CN116277277A - 板材加工方法及板材加工*** - Google Patents

板材加工方法及板材加工*** Download PDF

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CN116277277A
CN116277277A CN202310151985.7A CN202310151985A CN116277277A CN 116277277 A CN116277277 A CN 116277277A CN 202310151985 A CN202310151985 A CN 202310151985A CN 116277277 A CN116277277 A CN 116277277A
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CN
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drilling
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余健珲
唐旭伟
吴景辉
刘浩
佘蓉
杨朝辉
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Shenzhen Hans CNC Technology Co Ltd
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Shenzhen Hans CNC Technology Co Ltd
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    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
    • B26F1/00—Perforating; Punching; Cutting-out; Stamping-out; Apparatus therefor
    • B26F1/16—Perforating by tool or tools of the drill type
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本申请公开了一种板材加工方法及板材加工***，该板材加工方法包括获取第一刀具的第一进给速度，采用所述第一刀具并基于所述第一进给速度对板材进行加工，形成预钻孔，获取第二刀具的第二进给速度，采用所述第二刀具并基于所述第二进给速度，从所述预钻孔的位置沿所述预钻孔的深度方向继续对所述板材进行脉冲分段钻孔。本申请通过对板材进行预钻孔后，再从预钻孔的位置继续对板材进行脉冲分段钻孔的单面钻孔加工方式，避免了在双面对钻加工方式中板材两端在中间对准时容易产生“阶梯”的问题，提高了孔位精度和加工效率。

Description

板材加工方法及板材加工***
技术领域
本申请涉及PCB板技术领域，具体涉及一种板材加工方法及板材加工***。
背景技术
现有技术中，制作加工高厚径比的板材普遍采用的是双面对钻模式，即，先在板材的A面钻入一半距离，再从与板材A面相对的B面钻入一半距离，两端在板材内部对接，形成一个完整的通孔，这样既能解决钻刀长度不足的问题，又能一定程度提高钻孔精度。
这种方式虽然能完成高厚径比的PCB板材的钻孔，但在A面加工完成后需要进行翻板操作后才能继续对B面进行加工，导致整体的加工效率较低，翻板需要加装机械手等设备，导致加工成本较高，且板材的A、B两端在中间对准的位置，容易产生“阶梯”，导致孔壁品质失效。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本申请的主要目的在于提供一种能够提高加工效率且提升孔位精度的板材加工方法及板材加工***。
为了实现上述目的，本申请具体采用以下技术方案：
一种板材加工方法，包括：
获取第一刀具的第一进给速度；
采用所述第一刀具并基于所述第一进给速度对板材进行加工，形成预钻孔；
获取第二刀具的第二进给速度；
采用所述第二刀具并基于所述第二进给速度，从所述预钻孔的位置沿所述预钻孔的深度方向继续对所述板材进行脉冲分段钻孔。
在一些实施例中，所述获取第一刀具的第一进给速度，包括：
获取所述第一刀具的切削速度；
获取所述第一刀具的进给量；
基于所述第一刀具的切削速度得到所述第一刀具的转速；
基于所述第一刀具的所述进给量和所述第一刀具的所述转速得到所述第一进给速度。
在一些实施例中，所述基于所述第一刀具的切削速度得到所述第一刀具的转速，包括：
通过Vz＝1000*Vq/(π*D1)计算所述第一刀具的所述转速；
