文档介绍：PCB 多轴数控钻机高频振动分析
崔彦洲李宁方强宋福民雷群
深圳市大族数控科技有限公司深圳 518057

摘要:在数控系统中,为了保证进给单元的进给精度,必须采用全闭环控制系统,
因此反馈检测环节是必不可少的。反馈检测元件本身的误差和被检测量的偏差很
难区分,反馈检测元件的动态精度常常严重影响反馈检测的精度。现在PCB数控
钻机的电主轴转速可以达到20万转/分钟,电主轴提供了高频激励源,此高频振
源影响了反馈检测元件的动态精度。本文使用LMS振动测试系统及模态分析方法,
解决了机床精度检测元件的高频共振问题。

关键词:振动测试与分析,动态性能,高频共振
中图分类号:
1. 引言
PCB (印制电路板)多轴数控钻机是印制电路板精密孔位加工中关键的工
艺装备。精度高(±)、速度快(75m/min)、孔小()而多己
成为新一代PCB数控钻机发展和提高面临的主要难题。要实现高速一般都要结构
轻型化,而轻型化导致机械系统的固有频率下降,而高速就意味着激振频率提高,
这就让机器很容易进入共振区工作。所以对于高速、高精、高稳定性的机械设备,
设计过程中的振动和模态分析就变得极为重要。
2. PCB多轴数控钻机介绍
PCB数控钻机(如图1所示)是典型的光机电一体化产品。它以数控技术为
基础,借助机床X, Y, Z三个坐标系统协调运动,当X, Y轴快速准确地到达目标位
置时,控制系统发出指令,Z轴执行机构进行钻孔操作,从而实现精密孔位加工。

图 1 PCB 多轴数控钻机结构图
光栅尺作为伺服控制环节中检测反馈的工具,。光栅尺
的读数反馈给控制器,控制器根据此反馈数据发决定设备的下一步动作。因此,
光栅尺安装件的动态性能直接影响光栅尺的读数,进而影响电机的动作,影响机
床的动态性能。
PCB数控钻机X轴向光栅尺安装在光栅尺游动座上,光栅尺游动座通过X向
滑块转接板与Z轴底板固定在一起,因此光栅尺游动座、X向滑块转接板的动态
性能直接影响光栅尺的读数。

图2 机床Z轴装配图
现在PCB数控钻机的高速电主轴转速可达200000r/min以上。其工作转速如
表1所示。
表1: 电主轴工作转速
刀具直径(mm) 额定转速r/min 振动频率(Hz)
18000—30000 300—500
30000—45000 500—750
45000—60000 750—1000
60000—90000 1000—1500
90000—120000 1500—2000
120000—180000 2000—3000
电主轴作为一个高频激励源,其激振频带广,几乎覆盖了3000Hz以下的所
有频带。一般机械系统的模态频率都在其激励频带范围内,这对机械系统的动态
性能是一个很大的威胁。
3. 振动测试与分析
振动响应测试与分析
PCB数控钻机电主轴转速为9万转/分钟时,X轴向电机发出刺耳的声音,经
振动测试得知,X轴向光栅尺游动座在985Hz和1467Hz附近频带存在较大振动(如