固定支架固定在工作台上；转柄通过传动杆对顶丝进行旋转控制。

一种上述加工装置的线路板沉孔加工方法，其特征在于

1)、根据客户要求的直径和位置钻出线路板沉孔底孔；

2)、对此线路板进行化学沉铜使孔壁形成导电层；

3)、对此线路板进行图形转移，图形转移时沉孔的底孔要做成帐篷孔；

4)、对此线路板进行脱膜、蚀刻、脱抗蚀层处理，形成带有线路图形的线路板；

5)、对此线路板进行阻焊印刷、曝光、显影、固化、表面处理、外形加工工序；

6)、准备台式钻床处于可加工状态，把锪刀装夹在台式钻床夹头上并固定住；

7)、把钻沉孔深度控制装置定位于工作台上，调整深度控制装置与台式钻床的相对位置，旋转手动进给手柄，使锪刀前面定位导柱与深度控制装置的导向机构处于同一轴线上；

8)、把待加工线路板放于工作台上，使线路板沉孔底孔对准导向机构中心位置，然后旋转台式钻床钻轴部分使锪刀定位导柱对准线路板沉孔底孔，同时使钻轴下压直至锪刀定位导柱能够顺利穿过沉孔底孔，此时锪刀、线路板沉孔底孔、导向机构在一条轴线上，垂直方向定位已经完成，旋转钻床进给手柄使锪刀定位导柱完全下落线路板沉孔底孔中，先不开钻机，右旋定位装置的可动刻度筒使在导向机构中的定位盘正好接触到锪刀定位导柱的下缘，此位置作为零点，锁紧钻轴及深度控制装置，使之位置固定；

9)、按照客户要求的沉孔直径、底孔直径、沉孔角度计算出沉孔深度，调节深度控制装置下面的定位装置，设定进给深度；

10)、固定待加工线路板，开动钻机后旋转手动进给手柄，使锪刀前面定位导柱慢速进入线路板沉孔底孔后开始钻削沉孔，待定位导柱接触到定位装置上的定位盘后反方向转动进给手柄，抬起钻头，此时第一个沉孔已加工完毕；

11)、按如上方法加工余下沉孔直至此板加工完毕，换生产板按如上方法加工；

12)、对此线路板进行清洗、电测、目检，得到成品线路板。

同现有技术相比本发明的优点是显而易见的，具体如下：

1、该线路板沉孔加工装置及方法，可以根据客户要求在机床台上实现不同规格与类别沉孔(不同沉孔直径、不同底孔直径、不同沉孔角度、不同沉孔深度的平头沉孔、锥形沉孔(82度/90度/230度沉孔等))的精确控制，最高孔径精度可达到4mil(0.1mm)，孔径精度CPK值达到2.15；最大直径可加工至12.0mm。

