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13 septembre 2010 1 13 /09 /septembre /2010 14:25

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内孔表面加工方法较多,常用的有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、磨孔、拉孔、 研磨孔、珩磨孔、滚压孔等。

  一、钻孔

  用钻头在工件实体部位加工孔称为钻孔。钻孔属粗加工,可达到的尺寸公差 等级为 IT13~IT11,表面粗糙度值为Ra50~12.5μm。由于麻花钻长度较长,钻芯直径小而刚性差,又有横刃的影响,故钻孔有以下工艺特点:

  1.钻头容易偏斜。由于横刃的影响定心不准,切入时钻头容易引偏;且钻头的刚性和导向作用较差,切削时钻头容易弯曲。在钻床上钻孔 时,如图7-2a所示,容易引起孔的轴线偏移和不直,但孔径无显著变化;在车床上钻孔时,如图7-2b 所示,容易引起孔径的变化,但孔的轴线仍然是直的。因此,在钻孔前应先加工端面,并用钻头或中心钻预钻一个锥坑,如图7-3所示,以便钻头定心。钻小孔和 深孔时,为了避免孔的轴线偏移和不直,应尽可能采用工件回转方式进行钻孔。

内孔表面加工方法和加工方案 - 刀途 - 刀途

  2.孔径容易扩大。钻削时钻头两切削刃径向力不等将引起孔径扩大;卧式车床钻孔时的切入引偏也是孔径扩大 的重要原因;此外钻头的径向跳动等也是造成孔径扩大的原因。

  3.孔的表面质量较差。钻削切屑较宽,在孔内被迫卷为螺旋状,流出时与 孔壁发生摩擦而刮伤已加工表面。

  4.钻削时轴向力大。这主要是由钻头的横刃引起的。试验表明,钻孔时50%的轴向力和 15%的扭矩是由横刃产生的。因此,当钻孔直径d﹥30mm时,一般分两次进行钻削。第一次钻出(0.5~0.7)d,第二次钻到所需的孔径。由于横刃第 二次不参加切削,故可采用较大的进给量,使孔的表面质量和生产率均得到提高。

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  二、扩孔

  扩孔是用扩孔钻对已钻出的孔做进一步加工,以扩大孔径并提高精度和降低表 面粗糙度值。扩孔可达到的尺寸公差等级为IT11~IT10, 表面粗糙度值为Ra12.5~6.3μm,属于孔的半精加工方法,常作铰削前的预加工,也可作为精度不高的孔的终加工。

  扩孔方法如 图7-4所示,扩孔余量(D-d),可由表查阅,。扩孔钻的形式随直径不同而不同。直径为Φ10~Φ32的为锥柄扩孔钻,如图7-5a所示。直径 Φ25~Φ80的为套式扩孔钻,如图7-5b所示。

内孔表面加工方法和加工方案 - 刀途 - 刀途

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  扩孔钻的结构与麻花钻相比有以下特点:

  1.刚性较好。由于扩孔的背吃刀量小,切屑 少,扩孔钻的容屑槽浅而窄,钻芯直径较大,增加了扩孔钻工作部分的刚性。

  2.导向性好。扩孔钻有3~4个刀齿,刀具周边的棱边数增 多,导向作用相对增强。

  3.切屑条件较好。扩孔钻无横刃参加切削,切削轻快,可采用较大的进给量,生产率较高; 又因切屑少,排屑顺利,不易刮伤已加工表面。

  因此扩孔与钻孔相比,加工精度高,表面粗糙度值较低,且可在一定程度上校正钻孔的轴线 误差。此外,适用于扩孔的机床与钻孔相同。

  三、铰孔

  铰孔是在半精加工(扩孔或半精镗)的基础上对孔进行的一 种精加工方法。铰孔的尺寸公差等级可达IT9~IT6,表面粗糙度值可达Ra3.2~0.2μm。

  铰孔的方式有机铰和手铰两种。在 机床上进行铰削称为机铰,如图7-6所示;用手工进行铰削的称为手铰,如图7-7所示。

内孔表面加工方法和加工方案 - 刀途 - 刀途

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  铰刀一般分为机用铰刀和手用铰刀两种形式。如图 7-8所示。

  机用铰刀可分为带柄的(直径1~20mm为直柄,直径10~32mm为锥柄,如图 7-8a、b、c所示)和套式的(直径25~80mm,如图7-8f所示)。手用铰刀可分为整体式(如图7-8d所示)和可调式(如图7-8e所示)两 种。铰削不仅可以用来加工圆柱形孔,也可用锥度铰刀加工圆锥形孔(如图7-8g、h所示)。

  1.铰削方式

  铰 削的余量很小,若余量过大,则切削温度高,会使铰刀直径膨胀导致孔径扩大,使切屑增多而擦伤孔的表面;若余量过小,则会留下原孔的刀痕而影响表面粗糙度。 一般粗铰余量为0.15~0.25mm,精铰余量为0.05~0.15mm。铰削应采用低切削速度,以免产生积屑瘤和引起振动,一般粗 铰=4~10m/min, 精铰=1.5~5m/min。机铰的进给量可比钻孔时高3~4倍,一般可0.5~1.5mm/r。为了散热以及冲排屑末、减小摩擦、抑制振动和降低表面粗 糙度值,铰削时应选用合适的切削液。铰削钢件常用乳化液,铰削铸铁件可用煤油。

  如图7-9a所示,在车床上铰孔,若装在尾架套筒中 的铰刀轴线与工件回转轴线发生偏移,则会引起孔径扩大。如图7-9b所示,在钻床上铰孔,若铰刀轴线与原孔的轴线发生偏移,也会引起孔的形状误差。

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  机用铰刀与机床常用浮动联接,以防止铰削时孔径扩大或产生孔的形状误差。铰刀与机床主轴浮动联接所用的浮 动夹头如图7-10所示。浮动夹头的锥柄1安装在机床的锥孔中,铰刀锥柄安装在锥套2中,挡钉3用于承受轴向力,销钉4可传递扭矩。由于锥套2的尾部与大 孔、销钉4与小孔间均有较大间隙,所以铰刀处于浮动状态。

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  2.铰削的工艺特点

  (1)铰孔的精度和表面粗糙度主要不取决于机床的精度,而取决 于铰刀的精度、铰刀的安装方式、加工余量、切削用量和切削液等条件。例如在相同的条件下,在钻床上铰孔和在车床上铰孔所获得的精度和表面粗糙度基本一致。

  (2)铰刀为定径的精加工刀具,铰孔比精镗孔容易保证尺寸精度和形状精度,生产率也较高,对于小孔和细长孔更是如此。但由于铰削余 量小,铰刀常为浮动联接,故不能校正原孔的轴线偏斜,孔与其它表面的位置精度则需由前工序或后工序来保证。

  (3)铰孔的适应性较 差。一定直径的铰刀只能加工一种直径和尺寸公差等级的孔,如需提高孔径的公差等级,则需对铰刀进行研磨。铰削的孔径一般小于Φ80mm,常用的在 Φ40mm以下。对于阶梯孔和盲孔则铰削的工艺性较差。

  四、镗孔、车孔

  镗孔是用镗刀对已钻出、铸出或锻出的 孔做进一步的加工。可在车床、镗床或铣床上进行。镗孔是常用的孔加工方法之一,可分为粗镗、半精镗和精镗。粗镗的尺寸公差等级为IT13~IT12,表面 粗糙度值为Ra12.5~6.3μm;半精镗的尺寸公差等级为IT10~IT9,表面粗糙度值为Ra6.3~3.2μm;精镗的尺寸公差等级为 IT8~IT7,表面粗糙度值为Ra1.6~0.8μm。

  1.车床车孔

  车床车孔如图7-11所示。车不通孔 或具有直角台阶的孔(图7—11b),车刀可先做纵向进给运动,切至孔的末端时车刀改做横向进给运动,再加工内端面。这样可使内端面与孔壁良好衔接。车削 内孔凹槽(图7—11d),将车刀伸入孔内,先做横向进刀,切至所需的深度后再做纵向进给运动。

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  车床上车孔是工件旋转、车刀移动,孔径大小可由车刀 的切深量和走刀次数予以控制,操作较为方便。

  车床车孔多用于加工盘套类和小型支架类零件的孔。

  .镗床镗孔

  镗床镗孔主要有以下三种方式:

  (1)镗床主轴带动刀杆和镗刀旋转,工作台带动工件做纵向进给运动,如图 7-12所示。这种方式镗削的孔径一般小于120mm左右。图7-12a所示为悬伸式刀杆,不宜伸出过长,以免弯曲变形过大,一般用以镗削深度较小的孔。 图7-12b所示的刀杆较长,用以镗削箱体两壁相距较远的同轴孔系。为了增加刀杆刚性,其刀杆另一端支承在镗床后立柱的导套座里。

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  (2)镗床主轴带动刀杆和镗刀旋转,并做纵向进给运动,如图7-13所示。这种方式主轴悬伸的长度不断增 大,刚性随之减弱,一般只用来镗削长度较短的孔。

内孔表面加工方法和加工方案 - 刀途 - 刀途

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  上述两种镗削方式,孔径的尺寸和公差要由调整刀头伸出的长度来保证,如图7-14所示。需要进行调整、试 镗和测量,孔径合格后方能正式镗削,其操作技术要求较高。

  (3)镗床平旋盘带动镗刀旋转,工作台带动工件做纵向进给运动。

   图7-15所示的镗床平旋盘可随主轴箱上、下移动,自身又能做旋转运动。其中部的径向刀架可做径向进给运动,也可处于所需的任一位置上。

内孔表面加工方法和加工方案 - 刀途 - 刀途

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  如图7-16a所示,利用径向刀架使镗刀处于偏心位置,即可镗削大孔。Φ200mm以上的孔多用这种镗削 方式,但孔不宜过长。图7-16b为镗削内槽,平旋盘带动镗刀旋转,径向刀架带动镗刀做连续的径向进给运动。若将刀尖伸出刀杆端部,亦可镗削孔的端面。

  镗床主要用于镗削大中型支架或箱体的支承孔、内槽和孔的端面;镗床也可用来钻孔、扩孔、铰孔、铣槽和铣平面。

   3.铣床镗孔

  在卧式铣床上镗孔与图7-12a所示的方式相同,镗刀杆装在卧式铣床的主轴锥孔内做旋转运动,工件安装在工作台上做横 向进给运动。

  4.浮动镗削

  如上所述,车床、镗床和铣床镗孔多用单刃镗刀。在成批或大量生产时,对于孔径大 (>Φ80mm)、孔深长、精度高的孔,均可用浮动镗刀进行精加工。

  可调节的浮动镗刀块如图7-17所示。调节时,松开两个 螺钉2,拧动螺钉3以调节刀块1 的径向位置,使之符合所镗孔的直径和公差。浮动镗刀在车床上车削工件如图7-18所示。工作时刀杆固定在四方刀架上,浮动镗刀块装在刀杆的长方孔中,依靠 两刃径向切削力的平衡而自动定心,从而可以消除因刀块在刀杆上的安装误差所引起的孔径误差。