其中，Vz为所述第一刀具的所述转速；Vq为所述第一刀具的所述切削速度；π为圆周率；D1为所述第一刀具的直径。
在一些实施例中，所述基于所述第一刀具的所述进给量和所述第一刀具的所述转速得到所述第一进给速度，包括：
通过Vj＝M*Vz计算所述第一进给速度；
其中，Vj为所述第一进给速度；M为所述第一刀具的所述进给量；Vz为所述第一刀具的所述转速。
在一些实施例中，所述获取第二刀具的第二进给速度，包括：
获取所述第二刀具的切削速度；
获取所述第二刀具的进给量；
基于所述第二刀具的切削速度得到第二刀具的转速；
基于所述第二刀具的所述进给量和所述第二刀具的所述转速得到所述第二进给速度。
在一些实施例中，所述基于所述第二刀具的切削速度得到第二刀具的转速，包括：
通过Va＝1000*Vb/(π*D2)计算所述第二刀具的所述转速；
其中，Va为所述第二刀具的所述转速；Vb为所述第二刀具的切削速度；π为圆周率；D2为所述第二刀具的直径。
在一些实施例中，所述基于所述第二刀具的所述进给量和所述第二刀具的所述转速得到所述第二进给速度，包括：
通过Vc＝X*Va计算所述第二进给速度；
其中，Vc为所述第二进给速度；X为所述第二刀具的所述进给量；Va为所述第二刀具的所述转速。
在一些实施例中，所述从所述预钻孔的位置继续对所述板材进行脉冲分段钻孔，包括：
将所述第二刀具伸入所述预钻孔；
控制所述第二刀具在第一状态和第二状态之间交替，直至贯穿所述板材；
其中，所述第一状态为所述第二刀具处于钻孔状态，所述第二状态为所述第二刀具处于空转状态。
在一些实施例中，所述第二刀具在处于所述第一状态时，所述第二刀具的钻孔深度为0.3mm～0.5mm，所述第二刀具在处于所述第二状态时，所述第二刀具停留于当前位置并进行空转的持续时间为5ms～10ms。
本申请还公开了一种板材加工***，包括：
第一获取单元，用于获取第一刀具的第一进给速度；
第一钻孔单元，用于采用所述第一刀具并基于所述第一进给速度对板材进行加工，形成预钻孔；
第二获取单元，用于获取第二刀具的第二进给速度；
第二钻孔单元，用于采用所述第二刀具并基于所述第二进给速度，从所述预钻孔的位置继续对所述板材进行脉冲分段钻孔。
本申请公开了一种板材加工方法，该板材加工方法包括获取第一刀具的第一进给速度，采用所述第一刀具并基于所述第一进给速度对板材进行加工，形成预钻孔，获取第二刀具的第二进给速度，采用所述第二刀具并基于所述第二进给速度，从所述预钻孔的位置继续对所述板材进行脉冲分段钻孔。本申请通过对板材进行预钻孔后，再从预钻孔的位置继续对板材进行脉冲分段钻孔的单面钻孔加工方式，避免了在双面对钻加工方式中板材两端在中间对准时容易产生“阶梯”的问题，提高了孔位精度和加工效率。
附图说明
图1为本申请实施例提供的板材加工方法的流程图。
图2为现有技术钻刀钻头的结构示意图。
图3为本申请实施例提供的预钻孔加工的示意图。
图4为本申请实施例提供的分段钻孔加工的示意图。
图5为本申请实施例提供的贯穿成孔的示意图。
图6为本申请实施例提供的板材加工***的流程图。
附图标记：
1、第一刀具；101、主切削刃；102、横刃；103、排屑槽；2、板材；3、预钻孔；4、第二刀具。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上，术语“多种”是指两种或两种以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
随着电子技术的更新迭代以及不断地向高端化发展，现在的电子产品日益朝着小型化、集成化和高性能化的趋势发展，高多层或者高厚径比(板材的厚度/最小加工刀具直径，通常大于10:1以上可称为高厚径比)的板材逐步成为制作难点。
对于厚径比达到20：1或者25:1以上的极高厚径比板材的加工，板材的厚度已经远远超出加工时使用的常规钻刀的长度，例如，常规直径为0.20mm(毫米)的钻刀的标准长度为4.0mm～4.3mm，而加工的板材厚度已经达到5.0mm以上，钻刀已不足以贯穿整个板材。想要加工这种厚度的板材，就需要对现在的钻刀进行改进设计，延长钻刀刀刃的长度。可钻刀刀刃的长度被延长后，钻孔精度不足的问题也随之而来，钻孔深度增加后，钻刀的排屑堵塞造成的断刀以及孔壁品质失效又会成为新的问题点。
参照图1所示，图1为本申请实施例提供的板材加工方法的流程图。本申请的实施例提供了一种板材加工方法，包括以下步骤：
S11、获取第一刀具的第一进给速度。
具体地，该步骤S11进一步包括：
S110、获取第一刀具的切削速度。
参照图2所示，图2为现有技术钻刀钻头的结构示意图。具体地，钻刀结构通常包含：主切削刃101、横刃102还有排屑槽103等，如果横刃102磨损的太快，表明切削速度太低，如果主切削刃101磨损的太快，表示切削速度太高，理想的切削速度是横刃102与主切削刃101磨损情况相同时的速度。