2、由于采用了新型锪刀，主/副切削刃由2个增加到了4个，同时对前角、后角、螺角角进行了调整，增加了钻削过程中的稳定性。

3、由于采用了新型锪刀，锪刀前端增加了与沉孔底孔直径相当的定位导柱，最大限度的保证了沉孔的精度；

4、新型锪刀的柄径与钻径相同，保证了刀柄能够承受住钻削过程中产生的较大扭力，避免了断刀的问题。

5、新型锥形锪刀具有一定的通用性，只要沉孔角度一样，理论上可以钻比沉孔直径大且比锪刀柄径小的任一种直径的孔，只不过要调整不同的钻深(同时线路板的厚度要足够)。

6、深度控制装置下面的定位装置为千分尺结构，可以在定位装置量程范围内任意、精确的控制下钻深度，综合其他机构的误差，深度精度可控制在50μm之内。

7、深度控制装置的定位装置由于采用了锁紧装置，所以在锪刀下钻接触到定位盘时产生的下挫力不会损伤定位装置的螺纹结构，具有批量生产意义。

8、深度控制装置具有使用调整方便、结构简单、易于维护、使用寿命长、加工成本较低、加工范围广、体积小、重量轻等优点。

附图说明

图1是本发明采用的锥形专用锪刀的规格示意图；

图2是本发明采用的平头专用锪刀的规格示意图；

图3是本发明采用锥形专用锪刀钻孔的线路板沉孔截面示意图；

图4是本发明采用平头专用锪刀钻孔的线路板沉孔截面示意图；

图5是本发明采用专用锪刀钻沉孔的组成结构示意图；

图6为千分尺的测量调整部分结构示意图；

图7为本发明所述深度控制装置组成结构示意图；

图8为本发明所述深度控制装置和台式钻床、线路板对位结构示意图；

图9为本发明所述深度控制装置调到零点时结构示意图；

图10为本发明所述深度控制装置设定钻深后结构示意图；

图11为本发明锪刀下钻到终点接触到定位盘后结构示意图；

图12为本发明钻完沉孔抬刀后结构示意图；

图13为本发明沉孔孔径测量评价图。

图中：1、锪刀，2、夹持端刀柄，3、定位导柱，4、钻床夹头，5、锁紧螺丝，7、线路板沉孔底孔，8、深度控制装置，9、主/副切削刃，11、前角，12、后角，13、螺旋角，14、沉孔，15、锁紧装置固定支架，16、锁紧装置，17、定位装置，18、定位盘，19、导向机构，20、定位装置固定支架，21、工作台，22、待加工线路板，23、螺杆，24、可动刻度筒，25、传动杆，26、顶丝，27、转柄，28、丝孔。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明所述的锪刀的主/副切削刃9的数量超过2个即在原来的2个的基础上进行增加，同时将锪刀1前角11改为13°-17°之间、后角12改为27°-33°之间、螺旋角13改为13°-17°之间；使受力更为均匀，减少机械振动；将夹持端刀柄2直径由φ3.175mm改为与钻削部分同直径例如钻削部分直径为8mm，则刀柄直径也为8mm。另外，在钻头最前端的位置上增加了定位导柱3，此定位导柱3直径与客户要求的线路板沉孔底孔7直径相同，钻沉孔时此定位导柱3先进入沉孔底孔、为了保证产品质量，刀具定位导柱的直径精度达到φd^-0.05 _-0.1及表面粗糙度达到

该锪刀在台式钻床上使用，如配合深度控制装置能达到最佳的使用效果。以上特征适用于各种形状锪刀，如平头锪刀、锥形锪刀82度/90度/120度等，根据沉孔形状设计不同角度的刀具。还有该锪刀中的锥形锪刀具有一定的通用性，只要沉孔角度一样，可以钻比沉孔直径大且比锪刀柄径小的任一种直径的孔，二加工过程中只需要调整不同的钻深。

本发明所述的加工线路板沉孔的深度控制装置，利用对沉孔角度与沉孔深度尺寸互相制约关系设计，再通过控制机床Z轴自由度来保证沉孔各类技术指标要求。如图6所示，本发明所述的深度控制装置包括锁紧装置16、定位装置17、定位盘18、导向机构19和工作台21；所述定位装置17的结构为千分尺测量调整部分的结构，所述定位装置17通过定位装置固定支架20固定在工作台21上；所述工作台21上设有导向机构19，位于定位装置17的正上方；在定位装置17上的螺杆23的上部设有定位盘18，所述定位盘18可沿导向机构19上下移动；旋转定位装置17上的可动刻度筒24，控制螺杆23带动定位盘18在导向机构19中上下移动；所述锁紧装置16固定在螺杆23附近用于锁紧螺杆23。其中锁紧装置23可以为虎钳结构、抱闸结构、顶丝等结构。本发明的锁紧装置16采用的是顶丝结构，由传动杆14、顶丝15和转柄27构成；所述导向机构19上面设有丝孔28，所述顶丝26同丝孔28螺纹配合；所述传动杆25通过锁紧装置固定支架15固定在工作台21上；转柄27通过传动杆25对顶丝26进行控制，转动转柄27通过传动杆25带动顶丝26旋转，以控制顶丝26的给进和退出达到锁紧和松开螺杆23的目的。