内孔表面加工方法和加工方案 - 刀途 - 刀途

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  浮动镗削实质上相当于铰削,其加工余量以及可达到的尺寸精度和表面粗糙度值均与铰削类似。浮动镗削的优点 是易于稳定地保证加工质量,操作简单,生产率高。但不能校正原孔的位置误差,因此孔的位置精度应在前面的工序中得到保证。

  5.镗削 的工艺特点

  单刃镗刀镗削具有以下特点:

  (1)镗削的适应性强。镗削可在钻孔、铸出孔和锻出孔的基础上进行。 可达的尺寸公差等级和表面粗糙度值的范围较广;除直径很小且较深的孔以外,各种直径和各种结构类型的孔几乎均可镗削,如表7-1所示。

   (2)镗削可有效地校正原孔的位置误差,但由于镗杆直径受孔径的限制,一般其刚性较差,易弯曲和振动,故镗削质量的控制(特别是细长孔)不如铰削方便。

  (3)镗削的生产率低。因为镗削需用较小的切深和进给量进行多次走刀以减小刀杆的弯曲变形,且在镗床和铣床上镗孔需调整镗刀在刀杆 上的径向位置,故操作复杂、费时。

  (4)镗削广泛应用于单件小批生产中各类零件的孔加工。在大批量生产中,镗削支架和箱体的轴承 孔,需用镗模。

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  五、拉孔

  拉孔是一种高效率的 精加工方法。除拉削圆孔外,还可拉削各种截面形状的通孔及内键槽,如图7-19所示。拉削圆孔可达的尺寸公差等级为IT9~IT7,表面粗糙度值为 Ra1.6~0.4μm。

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  1.拉削可看作是按高低顺序排列的多把刨刀进行的刨削,如图7-20所示。圆孔拉刀的结构如图7-21所 示,其各部分的作用如下:

  柄部内孔表面加工方法和加工方案 - 刀途 - 刀途是拉床刀夹夹住拉刀的部位。

  颈部内孔表面加工方法和加工方案 - 刀途 - 刀途直径最小,当拉削力过大时,一般在此断裂,便于焊接修复。

  过渡锥内孔表面加工方法和加工方案 - 刀途 - 刀途引导拉刀进入被加工的孔中。

  前导部分内孔表面加工方法和加工方案 - 刀途 - 刀途保证工件平稳过渡到切削部分,同时可检查拉前的孔径是否过小,以免第一个刀齿负载过大而被损坏。

  切削部分内孔表面加工方法和加工方案 - 刀途 - 刀途包括粗切齿和精切齿,承担主要的切削工作。

  校准部分内孔表面加工方法和加工方案 - 刀途 - 刀途为校准齿,其作用是校正孔径,修光孔壁。当切削齿刃磨后直径减小时,前几个校准齿则依次磨成切削齿。

  后导 部分内孔表面加工方法和加工方案 - 刀途 - 刀途在拉刀刀齿切离工件时,防止工件下垂刮伤已加工表面和损坏刀齿。

  卧式拉床如图7-22所示。床身内装有液 压驱动油缸,活塞拉杆的右端装有随动支架和刀夹,用以支承和夹持拉刀。工作前,拉刀支持在滚轮和拉刀尾部支架上,工件由拉刀左端穿入。当刀夹夹持拉刀向左 作直线移动时,工件贴靠在“支撑”上,拉刀即可完成切削加工。拉刀的直线移动为主运动,进给运动是靠拉刀的每齿升高量来完成的。

内孔表面加工方法和加工方案 - 刀途 - 刀途

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  (1)拉削圆孔如图7-23所示。拉削的孔径一般为8~125mm,孔的长径比一般不超过5。拉前一般不 需要精确的预加工,钻削或粗镗后即可拉削。若工件端面与孔轴线不垂直,则将端面贴靠在拉床的球面垫圈上,在拉削力的作用下,工件连同球面垫圈一起略为转 动,使孔的轴线自动调节到与拉刀轴线方向一致,可避免拉刀折断。

  (2)拉削内键槽如图7-24a所示。键槽拉刀呈扁平状,上部为刀 齿。工件与拉刀的正确位置由导向元件来保证。拉刀导向元件(图7-24b)的圆柱1插入拉床端部孔内,圆柱2用以安放工件,槽3安放拉刀。

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  2.拉削的工艺特点

  (1)拉削时拉刀多齿同时工作,在一次行程中完成粗精加工,因 此生产率高。

  (2)拉刀为定尺寸刀具,且有校准齿进行校准和修光;拉床采用液压系统,传动平稳,拉削速度很低(内孔表面加工方法和加工方案 - 刀途 - 刀途=2~8m/min),切削厚度薄,不会产生积屑瘤,因此拉削可获得较高的加工质量。

  (3)拉刀制造复 杂,成本昂贵,一把拉刀只适用于一种规格尺寸的孔或键槽,因此拉削主要用于大批大量生产或定型产品的成批生产。

  (4)拉削不能加工 台阶孔和盲孔。由于拉床的工作特点,某些复杂零件的孔也不宜进行拉削,例如箱体上的孔。

  六、磨孔

  磨孔是孔的 精加工方法之一,可达到的尺寸公差等级为IT8~IT6,表面粗糙度值为 Ra0.8~0.4μm。

  磨孔可在内圆磨床或万能外圆磨 床上进行,如图7-25所示。使用端部具有内凹锥面的砂轮可在一次装夹中磨削孔和孔内台肩面,如图7-26所示。

  磨孔和磨外圆相比 有以下不利的方面:

  (1)磨孔的表面粗糙度值一般比外圆磨削略大,因为常用的内圆磨头其转速一般不超过 20000r/min,而砂轮的直径小,其圆周速度很难达到外圆磨削的35~50m/s。

  (2)磨削精度的控制不如外圆磨削方便。 因为砂轮与工件的接触面积大,发热量大,冷却条件差,工件易烧伤;特别是砂轮轴细长、刚性差,容易产生弯曲变形而造成内圆锥形误差。因此,需要减小磨削深 度,增加光磨行程次数。

  (3)生产率较低。因为砂轮直径小,磨损快;且冷却液不容易冲走屑末,砂轮容易堵塞,需要经常修整或更换, 使辅助时间增加。此外磨削深度减少和光磨次数的增加,也必然影响生产率。因此磨孔主要用于不宜或无法进行镗削、铰削和拉削的高精度孔以及淬硬孔的精加工。

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  七、孔的精密加工

  1.精细镗孔

  精细镗与镗孔方法基本相同, 由于最初是使用金刚石作镗刀,所以又称金刚镗。这种方法常用于材料为有色金属合金和铸铁的套筒零件孔的终加工,或作为珩磨和滚压前的预加工。精细镗孔可获 得精度高和表面质量好的孔,其加工的经济精度为 IT7~IT6,表面粗糙度值为Ra0.4~0.05μm。

  目前普遍采用硬质合金 YT30、YT15、YG3X或人工合成金刚石和立方氮化硼作为精细镗刀具的材料。为了达到高精度与较小的表面粗糙度值,减少切削变形对加工质量的影响, 采用回转精度高、刚度大的金刚镗床,并选择切削速度较高(切钢为 200m/min;切铸铁为100m/min;切铝合金为300m/min),加工余量较小(约0.2~0.3mm),进给量较小 (0.03~0.08mm/r),以保证其加工质量。精细镗孔的尺寸控制,采用微调镗刀头,图7-27所示的是一种带游标刻度盘的微调镗刀,刀杆4上夹有 可转位刀片5,刀杆4上有精密的小螺距螺纹,刻度盘3的螺母与刀杆4组成精密的丝杠螺母副。微调时,半松开夹紧螺钉7,转动刻度盘3,因刀杆4用键9导 向,因此刀杆只能作直线移动,从而实现微调,最后将夹紧螺钉锁紧。这种微调镗刀的刻度值可达0.0025mm。

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  2.珩磨

  珩磨是用油石条进行孔加工的一种高效率的光整加工方法,需要在磨削或精镗 的基础上进行。珩磨的加工精度高,珩磨后尺寸公差等级为IT7~IT6,表面粗糙度值为Ra0.2~0.05μm。

  珩磨的应用范围 很广,可加工铸铁件、淬硬和不淬硬的钢件以及青铜等,但不宜加工易堵塞油石的塑性金属。珩磨加工的孔径为Φ5~Φ500mm,也可加工L/D>10 的深孔,因此广泛应用于加工发动机的汽缸、液压装置的油缸以及各种炮筒的孔。

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  珩磨是低速大面积接触的磨削加工,与磨削原理基本相 同。珩磨所用的磨具是由几根粒度很细的油石条组成的珩磨头。珩磨时,珩磨头的油石有三种运动:旋转运动、往复直线运动和施加压力的径向运动,如图 7-28a所示。旋转和往复直线运动是珩磨的主要运动,这两种运动的组合,使油石上的磨粒在孔的内表面上的切削轨迹成交叉而不重复的网纹,如图7-28b 所示。径向加压运动是油石的进给运动,施加压力愈大,进给量就愈大。

  在珩磨时,油石与孔壁的接触面积较大,参加切削的磨粒很多,因 而加在每颗磨粒上的切削力很小(磨粒的垂直载荷仅为磨削的1/50~1/100),珩磨的切削速度较低(一般在100m/min以下,仅为普通磨削的1 /30~1/100),在珩磨过程中又施加大量的冷却液,所以在珩磨过程中发热少,孔的表面不易烧伤,而且加工变形层极薄,从而被加工孔可获得很高的尺寸 精度、形状精度和表面质量。

  为使油石能与孔表面均匀地接触,能切去小而均匀的加工余量,珩磨头相对工件有小量的浮动,珩磨头与机床 主轴是浮动连接,因此珩磨不能修正孔的位置精度和孔的直线度,孔的位置精度和孔的直线度应在珩磨前的工序给予保证。

  3.研磨

   研磨也是孔常用的一种光整加工方法,需在精镗、精铰或精磨后进行。研磨后孔的尺寸公差等级可提高到IT6~IT5,表面粗糙度值为 Ra0.1~0.008μm,孔的圆度和圆柱度亦相应提高。

  研磨孔所用的研具材料、研磨剂、研磨余量等均与研磨外圆类似。

   套筒零件孔的研磨方法如图7-29所示。图中的研具为可调式研磨棒,由锥度心棒和研套组成。拧动两端的螺母,即可在一定范围内调整直径的大小。研套上的 槽和缺口,为在调整时研套能均匀地张开或收缩,并可存贮研磨剂。

内孔表面加工方法和加工方案 - 刀途 - 刀途

  研磨前,套上工件,将研磨棒安装在车床上,涂上研磨剂,调整研磨棒直径使其对工件有适当的压力,即可进行 研磨。研磨时,研磨棒旋转,手握工件往复移动。

  固定式研磨棒多用于单件生产。其中带槽研磨棒(如图7-30a)便于存贮研磨剂,用 于粗研;光滑研磨棒(如图7-30b)一般用于精研。

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  壳体或缸筒类零件的大孔,需要研磨时可在钻床或改装的简易设备上进行,由研磨棒同时做旋转运动和轴向移 动,但研磨棒与机床主轴需成浮动连接。否则当研磨棒轴线与孔轴线发生偏斜时,将产生孔的形状误差。