在本实施例中，通过钻孔测试，即，使用金相显微镜观察在不同的切削速度下，第一刀具的横刃与主切削刃的磨损情况，从而确定一个较为适当的第一刀具的切削速度的范围。例如，板材厚度为5.4mm，第一刀具直径为0.20mm，厚径比为27:1，通过测试，第一刀具的切削速度的范围为62.8m/min(米/分钟)～75.4m/min。
S111、获取第一刀具的进给量。
具体地，进给量为主轴每转一圈，刀具相对工件沿主轴轴线移动的距离，允许的最大进给量受钻刀的几何形状限制，在钻孔时，钻刀所承受的机械载荷取决于钻削深度和钻刀直径之比，进给量太小时，切削刃会刮研孔壁而产生大量的热，进给量太大时，钻出的孔质量低且钻刀容易断刀。
第一刀具的最大进给量可以由刀具供应商给出，然后参考供应商的建议，结合待加工材料的材料特性、板材厚度以及所使用的辅料等等，进行测试与调整，即，在不同进给量的条件下，观察第一刀具磨损情况以及板材加工情况，得出适合的进给量范围。如0.010mm/r(毫米/转)～0.012mm/r。
S112、基于第一刀具的切削速度得到第一刀具的转速。
具体地，通过Vz＝1000*Vq/(π*D1)计算第一刀具的转速。其中，Vz为第一刀具的转速；Vq为第一刀具的切削速度；π为圆周率；D1为第一刀具的直径。举例说明，第一刀具的直径D1为0.2mm，第一刀具的切削速度Vq为62.8m/min～75.4m/min，以第一刀具的切削速度Vq为62.8m/min计算，则，Vz＝1000*62.8(m/min)/(π*0.2mm)＝100000r/min(转/分钟)。
S113、基于第一刀具的进给量和第一刀具的转速得到第一进给速度。
具体地，通过Vj＝M*Vz计算第一进给速度；
其中，Vj为第一进给速度；M为第一刀具的进给量；Vz为第一刀具的转速。举例说明，第一刀具的进给量M为0.010mm/r(毫米/转)～0.012mm/r，第一刀具1的转速Vz为100000r/min～120000r/min，以第一刀具的进给量M为0.010mm/r，第一刀具1的转速Vz为100000r/min计算，则Vj＝0.010mm/r*100000r/min＝1.00m/min。
S12、采用第一刀具并基于第一进给速度对板材进行加工，形成预钻孔。
参照图3所示，图3为本申请实施例提供的预钻孔加工的示意图。具体地，将第一刀具1的参数(刀具的转速、刀具的进给速度、刀具的直径)、延迟时间(刀具在加工完成一个孔后，停留在待加工板材2上方进行空转等待的时间，待时间结束才会开始加工下一个孔)和刀具寿命(一把新的刀具或者重新磨过刀刃的刀具从开始使用直至达到磨钝标准所需经过的钻孔总孔数)等参数输入上位机，通过上位机控制加工机器开启并对板材2进行加工，形成预钻孔3。
在本实施例中，板材2为PCB板，可以理解，在其他实施例中，板材2也可以为其他材质。
在本实施例中，第一刀具1的刀刃长度为1.5mm，直径为0.2mm。可以理解，在其他实施例中，第一刀具1的参数也可以为其他，具体可以结合所加工板材2的结构及其材料特性而定。
在本实施例中，由于预钻孔3的钻孔深度太少意义不大，太多没有必要，因此，选取恰当的数值即可，例如，设置钻刀钻入板材2的深度为0.5mm～0.7mm。预钻孔3对脉冲分段钻孔起到定位引导的作用，且预钻孔3通过先钻去一部份材料，减小了脉冲分段钻孔的钻孔压力。
在本实施例中，增加了50ms(毫秒)～100ms延迟时间，以增加第一刀具1的散热时间，由于延迟时间太长影响加工效率，延迟时间太短无法有效散热，经过测试，延迟时间50ms～100ms为最佳，具体可以为50ms、60ms、70ms、80ms等。可以理解，在其他实施例中，延迟时间也可以为其他，具体可以根据板材2的材料、板材2的厚度、钻孔厚径比而定。
在本实施例中，通过测试，得出第一刀具1的极限寿命，即，第一刀具1直至报废所经历的实际钻孔孔数，设定值为极限寿命下调20％，例如，测试得出第一刀具1的极限寿命为2500hit(钻孔数)，则设置刀具寿命不高于2000hit。
S13、获取第二刀具的第二进给速度。
具体地，该步骤S13进一步包括：
S130、获取第二刀具的切削速度。
通过钻孔测试，即，使用金相显微镜观察在不同的切削速度下，第二刀具的横刃与主切削刃的磨损情况，从而确定一个较为适当的第二刀具的切削速度的范围。
S131、获取第二刀具的进给量。
第二刀具的最大进给量可以由刀具供应商给出，然后参考供应商的建议，结合待加工材料的材料特性、板材的厚度以及所使用的辅料等等，进行测试与调整，即，在不同进给量的条件下，观察第二刀具磨损情况以及板材加工情况，得出适合的进给量范围。如0.010mm/r～0.015mm/r。
S132、基于第二刀具的切削速度得到第二刀具的转速.
