面向高厚径比PCB钻孔的动态负压控制方法与流程

本发明涉及pcb数控钻孔及吸尘负压控制，尤其涉及一种在高厚径比pcb钻孔过程中根据钻削状态动态控制压脚腔负压的方法。

背景技术：

1、随着高密度互连及高多层印制电路板的发展，pcb板材厚度增加且成品孔径减小，高厚径比pcb的钻孔加工更容易出现钻头偏摆、排屑不畅和断刀等问题。高厚径比pcb是指pcb板厚与成品孔径之比较高的产品，其钻削所使用的微钻通常较为细长，对钻削过程中的气流和排屑条件较为敏感。

2、现有pcb数控钻孔过程通常在加工开始前设定吸尘负压，并在整个钻孔过程中维持固定负压。采用较大的固定负压虽然有利于排屑，但在钻头刚入板或处于浅孔阶段时，钻头悬伸较长且尚未获得充分的孔壁支撑，较强且不均匀的气流可能增加钻尖偏摆、孔位偏差、失稳和断刀风险。若为了降低上述风险而全程采用较低负压，则在钻头进入较深孔内后，由于切屑排出路径延长，可能出现切屑滞留、摩擦和温升，进而增加孔壁质量下降和断刀风险。

3、此外，在啄钻回退过程中，钻头向上运动使孔内流动空间增大，为集中排出孔底及排屑槽附近的切屑提供了条件，而固定负压无法针对该短时状态强化排屑。回退结束后，如果继续维持回退期间的高负压，或者仅恢复回退前的固定值，还可能使压脚腔负压与钻头的当前位置、运动方向或安全状态不匹配。

4、因此，亟需一种能够根据钻头所处的入板或浅孔状态、较深孔内钻削状态以及回退状态动态配置压脚腔负压，并在回退结束及异常情况下重新确定适配负压状态的控制方法，以兼顾浅孔钻削稳定性、孔内排屑需求和回退排屑安全。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种面向高厚径比pcb钻孔的动态负压控制方法，以解决现有技术中固定负压难以适配钻头在接近pcb板材、入板或浅孔、较深孔内钻削以及向上回退等不同状态下的负压需求，并且在回退结束后可能发生负压状态错配的技术问题。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供了一种面向高厚径比pcb钻孔的动态负压控制方法，其包括如下步骤：

4、s1、在pcb钻孔过程中，获取能够确定钻头轴向位置或钻孔深度的z轴位置数据、能够确定所述钻头的进给方向或回退方向的运动状态数据，并检测压脚腔的实际负压，根据所述实际负压监测所述压脚腔的负压达到情况和安全状态；

5、s2、根据所述z轴位置数据和所述运动状态数据确定所述钻头处于第一钻削状态、第二钻削状态或回退强化排屑状态，其中，所述第一钻削状态为所述钻头处于接近pcb板材、入板或预设浅孔范围的状态，所述第二钻削状态为所述钻头进入所述pcb板材且位于所述预设浅孔范围之后的较深位置进行孔内钻削的状态，所述回退强化排屑状态为确认所述钻头向上回退的状态；

6、s3、基于确定的钻削状态控制所述压脚腔的负压，在所述第一钻削状态下控制为第一负压p1，在所述第二钻削状态下控制为第二负压p2，在确认回退事件后进入所述回退强化排屑状态，并在本次回退期间将所述压脚腔的负压提高至第三负压p3且保持至本次回退结束，其中，p1、p2和p3均表示负压大小，且p1＜p2＜p3；

7、s4、在本次回退结束后，重新根据当前的所述z轴位置数据和所述运动状态数据判定所述钻头所处的钻削状态，并根据重新判定的钻削状态将所述压脚腔的负压控制为p1或p2，或者在所述安全状态指示需要安全降级时将所述压脚腔的负压控制为安全基础负压。

8、在一些实施方式中，步骤s2中，确定所述第一钻削状态和所述第二钻削状态，具体包括：

9、将所述钻头的钻尖刚接触盖板或所述pcb板材表面的位置确定为入板零点，将所述pcb板材表面上方的安全位置记为h0，将浅孔阶段的结束位置记为h1，并将本孔计划钻到的最终位置记为h2；

10、将h0至所述入板零点之间的范围确定为所述钻头接近所述pcb板材的范围，将所述入板零点至h1之间的范围确定为所述预设浅孔范围，并将h1至h2之间的范围确定为所述第二钻削状态对应的孔内钻削范围。