  4.滚压

   孔的滚压加工原理与滚压外圆相同。由于滚压加工效率高,近年来多采用滚压工艺来代替珩磨工艺,效果较好。孔径滚压后尺寸精度在0.01mm以内,表面粗糙 度值为Ra0.16μm或更小,表面硬化耐磨,生产效率比珩磨提高数倍。

  滚压对铸件的质量有很大的敏感性,如铸件的硬度不均匀、表 面疏松、含气孔和砂眼等缺陷,对滚压有很大影响。因此,对铸件油缸不可采用滚压工艺而是选用珩磨。对于淬硬套筒的孔精加工,也不宜采用滚压。

   图7-31所示为一加工液压缸的滚压头,滚压头表面的圆锥形滚柱3支承在锥套5上,滚压时圆锥形滚柱与工件有0.5°~1°的斜角,使工件能逐渐弹性恢 复,避免工件孔壁的表面变粗糙。

内孔表面加工方法和加工方案 - 刀途 - 刀途

  孔滚压前,通过调节螺母11调整滚压头的径向尺寸,旋转调节螺母可使其相对心轴1沿轴向移动,向左移动 时,推动过渡套10、推力轴承9、衬套8及套圈6经销子4,使圆锥形滚柱3沿锥套的表面向左移,结果使滚压头的径向尺寸缩小。当调节螺母向右移动时,由压 缩弹簧7压移衬套,经推力轴承使过渡套始终紧贴在调节螺母的左端面,当衬套右移时,带动套圈,经盖板2使圆锥形滚柱也沿轴向右移,使滚压头的径向尺寸增 大。滚压头径向尺寸应根据孔滚压过盈量确定,通常钢材的滚压过盈量为0.1~0.12mm,滚压后孔径增大0.02~0.03mm。

   径向尺寸调整好的滚压头,在滚压加工过程中圆锥形滚柱所受的轴向力经销子、套圈、衬套作用在推力轴承上,最终经过渡套、调节螺母及心轴传至与滚压头右端 M40×4螺纹相连的刀杆上。滚压完毕后,滚压头从孔反向退出时,圆锥形滚柱受一向左的轴向力,此力传给盖板2经套圈、衬套将压缩弹簧压缩,实现向左移 动,使滚压头直径缩小,保证滚压头从孔中退出时不碰坏已滚压好的孔壁。滚压头从孔中退出后,在弹簧力作用下复位,使径向尺寸又恢复到原调数值。

   滚压用量:通常选用滚压速度v=60~80m/min;进给量 f=0.25~0.35mm/r;切削液采用50﹪硫化油加50﹪柴油或煤油。

   八、孔加工方案及其选择

  以上介绍了孔加工的常用加工方法、原理以及可达到的精度和表面粗糙度。但要达到孔表面的设计要求,一般只 用一种加工方法是达不到的,而是往往要由几种加工方法顺序组合,即选用合理的加工方案。表3-15所示为孔的加工方案。选择加工方案时应考虑零件的结构形 状、尺寸大小、材料和热处理要求以及生产条件等。

  例如表3-15中序号5“钻-扩-铰”和序号8“钻-扩-拉”两种加工方案能达到 的技术要求基本相同,但序号8所示的加工方案应该在大批大量生产中采用较为合理。再如序号11“粗镗(扩)-半精镗(精扩)-精镗(铰)”和序号13“粗 镗 (扩)-半精镗-磨孔”两种加工方案达到的技术要求也基本相同,但如果内孔表面经淬火后只能用磨孔方案(即序号13),而材料为有色金属时以采用序号11 所示方案为宜,如未经淬硬的工件则两种方案均能采用,这时可根据生产现场设备等情况来决定加工方案。又如序号16中所示了三种加工方案,如为大批大量生产 则可选择“钻-(扩)-拉-珩磨”的方案,如孔径较小则可选择“钻-(扩)-粗铰-精铰-珩磨”的方案,如孔径较大时则可选择“粗镗-半精镗-精镗-珩 磨”的加工方案。

 

歡迎來到Bewise Inc.的 世界,首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力,我們是提供專業刀具製造商,應對客戶高品質的刀具需求,我們可以協助客戶滿足您對產 業的不同要求,我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質,這是現有相關技術無法比擬的,我們成功的滿足了各行各業的要求,包括:精密HSS DIN切削刀具協助客戶設計刀具流程DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計超高硬度的切削刀具醫療配件刀具設計複合式再研磨機PCD地板專用企口鑽石組合刀 具粉末造粒成型機主機版專用頂級電桿PCD V-Cut捨棄式圓鋸片組粉末成型機航空機械鉸刀主機版專用頂級電汽車業刀具設計電子產業鑽石刀具木工產業鑽石刀具銑刀與切斷複合再研磨機銑刀與鑽頭複合再研磨機銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生 刀具到工業級的刀具設計;從微細刀具到大型刀具;從小型生產到大型量產;全自動整合;我們的技術可提供您連續生產的效能,我們整體的服務及卓越的技術,恭 迎您親自體驗!!

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Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web  www.tool-tool.com  for more info.

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13 septembre 2010 1 13 /09 /septembre /2010 14:05

32bW

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當今電子系統中的電源管理可透過有效的電源分配而實現最佳化的系統效 率。電 流感測是電源管理的關鍵技術之一,它不僅有助於保持理想的電源位準,也能提供伺服調節功能而使電子系統處於正常狀態,同時還能防止電路故障和電池 過度放電。

電流的感測一般採用兩種基本方案。一種是測量電流流過的導體周圍磁場,另一種是在電流路徑中插入一個小型電阻,然後測量電阻 上的壓降。第一種方法並不會引起干擾或插入損耗,但成本相對較為昂貴,而且容易產生非線性效應與溫度係數誤差。因此磁場感測技術通常只局限於一些能夠承擔 無插入損耗的高成本應用。

本文主要討論半導體產業中普遍使用的電阻感測技術,它能為各種應用提供精確且高性價比的直流(DC)電流測量結 果。本文還介紹了高側和低側的電流感測原理,並透過實際案例協助設計者選擇適合其應用的最佳方案。

 

電 阻感測方案

在電流路徑中以串聯的方式插入一個低電阻值的感測電阻,將會形成一個較小的壓降,該壓降可被放大而成為一個與電流成正 比的輸出訊號。然而,根據實際應用環境與感測電阻的位置,這一技術可能對感測放大器帶 來各種挑戰。

例如,將感測電阻放在負載與電路接地之間,那麼所形成的壓降可採用簡單的運算放大器(OP)進行放大(見圖1B)。這種方法 被稱為低側電流感測,與其相對應的方法為高側感測,即感測電阻位於供電電源和負載之間(見圖1A)。

圖1:圖1A描述了基本的高側感測電路,圖1B則顯示基本的低側感測電路。
圖 1:圖1A描述了基本的高側感測電路,圖1B 則顯示基本的低側感測電路。

一般來說,盡可能地降低感測電阻值,可利於功耗抑 制;但感測電阻值也要夠大,才能在所需的精確度範圍內產生一個可被感測放大器檢測到的電壓。值得注意的是,在感測電阻上的這種差分感測訊號取決於共模電壓的 作用──對於低側感測而言,這一共模電壓趨近於接地(0V),但對高側感測方法來說則接近於供電電壓。因此,測量放大器的輸入共模電壓範圍對於低側方案來 說應包含接地,對高側方案來說則應包含供電電壓。

由於低側感測時的共模電壓趨近於接地,因而電流感測電壓可使用一個低成本、低電壓的運作 放大器進行放大。低側電流感測方案簡單且成本低,但許多應用卻無法容忍由於感測電阻所導致的接地路線干擾。由於系統中一個模組的接地位準因低側電流感測而 變化,較高的負載電流可能使問題更加嚴重,因此必須與接地電位不至改變的其它模組進行通訊。

為了更能瞭解這個問題,圖2顯示採用低側電流 感測技術的‘智慧電池’充電器,其中,AC/DC轉換器的輸出連接到一顆雙線(2-wire)的智慧電池。

圖2:採用低側電流感測技術的‘智慧電池’。
圖 2:採用低側電流感測技術的‘智慧電池’。

這一類的電池通常採用單線來傳遞指示電池狀態的特定電池資訊,還有另一條線則用於溫 度測量,並與電池的負極和正極端子保持隔離,以確保安全。為了感測電池的溫度,電池通常內建一個熱感應電阻,以提供與電池負極電壓成正比的輸出訊號。

當 採用低側感測方案時,可按照如圖2底部所示的方式插入感測電阻。由電池電流所產生的感測電壓經放大後饋入控制器,該控制器接著進行一些必要的處理來調節電 源。由於感測電壓隨著電池電流而變化,因而使電池負極的電壓發生改變;同時由於溫度輸出是以負極端子為參考,因此這也導致溫度輸出變得較不精確。

低 側感測方案的另一項重大缺點是電池與接地間發生意外短路導致無法檢測到短路電流。在圖2所示電路中,正極電源與接地之間的短路可能產生足以毀損MOS開關 (S1)的較大電流。然而,儘管存在著這樣的問題,對於並不要求短路保護與可容忍地線干擾的應用來說,具備簡單與低成本特色的低側感測方案仍然饒富吸引 力。

 

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隨著可攜式電子產品的體積不斷縮小,其複雜性同時也在相應的提 高。這使得設計工程師面臨的問題越來越多,如電池使用壽命、佔板空間、散熱或功耗等。本文以德州儀器TPS6220x系列降壓 穩壓器為例,向設計工程師介紹在權衡解決方案的佔用空間、性能以及成本時,如何為 DC/DC轉換器選擇正確的電感器與電容器。

隨 著手機、PDA以及其它可攜式電子產品在不斷小型化,其複雜性同時也在相應提高,這使設計工程師面臨的問題越來越多,如電池使用壽命、佔板空間、散熱或功 耗等。

使用DC/DC轉換器主要是為了提高效率。很多設計都要求將電池電壓轉換成較低的供電電壓,儘管採用線性穩壓器即可實現這一轉 換,但它並不能達到基於交換式穩壓器設計的高效率。本文將介紹設計工程師在權衡解決方案的佔用空間、性能以及成本時必須要面對的常見問題。

大 訊號與小 訊號響應

開關轉換器採用非常複雜的穩壓方法保持重/輕負載時的高效率。現在的CPU核心電源要求穩壓器提供快速而通暢的大 訊號響應。例如,當處理器從空閑模式切換至全速工作模式時,核心吸收的電流會從幾十微安很快地上升到數百毫安。