下面以沉孔角度分别为90°的锥形锪刀和180°的平头锪刀加工沉孔为例做说明：

实施例1：如图1、图3和图5所示，图1所示为锥形锪刀角度为90°的结构示意图，及如图5所示采用该锪刀钻沉孔配合深度控制装置的组成结构示意图，其中夹持端刀柄2直径由φ3.175mm改为与钻削部分同直径，即钻削部分直径为8mm，则刀柄直径也为8mm；定位导柱3直径设计根据客户要求的线路板沉孔底孔7直径相同，但公差要求为φd^-0.05 _-0.1，表面粗糙度达到

保证与线路板沉孔底孔7有更好的配合；主/副切削刃9的数量由正常的2个增加到4个，同时将锪刀前角11改为15°、后角12改为30°、螺旋角13改为15°，使受力更为均匀，减少机械振动；主/副切削刃9的跳动度为0.02，最大限度的保证用此锪刀1加工的沉孔精度。进行沉孔加工时，如图5所示的安装方式，将锪刀1的夹持端刀柄2放置在台式钻床上的钻床夹头4内，并通过锁紧螺丝5将其固定在台式钻床上。

所述深度控制装置如图7所示本实施例选择一块L200xW300xH10的环氧树脂板作为工作台21，在工作台21中间位置按照导向机构19的外尺寸开孔，把导向机构19镶嵌到所开的孔中，要保证一定的公差配合使导向机构19在工作台21的孔中不能相对移动，在导向机构19下面中心位置钻孔。定位装置17是把千分尺的上部分去掉，保留支架，把千分尺的保留部分的螺杆23深入导向机构19中，并使前端和定位盘18连接固定。把千分尺支架部分即：定位装置固定支架20用螺栓固定在工作台21上，保持定位装置17与工作台21垂直。再通过前面所述的锁紧装置16的配合使用达到定位的作用，具体技术实现过程如下：

把钻沉孔深度定位装置17初步定位于台式钻床台面中心位置，放上已钻完线路板沉孔底孔7的待加工线路板22，把专用锪刀1装夹于台式钻床夹头上并锁紧，调整深度定位装置17、台式钻床钻轴、待加工线路板22三者的相对位置，使锪刀前面定位导柱3、工作台21上的导向机构19、待加工线路板的线路板沉孔底孔7三者中心处于同一轴线上，如图8所示；旋转钻床进给手柄使锪刀定位导柱3完全下落线路板沉孔底孔7中，先不开钻机，右旋定位装置17的可动刻度筒24使在导向机构19中的定位盘18正好接触到锪刀定位导柱3的下缘，此位置作为零点，如图9所示；按照客户要求的沉孔深度h，左旋定位装置17的可动刻度筒24使从零点算起的下调高度为h，调整锁紧装置16即转柄27通过传动杆25对顶丝26进行控制，转动转柄27通过传动杆25带动顶丝26旋转，以控制顶丝26的给进，至锁紧状态，如图10所示；开动钻机后旋转手动进给手柄，使锪刀前面定位导柱3慢速进入线路板沉孔底孔7后开始钻削沉孔，待定位导柱3接触到定位盘18后不再继续下钻，如图11所示；反方向转动进给手柄，抬起锪刀1，此时锪刀1离开所钻线路板22，沉孔14已加工完毕。加工出的待加工线路板22上的沉孔14形状如图3所示，沉孔14孔径CPK值达到2.0以上。

实施例2：如图2、图4和图5所示。图2所示为平头锪刀即锥角由90°变成了180°(平头)的结构示意图，图5所示锪刀钻沉孔配合深度控制装置的组成结构示意图，由于不同形状的锪刀后端的夹持端刀柄2的结构相同，这里就不在将平头锪刀安装结构图画出(图5中的锪刀由锥角为90°锪刀变成了平头锪刀)，切削部分直径及夹持端刀柄2直径变为和客户的最终孔径一样、定位导柱3直径根据客户要求，其他的参数如主副切削刃9数量、前角11、后角12、螺旋角13、跳动度、表面粗糙度、进行沉孔加工时的安装方式、及同深度控制装置配合使用的步骤都同实施例1一样，因此这里不在赘述；用此专用平头锪刀使用台式钻床配合深度控制装置8按照如图5所示的方式加工出的待加工线路板22上的沉孔14形状如图4所示，其中沉孔14孔径CPK值可达2.0以上。