具体地，通过Va＝1000*Vb/(π*D2)计算第二刀具的转速，其中，Va为第二刀具的转速；Vb为第二刀具的切削速度；π为圆周率；D2为第二刀具的直径。举例说明，第二刀具的直径D2为0.2mm，第二刀具的切削速度Vb为62.8m/min～94.2m/min，以第二刀具的切削速度Vb为62.82m/min计算，则，Va＝1000*62.8(m/min)/(π*0.2mm)＝100000r/min。
S133、基于第二刀具的进给量和第二刀具的转速得到第二进给速度。
具体地，通过Vc＝X*Va计算第二进给速度；
其中，Vc为第二进给速度；X为第二刀具的进给量；Va为第二刀具的转速。举例说明，第二刀具的进给量X为0.010mm/r～0.015mm/r，第二刀具的转速Va为100000r/min～150000r/min，以第二刀具的进给量X为0.010mm/r，第二刀具的转速Va为100000r/min计算，则Vc＝0.010mm/r*100000(r/min)＝1.00m/min。
S14、采用第二刀具并基于第二进给速度，从预钻孔的位置沿预钻孔的深度方向继续对板材进行脉冲分段钻孔。
参照图4和图5所示，图4为本申请实施例提供的分段钻孔加工的示意图，图5为本申请实施例提供的贯穿成孔的示意图。具体地，将第二刀具4的参数(刀具的转速、刀具的进给速度、刀具的直径)、延迟时间(刀具在加工完成一个孔后，停留在待加工板材2上方进行空转等待的时间，待时间结束才会开始加工下一个孔)和刀具寿命(一把新的刀具或者重新磨过刀刃的刀具从开始使用直至达到磨钝标准所需经过的钻孔总孔数)输入上位机，通过上位机控制加工机器开启并对板材2进行加工，使第二刀具4在第一状态和第二状态之间交替转换，直至贯穿板材2。其中，第一状态为第二刀具4处于钻孔状态，第二状态为第二刀具4处于空转状态。
具体地，设置D(每次加工时的脉冲距离)为0.3mm～0.5mm，即，第二刀具4在每次处于第一状态时，第二刀具4对板材2的钻孔深度为D＝0.3mm～0.5mm，设置脉冲停留时间为5ms～10ms，即，第二刀具4在每次处于第二状态时，第二刀具4停留于当前位置并进行空转的持续时间为5ms～10ms。
在本实施例中，通过测试，脉冲停留时间为5ms～10ms，由于在脉冲停留时间的时间段内，不会产生新的切屑，已产生的切屑通过第二刀具4高速旋转的离心力可以从第二刀具4的排屑槽顺畅排出，避免切屑在排屑槽内造成堆积，影响后续排屑效果，而在脉冲停留时间为5ms～10ms的范围内，足够切屑排出，若时间过长会降低加工效率。
在本实施例中，第二刀具4的刀刃长度为6.5mm，第二刀具4的直径与第一刀具1相同，为0.2mm。可以理解，在其他实施例中，第二刀具4的参数也可以为其他，具体可以结合所加工板材2的结构及其材料特性而定。
在本实施例中，通过测试得出，每次加工时的脉冲距离D在0.3mm～0.5mm范围内所加工出来的孔的孔位精度达标，且孔壁质量好。可以理解，在其他实施例中，脉冲距离也可以为其他。
在本实施例中，增加了50ms～150ms延迟时间，以增加第二刀具4的散热时间，由于延迟时间太长影响加工效率，延迟时间太短无法有效散热，经过测试，延迟时间50ms～150ms为最佳，具体可以为50ms、60ms、70ms、80ms、90ms、100ms、110ms等。可以理解，在其他实施例中，延迟时间也可以为其他，具体可以根据板材2的材料、板材2的厚度、钻孔厚径比而定。
在本实施例中，通过测试，得出第二刀具4的极限寿命，即，第二刀具4直至报废所经历的钻孔孔数，设定的刀具寿命值为极限寿命下调20％，例如，测试得出第二刀具4的极限寿命为625hit，则设置刀具寿命不高于500hit。