隨著負載條件變 化,迴路會迅速響應新的要求,以便將電壓控制在穩壓限制範圍之內。負載變化幅度和速率決定迴路響應是大訊號響應還是小訊號響應。我們可根據穩態工作點定義 小訊號參數。因此,我們一般將低於穩態工作點10%的變化稱為小訊號變化。

實際上,誤差放大器處於斜率範圍(slew limit)內,由於負載瞬態發生速度超過誤差放大器的響應速度,放大器並不控制迴路,所以,在電感器電流達到要求之前,由輸出電容器滿足瞬態電流要求。

大訊號響應會暫時使迴路停止工作。不過,在進入和退出大訊號響應之前,迴路必須提供良好的響應。迴路頻寬越高,負載瞬態響應速度就越 快。

圖1:TPS6220x基本降壓穩壓器。

從小訊號角度來看,儘管穩壓迴路可以提供 足夠的增益和相 位裕度,但是開關轉換器在線路或負載瞬態期間仍然可能出現不穩定狀態和振鈴現象。在選擇外部元件時,電源設計工程師應意識到這些侷限性,否則其設 計就有可能遇到麻煩。

電感器選型

以圖1所示的基本降壓穩壓器為例,說明電感器的選型。

對 大多數TPS6220x應用而言,電感器的電感值範圍為4.7uH~10uH。電感值的選擇取決於期望的紋波電流。一般建議紋波電流應低於平均電感電流的 20%。如等式1所示,較高的VIN或VOUT也會增加紋波電流。電感器當然必須能夠在不造成磁芯飽和(意 味著電感損失)情況下處理峰值開關電流。

以增加輸出電壓紋波為代價,使用低值電感器便可提高輸出電流變化速度,因而改善轉換器的負載瞬態響應。高值電感器 則可以降低紋波電流和磁芯磁滯 損耗

可將線圈總損耗結合到損耗電阻(Rs)中,該電阻與理想電感(Ls)串 聯,組成了一個如圖1 所示的簡化等效電路。

儘管Rs損耗與頻率有關,但在產品說明書中仍對直流電阻(RDC) 進行了定義。該電阻取決於所採用的材料或貼片電感器的構造類型,在室溫條件下透過簡單的電阻測量即可獲得。RDC的大小直接影響線圈 的溫度上升。因此,應該避免長時間超過電流額定值。

線圈的總耗損包括RDC中 的耗損和下列與頻率相關聯的耗損分量:磁芯材料損耗(磁滯損耗、渦流損耗);趨膚效應造成的導體中的其他耗損(高頻電流位移);相鄰繞組的磁場損耗(鄰近 效應);輻射損耗。

可將上述所有耗損分量組合在一起構成串聯耗損電阻(Rs)。 耗損電阻主要用於定義電感器的品質。然而,我們無法用數學方法確定Rs。因此,我們一般採用阻抗分析儀在整個頻率範圍內對電感器進 行測量。這種測量可以確定XL(f)、Rs(f)和Z(f)個別分量。

我 們將電感線圈電抗(XL)與總電阻(Rs) 之比稱為品質因素Q,參見公式(2)。品質因素被定義為電感器的品質參數。損耗越高,電感器作為儲能元件的品質就越低。

品質─頻率圖可以幫助選擇針對特定應用的最佳電感器結構。如測量 結果圖2所示,可以將損耗最低(Q值最高)的工作範圍定義為一直延伸到品質拐點。如果在更高的頻率使用電感器,損耗會劇增(Q降低)。

良好設計電感器效率降低微乎其微。不同的磁芯材料和形狀可以相應改變電感器的大小/電流和價格/電流關係。採用鐵氧 體材料的屏蔽電感器尺寸較小,而且不輻射太多能量。選擇何種電感器往往取決於價格與尺寸要求以及相應的輻射場/EMI要求。

輸 出電容器

消除輸出電容器可以在成本和佔板空間兩方面實現節省。輸出電容器的基本 選擇取決於紋波電流、紋波電壓以及迴路穩定性等各種因素。

輸出電容器的有效串聯電阻(ESR) 和電感器值會直接影響輸出紋波電壓。利用電感器紋波電流(IL)和輸出電容器的ESR可以簡單地估測輸出紋波電壓。

因此,設計時應當選用ESR盡可能低的電容器。例如,採用X5R/X7R技術的 4.7uF~10uF電容器表現為10m(範圍的ESR值)。輕負載(或者不考慮紋波的應用)也可以使用容值更小的電容器。

TI 的控制迴路架構使您能夠採用自己首選的輸出電容器,同時還可以補償控制迴路,以實現最佳的瞬態響應和迴路穩定性。當然,內部補償能夠理想地支援一系列工作 條件,而且能夠敏感地響應輸出電容器參數變化。

圖2:品質-頻率圖:(a) Q和頻率的關係;(b) RS和頻率的關係。

TPS6220x系列降壓轉換器具有內部迴路補償功能。因此,必須選擇支援內部補償功能的外部LC濾波器。對於此類 元件而言,內部補償最適合16kHz的LC轉角頻率(corner frequency),即10uH電感器與10uF輸出電容器。根據一般經驗法則,在選用不同輸出濾波器時,L*C乘積不應當大範圍變動。在選擇更小的電 感器或電容器值時,會造成轉角頻率增加至更高頻率,因此這一點尤為重要。

在從負載瞬態出 現到打開P-MOSFET期間,輸出電容器必須提供負載所需的全部電流。輸出電容器提供的電流會造成經過ESR的電壓降低(從輸出電壓中扣除)。ESR越 低,輸出電容器提供負載電流時的電壓損耗就越低。為了降低解決方案尺寸並且提升TPS62200轉換器的負載瞬態性能,建議採用4.7uH電感器和 22uF輸出電容器。

參考文獻:

TI TPS62200 datasheet, http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tps62200.pdf

Trilogy of Inductors 2nd extended edition ISBN 3-934350-73-9, Wurth Elektronik

作 者:Christophe Vaucourt

系統工程師

德州儀器(德國)公司

 

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(4)航空エ ンドミル設計

(5)超高硬度エンドミル

(6)ダイヤモンドエンドミ ル

(7)医療用品エ ンドミル設計

(8)自動車部品&材料加工向けエンドミル設計

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(3)小Lot生産~大量発注対応供給

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Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web  www.tool-tool.com  for more info.

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13 septembre 2010 1 13 /09 /septembre /2010 13:54

31wW

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LED在手機的LCD背光中 的廣泛應用已經有若干年了。如今其應用正擴展到大面積的LCD應用,包括袖珍PC、汽車導航GPS、數位相框、可攜式DVD乃至筆記型電腦。LED也正開 始取代家用的、汽車和其他通用光源的傳統白熾燈和鹵素光源。這一趨勢背後的驅動力是技術的快速進步,包括LED更亮,效率更高,價格更具競爭能力。實際上 使用LED的理由很簡單,就是它們具有高可靠性和更長的壽命,在不需要更換的地方為終端用戶提供免維護的產品。

為了在LCD應用中提供 均勻的背光,幾個白色LED通常沿著LCD的一個邊安裝。 LED的數量正比於LCD的尺寸。對於中等尺寸(7-10英吋),通常共使用20-40個LED。這些LED通常被連接成平行的3個或更多的LED串。為 了減少連接點,許多LCD只提供一個2端介面。這裡,所有的LED串必須在內部平行連接,然後連接到一個單電源上。

驅動類型

為了在中等LCD尺寸的應用中獲得所期望的亮度,要求驅動器在所有的工作條件下能夠為LED提供一個可調整的電流。通常,採用兩種LED 驅動技術:即容性電荷泵和基於電感的交換式穩壓器。本文將集中討論能夠為LED提供1-6W功率的電感式轉換器LED驅動電路。

電荷泵型 LED驅動如今在手機和其他小尺寸的LCD背光應用中普遍使用,原因在於它們的高亮度、低成本和實現容易。電荷泵所需要的外部零組件只有3只或4只電容, 且沒有電感。不過,其輸出功率有限。

雖然一些大功率快閃型LED電荷泵能夠提供高達2W的功率,其輸出電壓最大只能到6V,因此無法驅動 2只以上串聯的LED。電荷泵中的通道數量(通常為6個)決定了LED的數量。由於更多的通道意味著需要更多的接腳和更大的封裝,因此電荷泵限制了在中等 尺寸面板中的應用。

LED正向電壓(VF),LED電流以及電源電壓範圍的不同組合,決定了所需的電感型轉換LED驅動器的類型,LED VF隨著電流、溫度和LED型號的不同而變化。出現在最低溫度時的最大VF是選擇LED驅動電路結構的關鍵參數,通常是在線性結構、降壓或升壓結構中進行 選擇。本文中假定最大VF為3.8V。

當選擇LED驅動IC時,關鍵參數包括開關電流極限、最大輸出電壓,以及需要保護開路 LED條件所需的過壓保護閾值等。像電感和電容這類外部零組件也需要仔細選擇。

應用實例

以 8英吋的LCD模組為例,包括總共9串(每串3只)白色LED組成的背光(圖1)。LED串的總電壓(LED的VF為3.3V)通常為 10V(3×3.3V)。每只LED的電流為20mA,則總驅動電流為180mA(9×20),LED總功耗為1.8W。用一個AC電源配接器提供一個 5V電源。一個基於電感的LED驅動器非常適用於該應用。

圖1:8英吋LCD模組背光電路。
圖 1:8英吋LCD模組背光電路。

首先計算處理 2W的負載需要多大的開關電流。假定效率為80%,輸入電流等於Vout×Iout/Vin×效率=10×0.18/5×0.8=450mA。 CAT4139電感型升壓LED驅動器具有750mA(最小值)的驅動能力,故很適合於該應用。

電感的電流額定值應該能夠處理LED驅動 峰值開關電流且不進入飽和。一旦出現飽和,就會出現電流突波,因為此時電感的功能便成了一只電阻,電路不再按照預期工作。合適的電感額定電流應該大於等於 80mA。

 

歡迎來到Bewise Inc.的 世界,首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力,我們是提供專業刀具製造商,應對客戶高品質的刀具需求,我們可以協助客戶滿足您對產 業的不同要求,我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質,這是現有相關技術無法比擬的,我們成功的滿足了各行各業的要求,包括:精密HSS DIN切削刀具協助客戶設計刀具流程DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計超高硬度的切削刀具醫療配件刀具設計複合式再研磨機PCD地板專用企口鑽石組合刀 具粉末造粒成型機主機版專用頂級電桿PCD V-Cut捨棄式圓鋸片組粉末成型機航空機械鉸刀主機版專用頂級電汽車業刀具設計電子產業鑽石刀具木工產業鑽石刀具銑刀與切斷複合再研磨機銑刀與鑽頭複合再研磨機銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生 刀具到工業級的刀具設計;從微細刀具到大型刀具;從小型生產到大型量產;全自動整合;我們的技術可提供您連續生產的效能,我們整體的服務及卓越的技術,恭 迎您親自體驗!!