上面描述的为本发明改进的线路板沉孔加装置的结构特征和使用过程的描述，下面对于利用上述加工装置的线路板沉孔加工方法进行描述，具体内容如下：

1)、根据客户要求的直径和位置钻出线路板沉孔底孔7；

2)、对此线路板进行化学沉铜使孔壁形成导电层；

3)、对此线路板进行图形转移，图形转移时沉孔的底孔要做成帐篷孔，避免在后续电镀过程中镀上电镀铜及抗蚀镀层；

4)、对此线路板进行脱膜、蚀刻、脱抗蚀层处理，形成带有线路图形的线路板，此时沉孔底孔孔内化学铜层已被蚀刻掉，成为非镀孔；

5)、对此线路板进行阻焊印刷、曝光、显影、固化、表面处理、外形加工工序，得到半成品的线路板；

6)、准备台式钻床处于可加工状态，锪刀1按客户要求准备我们自己设计的专用锪刀，如平头锪刀、锥形锪刀82度/90度/120度，把锪刀1装夹在台式钻床夹头上并固定住；

7)、把钻沉孔深度控制装置8初步定位于工作台21上，台式钻床台面中心位置，调整深度控制装置8与台式钻床的相对位置，旋转手动进给手柄，使锪刀前面定位导柱3与深度控制装置8的导向机构处于同一轴线上，要保证定位装置与工作台面垂直，并保证锁紧装置完好有效；

8)、把待加工线路板22放于工作台21上，使线路板沉孔底孔7对准导向机构19中心位置，然后旋转台式钻床钻轴部分使锪刀定位导柱3对准线路板沉孔底孔7，同时使钻轴下压直至锪刀定位导柱3能够顺利穿过沉孔底孔，此时锪刀1、线路板沉孔底孔7、导向机构19在一条轴线上，垂直方向定位已经完成，旋转钻床进给手柄使锪刀定位导柱3完全下落线路板沉孔底孔7中，先不开钻机，右旋定位装置17的可动刻度筒24使在导向机构19中的定位盘18正好接触到锪刀定位导柱3的下缘，此位置作为零点，锁紧钻轴及深度控制装置8，使之位置固定；

9)、按照客户要求的沉孔直径、底孔直径、沉孔角度计算出沉孔深度，调节深度控制装置8下面的定位装置17，设定进给深度；

10)、固定待加工线路板，开动钻机后旋转手动进给手柄，使锪刀1前面定位导柱3慢速进入线路板沉孔底孔7后开始钻削沉孔，待定位导柱3接触到定位装置17上的定位盘18后反方向转动进给手柄，抬起钻头，此时第一个沉孔已加工完毕；

11)、按如上方法加工第2孔、第3孔……，直至此板加工完毕，换生产板按如上方法加工；

12)、对此线路板进行清洗、电测、目检，得到成品线路板。

通过上述装置及方法对沉孔孔径进行测量评价，数据如下表：

按如上方法加工的沉孔孔径完全在5.8±0.2mm之间(如图13所示)，平均CPK值达到2.15，过程非常稳定，对于其他不同孔径、不同沉孔角度、不同底孔直径的线路板沉孔，只要调整刀具和参数就能达到同样的效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种线路板沉孔加工装置，包括：台式钻床、锪刀(1)和工作台(21)；其特征在于还包括：固定在工作台(21)上的深度控制装置(8)；

所述锪刀(1)的主/副切削刃(9)的数量为2个以上；另外，所述锪刀的前角(11)在13°-17°之间，后角(12)在27°-33°之间，螺旋角(13)在13°-17°之间；