参照图6所示，图6为本申请实施例提供的板材加工***的流程图。本申请还公开了一种板材加工***，该板材加工***采用以上任一实施例所述的板材加工方法对板材进行钻孔，该板材加工***包括第一获取单元100，用于获取第一刀具的第一进给速度，第一钻孔单元200，用于采用第一刀具并基于第一进给速度对板材进行加工，形成预钻孔，第二获取单元300，用于获取第二刀具的第二进给速度，第二钻孔单元400，用于采用第二刀具并基于第二进给速度，从预钻孔的位置沿预钻孔的深度方向继续对板材进行脉冲分段钻孔。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种板材加工方法，其特征在于，包括：
获取第一刀具的第一进给速度；
采用所述第一刀具并基于所述第一进给速度对板材进行加工，形成预钻孔；
获取第二刀具的第二进给速度；
采用所述第二刀具并基于所述第二进给速度，从所述预钻孔的位置沿所述预钻孔的深度方向继续对所述板材进行脉冲分段钻孔。
2.根据权利要求1所述的板材加工方法，其特征在于，所述获取第一刀具的第一进给速度，包括：
获取所述第一刀具的切削速度；
获取所述第一刀具的进给量；
基于所述第一刀具的切削速度得到所述第一刀具的转速；
基于所述第一刀具的所述进给量和所述第一刀具的所述转速得到所述第一进给速度。
3.根据权利要求2所述的板材加工方法，其特征在于，所述基于所述第一刀具的切削速度得到所述第一刀具的转速，包括：
通过Vz＝1000*Vq/(π*D1)计算所述第一刀具的所述转速；
其中，Vz为所述第一刀具的所述转速；Vq为所述第一刀具的所述切削速度；π为圆周率；D1为所述第一刀具的直径。
4.根据权利要求2所述的板材加工方法，其特征在于，所述基于所述第一刀具的所述进给量和所述第一刀具的所述转速得到所述第一进给速度，包括：
通过Vj＝M*Vz计算所述第一进给速度；
其中，Vj为所述第一进给速度；M为所述第一刀具的所述进给量；Vz为所述第一刀具的所述转速。
5.根据权利要求1所述的板材加工方法，其特征在于，所述获取第二刀具的第二进给速度，包括：
获取所述第二刀具的切削速度；
获取所述第二刀具的进给量；
基于所述第二刀具的切削速度得到第二刀具的转速；
基于所述第二刀具的所述进给量和所述第二刀具的所述转速得到所述第二进给速度。
6.根据权利要求5所述的板材加工方法，其特征在于，所述基于所述第二刀具的切削速度得到第二刀具的转速，包括：
通过Va＝1000*Vb/(π*D2)计算所述第二刀具的所述转速；
其中，Va为所述第二刀具的所述转速；Vb为所述第二刀具的切削速度；π为圆周率；D2为所述第二刀具的直径。
7.根据权利要求5所述的板材加工方法，其特征在于，所述基于所述第二刀具的所述进给量和所述第二刀具的所述转速得到所述第二进给速度，包括：
通过Vc＝X*Va计算所述第二进给速度；
其中，Vc为所述第二进给速度；X为所述第二刀具的所述进给量；Va为所述第二刀具的所述转速。
8.根据权利要求1～7任一项所述的板材加工方法，其特征在于，所述从所述预钻孔的位置沿所述预钻孔的深度方向继续对所述板材进行脉冲分段钻孔，包括：
将所述第二刀具伸入所述预钻孔；
控制所述第二刀具在第一状态和第二状态之间交替，直至贯穿所述板材；
其中，所述第一状态为所述第二刀具处于钻孔状态，所述第二状态为所述第二刀具处于空转状态。
9.根据权利要求8所述的板材加工方法，其特征在于，所述第二刀具在处于所述第一状态时，所述第二刀具的钻孔深度为0.3mm～0.5mm，所述第二刀具在处于所述第二状态时，所述第二刀具停留于当前位置并进行空转的持续时间为5ms～10ms。
10.一种板材加工***，其特征在于，包括：
第一获取单元，用于获取第一刀具的第一进给速度；
第一钻孔单元，用于采用所述第一刀具并基于所述第一进给速度对板材进行加工，形成预钻孔；
第二获取单元，用于获取第二刀具的第二进给速度；
第二钻孔单元，用于采用所述第二刀具并基于所述第二进给速度，从所述预钻孔的位置沿所述预钻孔的深度方向继续对所述板材进行脉冲分段钻孔。
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