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Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting toolaerospace tool .HSS  DIN Cutting toolCarbide end millsCarbide cutting toolNAS Cutting toolNAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end milldisc milling cutter,Aerospace cutting toolhss drillФрезерыCarbide drillHigh speed steelCompound SharpenerMilling cutterINDUCTORS FOR PCDCVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) Core drillTapered end millsCVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden FingerPCD V-CutterPCD Wood toolsPCD Cutting toolsPCD Circular Saw BladePVDD End Millsdiamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE Single Crystal Diamond Metric end millsMiniature end millsСпециальные режущие инструменты Пустотелое сверло Pilot reamerFraisesFresas con mango PCD (Polycrystalline diamond) ‘FresePOWDER FORMING MACHINEElectronics cutterStep drillMetal cutting sawDouble margin drillGun barrelAngle milling cutterCarbide burrsCarbide tipped cutterChamfering toolIC card engraving cutterSide cutterStaple CutterPCD diamond cutter specialized in grooving floorsV-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert PCD Diamond Tool Saw Blade with Indexable InsertNAS toolDIN or JIS toolSpecial toolMetal slitting sawsShell end millsSide and face milling cuttersSide chip clearance sawsLong end millsend mill grinderdrill grindersharpenerStub roughing end millsDovetail milling cuttersCarbide slot drillsCarbide torus cuttersAngel carbide end millsCarbide torus cuttersCarbide ball-nosed slot drillsMould cutterTool manufacturer.

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汽車設計人員必須提供比傳統位置感測技術更高性能和靈活的元件。這些元 件還必須能適應多種應用。為滿足這些需求,必須在元件內整合傳統接觸型感測器技 術和非接觸感測器技術中所包含的各種最佳設計要素。

隨著今天的汽車整合越來越多的電子和控制系統,工程師正面臨將這些電子元件整合在汽 車內所帶來的挑戰,特別是對用於保證汽車的安全性、降低油耗以及降低輻射的感測器和其他回饋(各參數)電路而言。

為了使處理更高速度和 I/O功能的處理器維持一致性,電子系統設計師正面臨改善系統解析度及訊號品質方面的各種挑戰。對於目前汽車環境中使用的任何感測技術來說,機械靈活性、 環境穩定性以及訊號完整性是關鍵設計特性。

對電子元件的要求之一是其能承受的工作溫度範圍。從-40℃的寒冷環境溫度到引擎車箱內超 過+150℃的環境,感測器和相關電子元件都面臨目前材料所能承受的極限溫度。另外,可變渦輪增壓器還將所要求的極限溫度持續推高,可能超過+180℃, 這促使設計人員必須開發能滿足這些需求的材料和封裝。

同時,感測器必須能接受整體系統需求的各種機械配置。像電位計和霍耳效應元件(技 術)這些傳統感測元件可採用線型或環型封裝。上述兩種技術都各有優勢,電位計成本較低、技術成熟,且機械結構靈活,而霍爾效應元件磨損小, 訊號品質好,但實際選擇須依照系統應用而定。像電感式感測器 這些更先進的技術,則利用了上述兩種感測器的優勢,可實現更具強韌性的感測系統。

電位計技術具有很高的設計靈活性,它提供了一種與輸入 電壓成正比的輸出訊號。然而,該技術在某種程度上受其類比輸出訊號的特性限制。儘管這種訊號可轉變成數位格式,但是這種轉換需要額外的電子元件,增加了感 測器的成本。而且,轉換後的訊號還不是真正的高解析度數位格式。隨著汽車中採用越來越多的高速網路和通訊匯流排,需為每個電位計安排一個AD轉換器也是一 種缺點。電位計也是一種接觸感測技術,容易因長期工作和震動而磨損。當電位計的磨損變得明顯時,會導致訊號中含有過高的噪音。這會成為直接回饋控制迴路中 的問題。

霍爾效應感測器通常產生一種類比訊號,該元件與汽車系統的通訊由一顆ASIC實現,該ASIC可將類比訊號直接轉換成數位訊 號。由於霍爾技術測量的是高斯磁通量的變化,故需要非常精密的支撐系統來維持其整體性。這在一定程度上限制了這類元件的機械封裝靈活性。這種承載系統還會 增加感測器成本。有利的方面是,霍爾效應感測器是非接觸技術,因此不會像電位計因磨損而降低性能。通常,為控制影響霍爾效應感測器的高斯磁場,這類感測器 具有相對較短的移動距離;且霍爾效應感測器通常設計成低於180度的旋轉角度或小於25mm的直線運動距離。

最近,業界在開發新型電感式感測 技術上取得了一些進步,結合了電位計和霍爾效應這兩種技術的優點。由Optek Technologies開發的Autopad包含一個由兩 個印刷電路板組成的非接觸感測系統,其核心是訊號產生和感測。該元件能在兩塊電路板之間產生電感耦合,並由板上ASIC進行測量和轉換。

與 霍爾感測器不同,Autopad感測器允許在X、Y和Z軸的錯位,因此無需嚴格的承載系統。另外,ASIC使其成為真正的數位感測器,能產生可直接與高速 控制器通訊的12位元PWM訊號。如果需要,該訊號還能被轉換回類比格式。Autopad還能用多種實體結構來實現,包括旋轉和線形結構。旋轉設計可用於 角度錯位達360度的系統。線形感測器允許的錯位為20~200mm,甚至更遠。

隨著汽車產業的發展,設計工程師需要具有更高性能和靈 活性的元件。儘管傳統的感測技術具有其優點,但新型電感式感測技術的開發,為汽車電子帶 來的各種嚴苛技術挑戰提供了解決方案。這種感測技術的設計靈活性使其在多種汽車應用中成為可靠且更具成本效益的解決方案。


圖 1:包括電位計和霍爾效應元件在內的傳統感測技術。

 


圖 2:TT electronics OPTEK Technology公司的Autopad感測技術。

 

 

作者Mile Wills

汽車業務開發經理

Optek Technologies

 

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13 septembre 2010 1 13 /09 /septembre /2010 13:44

32bW

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最佳化電源供應設計是低耗電 應用提供最長電池壽命的重要關鍵。這類設計的首要步驟是選擇正確的電源供應架構,其次是瞭解這些架構有那些特點可供最佳化。本文將以高效率和精巧型電源供 應最常採用的電感式直流電 源轉換器為例討論這些因素。

 

在所有電源供應設計中,線性穩壓器是產生穩定電壓輸出的最 簡單電路。圖1為線性穩壓器的基本架構圖,這個簡單的電路可說是成本最低的解決方案,它會改變通路元件的功耗來調整輸出電壓。此處的通路元件是一顆 MOSFET電晶體。


圖1:線性穩壓器結構圖

先進線性穩壓器的電流消耗通常很小,其 效率主要由輸出電壓與輸入電壓比值決定。這表示線性穩壓器在輸出電壓與輸入電壓很接近時效率會很高,有時甚至超過90%。

唯有交換式電 源供應架構才能在很大的輸入電壓範圍內提供高轉換效率。這類架構基本上是由儲能元件(通常是電感)、主動開關元件和被動開關元件組成。主動開關元件導通後 會將電能儲存至電感,等到截止時再透過被動開關元件將電能傳送到輸出電容。這三種元件如圖2所示有多種組合方式,其電路功能各自不同。

圖 2a是降壓轉換器結構圖,它和線性穩壓器一樣都會產生低於輸入電壓的輸出電壓,區別在於它還能用來產生比輸入電壓還高的輸出電壓(圖 2b)或是產生與輸入電壓極性相反的輸出電壓(圖2c)。


圖 2:降壓轉換器(a);升壓轉換器(b);升降壓轉換器(c)

這類電 源轉換器只要再增加主動開關或被動開關等其它零件,就能提供高於或低於輸入電壓的輸出電壓,圖3就是一個例子。


圖3:升降壓轉換器結構圖

在圖4所示的SEPIC轉換器中增 加電感或電容等被動零件也能得到相同結果。


圖4:SEPIC轉換器結構圖

前述轉換器的電源轉換效率會受 到多種因素影響,例如它們的控制電路都會消耗電流,甚至線性穩壓器也不例外。耗電最佳化的轉換器常將控制電路的操作電流限制在100μA以下,故只有在輸 出電流很小時才會對整體效率產生顯著影響。線性穩壓器的效率等於輸出電壓與輸入電壓之比,直流轉換器的效率分析則因為有多項因素需要考慮而較複雜,其中最 明顯的因素就是開關元件和被動零件(主要是電感)的傳導損耗。想將轉換器的耗電量減至最少,最好方法是使用導通阻抗很小的大型開關元件以及銅損耗極低的大 電感。然而可攜式應用通常會以體積為優先考量,這使大型零件的使用受到相當限制;另外,大型零件的較高成本也會影響其應用。

除了傳導損 耗外,開關元件的切換動作也會造成損耗。例如MOSFET等開關元件就含有寄生電容,它們會在切換過程不斷充電和放電。就同樣製程技術而言,開關元件的寄 生電容大小與其體積成正比,因此切換損耗會隨著開關體積和切換頻率而增加。電感的磁損耗則與鐵芯材料的數量有關,所以也會隨著電感體積和切換頻率而變大。

傳導損耗與開關損耗都會影響轉換器的整體效率。轉換器若想將傳導損耗減至最小,就必須在開關損耗做出犧牲,反之亦然。這表示設計人員必 須根據實際操作條件和開關頻率在開關損耗和傳導損耗之間做出取捨才能得到最佳結果,

減少轉換器傳導損耗的方法之一,是以主動控制型 MOSFET取代常用來做為被動開關的二極體。二極體的傳導損耗會受到順向電壓降和順向電流影響,MOSFET的傳導損耗則與它的導通阻抗和均方根值電流 有關。順向電壓是由半導體物理特性決定,因此沒有任何改變的可能;相形之下,MOSFET的導通阻抗就與它的體積有關。所謂的同步整流多半必須在低輸出電 壓下才能發揮優勢。

控制電路必須最佳化,才能在低負載時提供最大轉換效率。達成這項要求的關鍵在於支援省電模式操作,其設計方法主要有 兩種:第一種是隨著負載電流需求降低開關頻率,這稱為脈衝頻率調變模式(PFM Mode)。另一種則是讓轉換器連續工作數個脈衝週期,然後將它完全關掉直到輸出電壓降至某個臨界值以下,這種做法稱為爆發模式(Burst Mode)。爆發模式還能關掉大部份控制電路來進一步減少電流消耗。這些省電模式的缺點之一是其操作頻率會受到負載影響,有時甚至會低到人耳能夠聽到的音 訊範圍。圖5和6是不同輸出負載下的輸出電壓波形(上面的曲線,每格20mV)和對應的電感電流(下面的曲線每格為100mA)。