11、在一些实施方式中，步骤s2中，基于所述z轴位置数据和所述运动状态数据对所述第一钻削状态和所述第二钻削状态进行切换，具体包括：

12、在基于所述z轴位置数据和所述运动状态数据得到的检测结果连续稳定一段时间后，切换钻削状态并相应切换所述压脚腔的负压；

13、在由p1向p2升压时和由p2向p1降压时，采用彼此不同的状态分界位置。

14、在一些实施方式中，步骤s3中，确认所述回退事件，具体包括：

15、在获取到啄钻退刀指令时，结合所述运动状态数据指示的z轴实际运动方向确认所述钻头向上回退；

16、在未获取到所述啄钻退刀指令时，在所述运动状态数据指示所述钻头由持续向下运动变为持续向上运动后，确认所述钻头向上回退。

17、在一些实施方式中，步骤s3中，在确认所述回退事件后将所述压脚腔的负压提高至p3并保持至本次回退结束，具体包括：

18、在确认所述回退事件后的一个控制周期内，启动所述压脚腔的负压升高过程，以将所述压脚腔的负压平稳提高至p3，并将p3保持至本次回退结束；

19、在本次回退结束后，将所述压脚腔的负压平稳降低。

20、在一些实施方式中，步骤s4中，在本次回退结束后重新判定所述钻头所处的钻削状态并控制所述压脚腔的负压，具体包括：

21、优先处理急停、换刀、故障或本孔完成的安全信号，在存在所述安全信号时，将所述压脚腔的负压控制为所述安全基础负压；

22、在不存在所述安全信号时，根据当前的所述z轴位置数据和所述运动状态数据，在所述钻头再次向下运动且处于所述预设浅孔范围时采用p1，在所述钻头未处于向上回退且处于所述预设浅孔范围之后的较深位置时采用p2，并且仅在再次确认所述钻头向上回退时采用p3；

23、在本次回退结束后清除用于指示进入p3的p3标志，并仅在重新检测到完整回退动作后允许再次进入p3。

24、在一些实施方式中，在执行上述方法的过程中，基于所述z轴位置数据、所述运动状态数据和所述实际负压执行安全控制，具体包括：

25、在所述z轴位置数据、所述运动状态数据和所述实际负压中的至少一种丢失、超量程或连续超时，或者所述z轴位置数据、所述运动状态数据和所述实际负压之间相互矛盾时，停止提高所述压脚腔的负压，切换至所述安全基础负压并记录报警；

26、在发生急停、异常退刀、位置检测失效、所述实际负压过高或阀门失控时，取消p3，将所述压脚腔的负压控制为所述安全基础负压，并执行退刀或停机保护。

27、在一些实施方式中，所述z轴位置数据和所述运动状态数据来自pcb数控钻孔设备的数控系统或z轴编码器，所述实际负压由设置在所述压脚腔内或所述压脚腔附近的压力传感器检测；

28、所述面向高厚径比pcb钻孔的动态负压控制方法还包括：

29、获取啄钻指令、主轴负载、进给力或振动信号中的至少一种，以校验所述钻削状态的判定结果，其中，所述啄钻指令来自钻孔程序或控制器，所述主轴负载来自驱动器的电流反馈或转矩反馈，所述进给力来自进给轴负载或独立力传感器。

30、在一些实施方式中，所述第一负压p1、所述第二负压p2和所述第三负压p3的具体数值根据pcb板厚、成品孔径、板材、钻针规格及吸尘管路通过试钻确定。

31、在一些实施方式中，所述pcb板材的板厚与成品孔径之比不低于30:1，且所述成品孔径为0.15-0.35mm。

32、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

33、本发明一方面通过z轴位置数据和运动状态数据识别钻头所处的钻削状态，并在接近pcb板材、入板或预设浅孔范围采用较低的第一负压p1，在较深孔内钻削时采用较高的第二负压p2，有助于在浅孔阶段降低不均匀气流造成的钻头偏摆和失稳风险，并在排屑路径延长时增强沿钻头排屑槽向上的气流，降低切屑滞留、摩擦和温升风险；另一方面，在确认钻头向上回退后采用高于p2的第三负压p3，并将p3保持至本次回退结束，有助于利用回退期间孔内流动空间增大的条件集中带出切屑和热量；回退结束后重新根据钻头的当前位置和运动方向判定钻削状态，而不是简单恢复回退前的负压或继续保持p3，从而降低负压状态错配及p3误保持的风险；再一方面，利用实际负压监测压脚腔的负压达到情况和安全状态，并在必要输入异常或设备出现异常状态时停止升压、切换至安全基础负压以及执行相应保护，有助于避免异常情况下继续提高或维持较高负压。

34、本发明具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。