印制电路板PCB(Printed Circuit Board)行业隶属于电子信息产业,是一个年轻的行业,PCB曝光机则是现代化制造PCB最主要的设备之一。PCB曝光机是一种集成了机械、电气控制、计算机技术、电子光化学技术、真空技术等多个学科领域的高科技含量的制造设备,完成的是PCB制造过程中的图像转移工序。近十年,受益于电子信息产业高速发展对PCB产生的大量需求,PCB曝光机行业全球发展势头良好。我国是全球PCB第一生产大国,PCB曝光机市场广阔,但是高端市场份额占有率并不高。面对工业4.0时代对设备制造提出的快速反应、高集成度、高度模块化(柔性)、高生产率等方面需求,厂家应能快速定型并生产出适应不同板幅PCB的不同尺寸系列的高效率曝光机。然而,几乎现行的所有PCB曝光机(不论手动、半自动或全自动),其Z向进给系统组件均采用分散布置的方式,造成位置传感器、行程开关等控制元件多,编程与控制较复杂,安装与调试耗时等;现有进给方法效率较低,还导致Z向进给系统尺寸粗大,内部空间利用率低。总之,现行Z向进给系统集成度低,不适应时代对设备的小型化、工艺性、高效率的需求。研究尝试解决上述问题,对PCB曝光机Z向现行方案进行了重新设计,将PCB曝光机Z向进给系统集成为一整体,并革新了进给方法。首先,运用集成设计理论,对Z向系统多个部件进行整合,形成整体式Z向进给系统并建立物理模型,同时提出与之对应的新的进给方法,形成初步方案,并且对新的进给方法进行了进给效率分析。然后,应用静力学理论,对初步方案进行部件、整体分析,对初步方案进行了布置优化。继而,运用有限元理论、优化准则拓扑理论,对关键零部件进行优化并确定其具体结构和尺寸。最后,通过对初步方案的不断分析与优化,达成相对现行Z向进给系统方案在质量、尺寸、效率、装配工艺等方面均有不同程度优化的目标。成功研究曝光机的小型化、Z向进给系统的集成设计,提高了进给行程效率,为高性能曝光机的研制提供理论指导,为后续研究提供有效参考。