圖 5:TPS61070升壓轉換器在330Ω負載下以省電模式操作時的輸出電壓漣波,圖中時基線為每格10μs


圖 6:TPS61070升壓轉換器在33Ω負載下以連續電流模式操作時的輸出電壓漣波,圖中時基線為每格1μs

系統若須提供多種 電源給不同的零件,那麼為這些電源選擇一組適當的轉換架構就變得非常重要。設計人員若將多個電 源轉換器串聯,則其產生特定輸出電壓時的轉換效率就等於每個轉換器的轉換效率乘積。例如若將兩個轉換效率 90%的轉換器串聯,那它在提供最終輸出電壓時的效率就為81%。這看起來似乎比轉換器並聯操作還要糟,但串聯架構其實也有它的好處,比如說開機順序的控 制比較簡單,系統也更容易切斷電池與負載之間的連線,以避免電池在系統關機時繼續放電。在串聯架構中,系統只要切斷第一顆轉換器即可,通常這僅需在輸入端 增加另一個開關或使用更複雜的轉換器。並聯轉換器則必須將所有轉換器都列入考慮。

串聯轉換器的另一項優點是能避免效率較低和成本較高的 複雜架構,例如升降壓轉換器。

它能降低成本,同時讓轉換器在效率更高的最佳操作點工作。例如線性穩壓器可在接近其最小電壓降 (dropout voltage)的位置操作,這樣就能擁有很高的轉換效率與非常小的輸出電壓漣波。

作者:

Jurgen Neuhausler

 

歡迎來到Bewise Inc.的世界,首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力,我們是提供專業刀具製造商,應對客戶高品質的刀具需求, 我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求,我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質,這是現有相關技術無法比擬的,我們成功的滿足了各行各業的要求,包括:精密HSS DIN切削刀具協助客戶設計刀具流程DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計超高硬度的切削刀具醫療配件刀具設計複合式再研磨機PCD地板專用企口鑽石組合刀 具粉末造粒成型機主機版專用頂級電桿PCD V-Cut捨棄式圓鋸片組粉末成型機航空機械鉸刀主機版專用頂級電汽車業刀具設計電子產業鑽石刀具木工產業鑽石刀具銑刀與切斷複合再研磨機銑刀與鑽頭複合再研磨機銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生 刀具到工業級的刀具設計;從微細刀具到大型刀具;從小型生產到大型量產;全自動整合;我們的技術可提供您連續生產的效能,我們整體的服務及卓越的技術,恭 迎您親自體驗!!

BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool.com / FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan

Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting toolaerospace tool .HSS  DIN Cutting toolCarbide end millsCarbide cutting toolNAS Cutting toolNAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end milldisc milling cutter,Aerospace cutting toolhss drillФрезерыCarbide drillHigh speed steelCompound SharpenerMilling cutterINDUCTORS FOR PCDCVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) Core drillTapered end millsCVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden FingerPCD V-CutterPCD Wood toolsPCD Cutting toolsPCD Circular Saw BladePVDD End Millsdiamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE Single Crystal Diamond Metric end millsMiniature end millsСпециальные режущие инструменты Пустотелое сверло Pilot reamerFraisesFresas con mango PCD (Polycrystalline diamond) ‘FresePOWDER FORMING MACHINEElectronics cutterStep drillMetal cutting sawDouble margin drillGun barrelAngle milling cutterCarbide burrsCarbide tipped cutterChamfering toolIC card engraving cutterSide cutterStaple CutterPCD diamond cutter specialized in grooving floorsV-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert PCD Diamond Tool Saw Blade with Indexable InsertNAS toolDIN or JIS toolSpecial toolMetal slitting sawsShell end millsSide and face milling cuttersSide chip clearance sawsLong end millsend mill grinderdrill grindersharpenerStub roughing end millsDovetail milling cuttersCarbide slot drillsCarbide torus cuttersAngel carbide end millsCarbide torus cuttersCarbide ball-nosed slot drillsMould cutterTool manufacturer.

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豊富なパリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。

弊社は各領域に供給 できる内容は:

(1)精密 HSSエンドミルのR&D

(2)Carbide Cutting tools設計

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(4)航空エ ンドミル設計

(5)超高硬度エンドミル

(6)ダイヤモンドエンドミ ル

(7)医療用品エ ンドミル設計

(8)自動車部品&材料加工向けエンドミル設計

弊社の製品の供給調達機能は:

(1)生活産業~ハイテク工業までのエンドミル設計

(2)ミクロエ ンドミル~大型エンドミル供給

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弊社 の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。

Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web  www.tool-tool.com  for more info.

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13 septembre 2010 1 13 /09 /septembre /2010 13:40

34wS

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對環保、行車安全與汽車資訊娛樂裝置的需 求,正不斷驅動著車用電子產 品的發展,據拓樸產業研究所(Topology Research Institute,TRI)統計,2004年,一輛新車僅裝配 1,518美元的電子產品,到2008年預估將有1,882美元,年複合成長率達到5.5%。

以汽車產量來看,拓樸表示,2004到 2008年全球汽車生產量分別為6,021萬、6,171萬、6,376萬、6,621萬、6,779萬台;而每台汽車的電子支出部份則分別 為:1,518、1,652、 1,750、1,820、1,882美元。全球車用電子市場規模?點選後可放大圖片

2004年全球車用電子 市場已達1,224.61億美元,約為筆記型電腦的兩倍,佔整個半導體產業的八成。

龐大的市場吸引了眾多廠商,尤其是身陷低毛利率泥淖的 台灣電子廠商,冀望汽車電子化 的無限商機能重返昔日光輝。不過,拓墣表示,欲進入車用電子市場,台灣電子業者首先需深入了解汽車產業,縮小與車廠對產品概念、商業模式、顧客需求等思 維,再以高品質建立彼此之間的信賴,才是成為協力廠的關鍵因素。

鑒於面板產業與消費性電子產業在台灣蓬勃發展,因此台灣多數廠商皆以汽車 影音系統為進軍車用電子市場的首選產品。另外,可應用於汽車上的電子產品與技術眾多,建議台灣廠商可往與安全較無相關的車身系統與駕駛資訊系統發展、或與 汽車零組件廠商配合將傳統汽車零組件電子化;或以現有的電子產品取代傳統的汽車零組件。

 

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32bW

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電容的一般類型和應用分 析

大電容可作為低頻和大 電流電路的旁路, 而小電容則作為高頻旁路。等效電路的模型將會隨不同的封裝類型而改變。 其中主要的是等效串聯電感(ESL)。 封裝越小,串聯寄生參數就越小。在一些寬頻系統中,需要並聯多個電容。旁路電容必須盡可能地靠近電源接 腳。電容的另一端需要透過過孔或者寬地線連接到地平面,以保持低阻抗

電容的材料和結構將決定其特性,例如寄生特性、溫度穩定性、最大電壓、線性度、成本和尺寸。表1列舉了各種最常用的表面黏著電容。

陶 瓷電容是最常見的電容類型,原因是便宜,容量範圍寬,可以提供可靠的性能。鉭電容、Oscan以及鋁電解電容都是有極性電容,特別適合作為旁路電容。鉭電 容的應用範圍是低壓系統。鋁電解是從低頻到中頻系統的常規選擇,但不適合開關電路(這種電容的電荷保持性能太好了,不適合週期快速的生產測試)。

Oscan 是一種特殊的電容,它的寄生參數小,頻率範圍寬,溫度範圍廣,品質最好,價錢也最高。如果你有足夠預算,這種電容可為任何電路提供高品質的旁路。另外還有 雲母和塑料薄膜電容。他們主要用於濾波器設計而不是旁路。由於陶瓷電容被最廣泛地作為旁路電容,討論一下如何進行選購將是很有意義的。和所期望的那樣,陶 瓷電容具有寬範圍的容值和各種封裝。在這些參數中,還需要進一步選擇,才能確定最終的價格。

在最新的材料清單中,電容被標誌為 ‘X7R’。這裡,X和7標誌著最寬的溫度範圍。最後的字母R代表電容在整個溫度範圍上的容差。該例中,電容在整個溫度範圍上的變化量僅為15%。寬溫度 範圍和嚴格的容差意味著高價格。

選擇旁路電容的封裝

一旦電介質材料、電介質品質、溫度範圍、可接受的漏 電流以及電壓範圍都滿足後,最後的選擇就剩下封裝尺寸了。通常,封裝尺寸的選擇依據是: ‘上次用的是什麼’,或者是否足夠大到適合手工焊接(如果是原型設計)。

需要記住的是,等效電路的模型將會隨不同的封裝類型而改變。其 中主要的是等效串聯電感(ESL)。很顯然,只要電容值保持?琠w,這種電容的結構就是?琠w的。但如果對於同樣的電容有許多封裝類型,那麼位於極板和外 層封裝之間的連接必定改變。這會帶來額外的串聯電阻和電感。封裝越小,串聯寄生參數就越小。

為了證實這一趨勢,請參見圖3。正如期望的 那樣,等效串聯電感將隨著封裝尺寸的減小而不斷縮減。特別注意圖1中的1206和0612例子。

儘管他們的佔位面積相同,1206的焊 接點在兩端,而0612的焊接點在兩個長邊。這只是方向上的簡單變化,卻使封裝的內部連接小了許多。令人欣喜的是,ESL降低了95%。

在 高頻寬電路中,串聯電感值決定了旁路電路為電源接腳提供低阻抗的能力上限。有關這點將在下節中進一步介紹。

表1:常見電容的指標和分析。
表1:常見電容的指標和分析。

表2:陶瓷電容的分類。
表2:陶瓷電容的分類。

表3:表面黏著封裝及其等效串聯電感。
表3:表面黏著封裝及其等效串聯電感。

 

圖1:1206和0612兩種表面黏著封裝例子。
圖1:1206和0612兩種表面黏著封裝例子。

圖2:實際(非理想)電容的阻抗特性。
圖2:實際(非理想)電容的阻抗特性。

圖3:不同表面黏著封裝的實際(非理想)電容阻抗。
圖3:不同表面黏著封裝的實際(非理想)電容阻抗。

確定旁路電容值

通 常旁路電容的值都是依慣例或典型值來選取的。例如,常用的容值是1μF和0.1μF。簡單的說,大電容作為低頻和大電流電路的旁路,而小電容作為高頻旁 路。採用多個電容源於與實際電容相關的寄生參數。圖2為一個實際電容的阻抗特性。

坐標軸上沒有具體數據,其數值可以透過縮放適合任何電 容。曲線的左半部份代表傳統(和理想的)電容響應:隨著頻率的增加,電容的阻抗減少。這正是想要的特性,這是因為旁路電容為電源線上的交流訊號提供了一個 低阻抗迴路(等效短路)。曲線的負斜率是常數,但橫向位置取決於電容的大小。例如電容變大時,曲線的左半部份將向頻率的低階(向坐標軸左側)行動。

電 容封裝中的任何電感都將引起正斜率,如圖中的右半部份所示。在這一頻率範圍內,電感先被抵銷,然後又主導了電容提供的低阻抗。由於阻抗與旁路電容的大小和 構造有關,頻率響應也因此與這些因素有關,如圖3所示。

因此需要仔細閱讀數據手冊,確保可以選購到合適的旁路電容封裝,這種封裝應能在 目前系統工作頻率下提供低阻抗性能。請記住,表4所列的 ESL範圍為幾百pH。只有當系統頻率高於100MHz時對阻抗的影響才會越來越大。