所述深度控制装置(8)包括锁紧装置(16)、定位装置(17)、定位盘(18)、导向机构(19)和工作台(21)；所述定位装置(17)的结构为千分尺测量调整部分的结构，所述定位装置(17)通过定位装置固定支架(20)固定在工作台(21)上；所述工作台(21)上设有导向机构(19)，位于定位装置(17)的正上方；在定位装置(17)上的螺杆(23)的上部设有定位盘(18)，所述定位盘(18)可沿导向机构(19)上下移动；旋转定位装置(17)上的可动刻度筒(24)，控制螺杆(23)带动定位盘(18)在导向机构(19)中上下移动；所述锁紧装置(16)固定在螺杆(23)附近用于锁紧螺杆(23)。

2.根据权利要求1所述的一种线路板沉孔加工装置，其特征在于在所述锪刀的主/副切削刃(9)的数量为4个；所述锪刀的前角(11)为15°，后角(12)为30°，螺旋角(13)为15°。

3.根据权利要求1或2所述的一种线路板沉孔加工装置，其特征在于在所述锪刀前端设有与线路板沉孔底孔(7)直径相当的定位导柱(3)。

4.根据权利要求3所述的一种线路板沉孔加工装置，其特征在于在所述锪刀的夹持端刀柄(2)的直径与钻削部分同直径。

5.根据权利要求1所述的一种线路板沉孔加工装置，其特征在于所述锁紧装置(16)由传动杆(25)、顶丝(26)和转柄(27)构成；所述导向机构(19)上面设有丝孔(28)，所述顶丝(26)同丝孔(28)螺纹配合；所述传动杆(25)通过锁紧装置固定支架(15)固定在工作台(21)上；转柄(27)通过传动杆(25)对顶丝(26)进行旋转控制。

6.一种利用权利要求4所述加工装置的线路板沉孔加工方法，其特征在于

1)、根据客户要求的直径和位置钻出线路板沉孔底孔(7)；

2)、对此线路板进行化学沉铜使孔壁形成导电层；

3)、对此线路板进行图形转移，图形转移时沉孔的底孔要做成帐篷孔；

4)、对此线路板进行脱膜、蚀刻、脱抗蚀层处理，形成带有线路图形的线路板；

5)、对此线路板进行阻焊印刷、曝光、显影、固化、表面处理、外形加工工序；

6)、准备台式钻床处于可加工状态，把锪刀(1)装夹在台式钻床夹头上并固定住；

7)、把钻沉孔深度控制装置(8)定位于工作台(21)上，调整深度控制装置(8)与台式钻床的相对位置，旋转手动进给手柄，使锪刀前面定位导柱(3)与深度控制装置(8)的导向机构处于同一轴线上；

8)、把待加工线路板(22)放于工作台(21)上，使线路板沉孔底孔(7)对准导向机构(19)中心位置，然后旋转台式钻床钻轴部分使锪刀定位导柱(3)对准线路板沉孔底孔(7)，同时使钻轴下压直至锪刀定位导柱(3)能够顺利穿过沉孔底孔，此时锪刀(1)、线路板沉孔底孔(7)、导向机构(19)在一条轴线上，垂直方向定位已经完成，旋转钻床进给手柄使锪刀定位导柱(3)完全下落线路板沉孔底孔(7)中，先不开钻机，右旋定位装置(17)的可动刻度筒(24)使在导向机构(19)中的定位盘(18)正好接触到锪刀定位导柱(3)的下缘，此位置作为零点，锁紧钻轴及深度控制装置(8)，使之位置固定；

9)、按照客户要求的沉孔直径、底孔直径、沉孔角度计算出沉孔深度，调节深度控制装置(8)下面的定位装置(17)，设定进给深度；

10)、固定待加工线路板，开动钻机后旋转手动进给手柄，使锪刀(1)前面定位导柱(3)慢速进入线路板沉孔底孔(7)后开始钻削沉孔，待定位导柱(3)接触到定位装置(17)上的定位盘(18)后反方向转动进给手柄，抬起钻头，此时第一个沉孔已加工完毕；

11)、按如上方法加工余下沉孔直至此板加工完毕，换生产板按如上方法加工；

12)、对此线路板进行清洗、电测、目检，得到成品线路板。

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