高 頻寬系統的旁路

在一些寬頻系統中,用一只單電容旁路是不夠的。因為有多個頻率耦合到電源線上,旁路網路必須為寬範圍的頻率提供低 阻抗。由於阻抗曲線的斜率具有實體限制,既有負的也有正的,故需要並聯多個電容。

當然,在選擇每個電容的封裝類型時必須謹慎。通常 BOM表中會規定所有的被動元件都要選用相同的尺寸,如都用0805電容。圖4為三只電容並聯後的阻抗與頻率關係。

圖4:三只採用相同表面黏著封裝的電容並聯阻抗。
圖4:三只採用相同表面黏著封裝的電容並聯阻抗。

由於每只電容採用相同的封裝,故它們的高頻響 應相同。於是,這就否定了更小電容的採用!相反,封裝尺寸應該隨同電容值一起微縮,見圖5。

圖5:三只採用不同表面黏著封裝的電容並聯阻抗。
圖5:三只採用不同表面黏著封裝的電容並聯阻抗。

當然,上述細節暗示著必須對旁路電容的佈局予以 密切關注。任何走線長度的增加都將提高旁路路徑上的阻抗。每條走線都會貢獻單位長度上的阻抗,線越長,旁路路徑上的有用頻率就越低(相當於將圖2中的曲線 左移)。因此,旁路電容必須盡可能地靠近電源接腳。電容的另一端需要透過過孔或者寬地線連接到地平面,以保持低阻抗。

 

作 者:Mike Wong

應用工程部副總裁

Tamara Schmitz

首 席應用工程師

Intersil公司

 

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本文針對如何選擇正確的白光LED驅 動器,介紹了電感式驅動器電 荷泵驅動器、它們的侷限以及如何權衡考慮。作者還討論了如何評估白光LED驅動器的典型特性,並提供了外部零組件選擇指導以及實際的設計範例和佈 局考慮。

今日的許多可攜式消費電子產品都有顯示螢幕,例如行動電話、PDA和MP3播放器等,雖然螢幕的種類和大小通常是根據應用決 定,但設計工程師必須負責為它設計電源和背光電路。白光LED是可攜式消費電子產品目前最常採用的背光方案選擇。

驅動白光LED的主要目標是產生正向電流通過元 件,這可採用?睎ㄦ蔗朏甯y源來實現。圖1是成本最低的解決方案,它將白光 LED串聯一個鎮流電阻(RB),再於電路的兩端加上?睎ㄦ翩C然而這種方法有其缺點,鎮流電阻會限制通過的電流,白光LED的非線性V-I曲線也讓這種 方法的穩流能力非常差;此外,只要外加電壓或白光LED的正向電壓(VF)有任何變動,白光LED的電流都會改變。當額定正向電壓為3.6V時,會有 20mA電流通過圖1的白光LED,若溫度或製程改變讓此電壓變為4.0V(仍在正常的3V至4V容差範圍內),正向電流就會下降至14mA;換言之,正 向電壓只要改變11%,正向電流就會出現30%的大幅度變動。這種白光LED電流的極端改變會影響顯示器亮度,這是許多應用無法接受的。

比 較理想的白光LED驅動方式是採用?甯y源,它能避免白光LED正向電壓改變而造成的電流變動,即使用可控制的?琠w正向電流,就能提供可控制的?琠w顯 示亮度。?甯y源的產生非常簡單,控制器不需將電源輸出穩壓,而是如圖2所示,直接針對電流感測電阻的兩端電壓進行穩壓,此時通過白光 LED的電流是由電源供應的參考電壓值和電流感測電阻值來決定。絕大多數顯示器都需要多個白光LED,若設計人員要靈活地驅動多個白光LED,他們應將所 有白光LED串聯,確保每顆白光LED的電流都相同。若要以並聯方式推動白光LED,每個白光LED都必須串聯一個鎮流電阻,避免通過它們的電流出現差 異,但是這些電阻也會浪費功率,降低電路效率。

電 感式驅動器電 荷泵驅動器的比較

所有專為驅動白光LED而設計IC都提供?琠w電流,其中絕大多數是基於電感或電荷泵的解決方案,這兩 種解決方案各有其優缺點。電荷泵解決方案或稱為開關電容器解決方案,利用分離電容器將電源從輸入端傳送至輸出端,整個過程不需使用任何電感,所以是受歡迎 的解決方案。電荷泵電源的體積很小,設計也很簡單,選擇元件時通常只需根據元件規格從中挑選適當的電容器。電荷泵解決方案的主要缺點是它只能提供有限的輸 出電壓範圍,絕大多數電荷泵IC的轉換比率最多只能達到輸入電壓的兩倍,這表示輸出電壓不可能高於輸入電壓的兩倍,因此若想利用電荷泵驅動一個以上的白光 LED,就必須採用並聯驅動的方式。利用只能對輸出電壓進行穩壓的電荷泵驅動多個白光LED時,必須使用鎮流電阻來防止電流分配不平均,但這些電阻會減少 電池的壽命。

電感式解決方案體積小、效率高,適合為絕大多數消費性產品提供更長的電池使用時間。本文將會証明,設計人員可以調整電感式 轉換器的效率,以便在體積和效率之間取得最佳平衡。由於大多數電感式解決方案都是採用升壓轉換器(圖2),它們最多能驅動六個或七個串聯的白光LED,這 種做法有其優點,因為許多顯示器內建的白光LED都採用串聯模式;就算並未將白光LED內建於顯示器螢幕中,大多數工程師還是會將它們串聯在一起。背光驅 動器和白光LED通常會在不同的電路板上,因此必須將電源從一塊電路板連接至另一塊電路板。驅動五個並聯的白光LED共需使用連接器的六個接腳,驅動串聯 在一起的五個白光LED只需要兩個接腳。

白光LED驅動器的特性

許多應用的螢幕需要背光調整功能,例如PDA等產品的使 用者就能調整螢幕亮度,以適應周圍環境,還有許多產品的處理器會在系統閑置一段時間後,自動降低或切斷背光電源。調光功能的實現方法可分為兩種:類比和 PWM。採用類比調光技術時,只需將白光LED的電流降至最大值的一半,就能讓螢幕亮度減少50%。這種方法的缺點包括:白光LED色移;需要類比控制訊 號。PWM調光技術在減少的電流佔空周期內提供完整電流給白光 LED,例如要將亮度減半,只需在50%的佔空周期內提供完整電流。PWM訊號頻率通常會超過100Hz,以確保這個脈衝電流不會被眼睛察覺,PWM頻率 的最大值需視電源的啟動和反應時間而定;為了得到最大靈活性,同時讓整合更容易,白光LED驅動器最高應能接受50kHz的PWM頻率。調光訊號通常來自 系統處理器的GPIO接腳。

在出現開路故障的情況下,?琠w電流的白光LED驅動器需要過電壓保護。如上所述,白光LED和驅動器通常 在不同的電路板上,因此連接器的接腳松脫就會造成開路故障,另一個可能性則是白光LED出現造成開路。無論是那一種情形,驅動器為了提供?琠w電流,都會 增加它的輸出電壓,此時若無保護電路,輸出電壓很快就會升高,對IC或輸出電容器造成損害。保護驅動器的最簡單方法是選擇內建過電壓比較器的IC,並利用 此功能來限制最大輸出電壓,例如TPS61043就具備這 項功能。齊納二極體也可用來限制最大輸出電壓,然而這種做法的效率很低,因為在故障情況下,會有預先設定的最大電流通過齊納二極體。

白 光LED驅動器電源常被忽略的一個特性就是負載切斷。在電源關掉時,負載切斷可從電氣上將白光LED與輸入源切斷。這項特性在兩種情形下非常重要:關機和 PWM調光。如同圖2所示,就算升壓轉換器的電源被切斷,負載仍會經由電感和逆向電壓保護二極體(catch diode)連接到輸入端。由於輸入電源仍連接至白光二極體,就算電源停止工作,依然會有很小的電流繼續通過。可攜式產品可能有高達95%的時間處於待機 狀態,就算泄漏電流非常小,電池壽命也會大幅減少。負載切斷特性對於PWM調光也很重要,因為在調光停止期間,電源雖然不供應電流,但輸出電容器卻仍連接 至LED,若沒有負載切斷特性的協助,輸出電容器就會通過LED繼續放電,直到調光脈衝讓電源進入導通狀態。由於輸出電容器在每個調光周期剛開始時都處於 部份放電狀態,電源也必須在周期開始時對這些輸出電容器進行充電,使得每個周期都會出現涌入電流尖波,這個涌入電流不但會降低系統效率,還會在輸入電源線 路上造成電壓瞬時變動。有了負載切斷功能,LED與電路的聯機就會切斷,當電源供應停止導通時就不會有泄漏電流,輸出電容器也能在PWM調光周期之間保持 滿電位狀態。負載切斷電路的最佳實現方法是在LED和電流感測電阻之間加入MOSFET電晶體,因為將MOSFET電晶體加在電流感測電阻和地線之間會造 成額外的電壓降,此電壓還會成為輸出電流設定點的誤差電壓。

設計實例

這?堨H設計一部多功能手機螢幕的 白光LED驅動器為例,電源是由輸入電壓在2.7V至4.2V之間的鋰電池供應。手機螢幕內建四個串聯的白光LED,每個的最大正向電流為20mA,這種 設計需要20mA最大輸出電流和4×4V=16V電壓。該手機規格要求有螢幕亮度調整功能,手機在閑置一段時間後,能夠逐漸降低螢幕亮度。系統處理器通常 是由OMAP元件,負責提供PWM調光功能所需的數位訊號。電池壽命是主要考慮因素,因此效率應盡量提高。手機螢幕大約有98%的時間處於待機模式,因此 需要真正的負載切斷功能,以便延長電池的使用時間。手機受到體積限制,需要小型的整合化解決方案,TPS61043能滿足這些要求,它是電感式升壓轉換 器,內建功率FET電晶體,也是專為白光LED而設計驅動IC。TPS61043還提供負載切斷、過電壓保護和PWM調光功能,1MHz開關頻率讓此IC 能夠使用體積最小的外部零組件

主要的工程挑戰在於選擇正確的外部元件,同時完成 適當的電路佈局。電流感測電阻是最容易挑選的元件,正確的電阻值是由IC參考電壓0.252V除以所要求的白光LED最大電流0.02A來決定,此處相當 於12.6Ω,接著只需選擇最接近這個值的標準電阻即可。注意電阻的功耗只有5mW,因此可選擇0402型電阻器以節省電路板面積。

選 擇電感

選擇適當的電感不僅對確保設計符合效率要求很重要,也能配合有限的電路板面積。電感的選擇必需考慮三項參數:電感值、飽和 電流和線圈阻抗(DCR)。如同所有的交換式轉換器一樣,選擇電感就是在效率和電路板面積間做出取舍,較大的電感值可提供更小的阻抗、更高的效率和更大的 飽和電流額定值。較小的電感則使用較少的電路板面積,飽和電流額定值也較小,但線圈阻抗卻比較大,因此整體效率較低。

在傳統的升壓轉換 器中,輸出電感和電容器會決定轉換器的反饋迴路是否穩定,因此被選中的電感、電容器和補償網路零件都必須經過測試,確保電路能夠穩定工作。 TPS61043包含先進的控制電路,無論使用多大的電感值,它都能確保電源供應穩定,因此不必考慮反饋補償的問題。在這個控制拓樸中,開關頻率Fs是 由電感值、輸入電壓、輸出電壓和負載電流所決定,其運算公式如下:

其中:

Iout是白光LED的電流(最大值 0.02A);

Vout是輸出電壓(最大值16V);

Vin是輸入電 壓(最小值2.7V);

VF是逆向電壓保護二極體的正向電壓,此處假設為0.4V

Ilim是 峰值開關電流(總是0.4A,由控制拓樸決定)

Lout是電感值

既然體積是重要的設計參數, 電源當然應使用很高的開關頻率,但由於電感式轉換器的開關損耗會受到開關頻率影響,因此頻率越高通常就代表效率越低。同樣的,較低的開關頻率可以提供較高 效率。不幸的是,要如何選擇最適當的開關頻率,才能將轉換器開關損耗減至最少,這個問題目前仍沒有任何最終方程式可供求解。典型的設計步驟是選擇一個接近 最大可能頻率的頻率,設計轉換器,然後重新調整開關頻率和測量工作效率,接著不斷重覆整個過程,直到他們發現效率令人滿意為止。將開關頻率任意設為 700kHz,利用公式1可運算出電感值為4.8μH,由於4.7μH是業界標準的電感值,我們將它的電感值設為4.7μH。

無論電源 或負載的狀況如何,TPS61043控制拓樸都會將電感的峰值電流設為400mA,因此我們將電感的飽和電流設為 400mA。第三項參數是線圈阻抗,它會決定電感的體積,並且對設計整體效率造成重大影響。muRata LQH32CN4R7是飽和電流為650mA的4.7μH電感,故能符合我們的要求。這個電感的線圈阻抗為150mΩ,體積則只有 3.2×2.5×1.55厘米。

選擇輸入和輸出電容器

輸入電容器幫助穩定電源的輸入電源阻抗,這在電池供電型 系統中極為重要,因為在電源的開關頻率下,所有電池都會有很高的阻抗。若沒有輸入電容器,交換式電源以脈衝形式自輸入端汲取電流時,就會在輸入電源線路上 產生很大的電壓紋波,進而衝擊到系統的其餘部份。TPS61043 建議使用4.7μF的陶瓷輸入電容器,但設計人員可以使用更大的電容器值,沒有任何限制。較小的電容器值可以節省電路板面積和成本,但會增加輸入的紋波電 壓,在不增加輸入電容器的前提下,減少輸入紋波電壓的方法之一是提高驅動器的開關頻率,這可透過減少電感值來完成;在較高的開關頻率下,電容器阻抗變得較 小,這能降低紋波電壓。

交換式升壓轉換器的輸出電容器會直接影響輸出紋波電壓,但輸出電壓對於白光LED驅動電路並不重要,因此這個設 計可以使用低至0.1μF的輸出電容器。這麼小的輸出電容器確實會造成很大的紋波電壓,它會讓白光LED出現很大的紋波電流。幸好紋波電流並不會對白光 LED造成什麼影響,顯示器亮度是由白光LED平均電流決定,任何頻率在100Hz以上的紋波電流都不會被眼睛察覺。假設白光LED電流波形的波峰為 30mA,波谷為 10mA(平均20mA),那麼它所產生的顯示器亮度會和20mA直流電流完全相同。輸出電容器最好是使用陶瓷電容器,而且它的電壓額定值應該高於電源的 工作電壓,我們的輸出電壓大約是16V,因此可以使用16V的電容器,這是因為就算在故障情形下,輸出電壓也只會上升至19V,而陶瓷電容器在兩倍的額定 電壓下才會燒壞,所以16V的輸出電容器仍在可接受範圍內。對於壽命極長或可靠性很高的產品,最好使用電壓額定值較高的輸出電容器。

電 源的逆向電壓保護二極體(圖2中的D1)很容易選擇,它需要和電感相同的峰值電流額定值,逆向電壓額定值必須大於LED兩端的電壓。正向電壓很小的肖特基 二極體可以提供最高效率。

佈局佈線

選擇正確的IC,並為它挑選支援元件,都只是設計過程的一部份。電路 必須正確佈局,讓它能正常工作,而且不會產生過多的系統噪音。圖6是最後得到的白光LED驅動器電氣原理圖以及重要的電壓和電流波形,圖7則是典型的電路 板佈局佈線。在供電電源中,最重要的佈局約束條件就是從 D1經過輸出電容器到地線,再進入IC的地線接腳,然後從IC的SW接腳離開,最後再回到D1,這個迴路應該越短越好。C1的位置必須靠近L1,以提供波 形A所示的脈衝電流,此電流從C1出發,經過L1到地線,然後再回到C1,這個實體迴路面積應盡量縮小。波形B是開關節點的電壓,它會以每秒60萬次的速 度在地電位和輸出電壓之間切換,因此這個電路網路應該越短越好,減少任何可能的電磁輻射。注意波形B的電流會被分成波形C和D,這兩個路徑上的電流都非常 不連續,因此路徑長度必須盡量縮短,減少電磁輻射和電路板的電壓擺動。注意輸出電容器的位置應很靠近電源,而不是靠近負載,這樣所有開關電流將侷限在電源 端。由於電流是從電源供應流向白光LED,波形E幾乎就是直流,負載端也不需要電容器或濾波。如果輸出電容器的位置靠近白光LED,而不是電源供應電路, 電流就會在兩張電路板之間流動,使得系統噪音增加。

作者:Michael Day

 

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13 septembre 2010 1 13 /09 /septembre /2010 13:24

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出於美觀、維護、成本和衛生等原因,觸 控式螢幕技術開始向消費市場以外的醫療、工業和汽車市場滲透。隨著觸控式螢幕的問世,出現了多項觸控技術,如電容、電阻、電感、表面聲波和紅外線 觸控技術。每種設計技術都有各自的優缺點。

電容式觸控式螢幕基於印刷電路板上的電極設計,因觸控鍵、滑塊和滾輪功能而深受用戶喜愛,輕 鬆的觸控功能為用戶體驗增色很多。表面聲波觸控技術基於聲波,存在於需要透明的顯示螢幕設計中,例如娛樂園和人流很大的室內環境。紅外線觸控技術基於光線 間斷方法,主要用於低解析度的超大螢幕。電感式觸控式螢幕技術主要用於塑料、鋁製或不鏽鋼的面板,或者會暴露於液體的面板。

其中,電阻式觸 控式螢幕技術的成本競爭力最高,而且很容易整合在嵌入式設計內。這項技術主要用於設計面板尺寸不超過19英吋的觸控式螢幕。對手指觸控檢測和手寫筆檢測的 支援擴大了電阻觸控技術在消費電子中的應用範圍(圖1)。

圖1:手指和手寫筆檢測功能讓電阻式觸控式螢幕更好用。
圖 1:手指和手寫筆檢測功能讓電阻式觸控式螢幕更好用。

本文將主要探討電阻觸控式螢幕技術的特點、設計過程中應注意的問題以及潛 在的應用領域。

 

瞭解觸控 感測控制器

因為電阻觸控式螢幕現在很容易買到,而且價格隨時間逐漸下降,所以此項技術的應用範圍越來越廣。為了選擇最佳 的觸控式螢幕技術,應用設計人員必須深入考慮應用需求。電阻式觸控式螢幕技術只需一個簡易的印刷電路板設計,不像電容式和電感式觸控式螢幕技術,需要在印 刷電路板上設計電極或線圈蝕刻。因為觸控式螢幕直接覆蓋在顯示螢幕上,所以可以節省機械開關或電容式觸控鍵電極所需的印刷電路板空間。建議不要把電阻式觸 控式螢幕用於惡劣的環境中,例如經常爆炸或灰塵過多的礦區或工地。電阻式觸控式螢幕上很少的破損都會影響觸控精確度和線性。

電阻式觸控 式螢幕工作原理包括:

1. 電阻式觸控式螢幕是表面覆蓋觸控響應薄膜的透明玻璃板。

2. 電阻式觸控式螢幕面板有兩個電阻層(氧化銦錫)組成,中間是一層很薄的分隔層。

3. 電阻觸控式螢幕的兩個薄膜層組成一個電阻網路,充當觸控位置檢測功能的分壓電路。

4. 觸控式螢幕會在電阻網路組成的分壓器上引起電壓變化,這個電壓用於確定觸控螢幕的觸點位置。

5. 觸控式螢幕控制器(TSC)把捕捉的類比電壓訊號轉換成數位觸控座標訊號。內建類比數位轉換通道,充當測量類比電壓的電壓計。

6. 在觸控螢幕後,起到電壓計作用的觸控控制器首先在X+點施加電壓梯度VDD,在X-點施加接地電壓GND。然後,檢測Y軸電阻上的類比電壓,並把類比電壓 轉換成數值,用類比數位轉換器運算X座標(圖2)。在這種情況下,Y-軸變成感測線。同樣地,在Y+和Y-點分施加電壓梯度,可以測量Y座標。

7. 某些觸控控制器還支援觸控壓力測量,即Z軸測量。測量Z軸座標時,電壓梯度施加在Y+軸和X-軸上。

圖2:電阻式觸控式螢幕:X 座標測量: 黑點表示電壓梯度點;粉點表示觸控觸點。
圖 2:電阻式觸控式螢幕:X 座標測量: 黑點表示電壓梯度點;粉點表示觸控觸點。

電阻觸感主要有兩種形式:軟體觸感解決方案和 專用觸控式螢幕控制器晶片。

在軟體觸感解決方案中,微控制器須擔負所有的觸控檢測和座標運算任務。基於微控制器的軟體演算法採用內部的微 控制器進行觸控位置電壓測量,執行觸控檢測功能和座標處理功能。

在專用觸控式螢幕控制器內,控制器向系統主機(微控制器)發起一個檢測觸 控事件的中斷請求,並輸出代表觸控座標的數位數據。然後主處理器(MCU)讀取數位數據,執行客戶期待的作業命令。

基於MCU運算參數 的設計方法要求主處理器的速度非常快,只有這樣才能管理頻繁的觸控作業。對於快速觸控檢測應用,這不是一個非常可靠的設計。因為沒有數據平均和觸控檢測延 遲功能,這類設計檢測精密度比較低。具有數據採樣、測量值平均、觸控檢測延遲配置和數位觸控座標運算功能的專用觸控式螢幕控制器晶片才是真正的觸控式螢幕 控制器。這些晶片易於整合在產品設計中,具有更高的性能。

 

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弊 社は専門なエンドミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ

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弊社の製品の供給調達機能は:

(1)生活産業~ハイテク工業までのエンドミル設計

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Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web  www.tool-tool.com  for more info.

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