ЧПУ для печатных плат

Фрезеровка печатных плат в домашних условиях

Я не люблю травить печатные платы. Ну не нравится мне сам процесс возни с хлорным железом. Там напечатай, тут проутюжь, здесь фоторезист проэкспонируй — целая история каждый раз. А потом еще думай, куда бы слить хлорное железо. Я не спорю, это доступный и простой метод, но лично я его стараюсь избегать. А тут случилось у меня счастье: достроил я фрезер с ЧПУ. Тут же появилась мысль: а не попробовать ли фрезеровать печатные платы. Сказано — сделано. Рисую простенький переходник c завалявшегося esp-wroom-02 и начинаю свой экскурс во фрезеровку печатных плат. Дорожки специально сделал мелкими — 0,5 мм. Ибо если такие не выйдут — то и ну нафиг эту технологию.

Тут нужно маленькое отступление. Есть несколько путей, как из cad’а получить набор gcode’ов для фрезеровки печатной платы. На мой взгляд, они расходятся в зависимости от того, какой САПР вы пользуетесь. Если вы любитель Eagle — то под него существуют специализированные и хорошо интегрированные решения: PCB-GCode, возможность напрямую открывать BRD-файлы в chilipeppr. К сожалению, не так давно Autodesk поменяла политику лицензирования орла, и теперь он уже не так сильно нравится сообществу (можно посмотреть мнение одного видного представителя сообщества).

Так как лично я делаю печатные платы раз в пять лет по большим праздникам — мне для проектирования вполне хватает KiCAD. Для него специализированных удобных решений я не нашел, но есть более универсальный путь — с использованием gerber-файлов. В этом случае все относительно просто: берем pcb, экспортируем нужный слой в gerber (никаких зеркалирований и прочей магии!), запускаем pcb2gcode — и получаем готовый nc-файл, который можно отдать фрезеру. Как всегда, реальность — злая зараза и все оказывается несколько сложнее.

Получение gcode из gerber-файлов

Итак, как получить gerber-файл, я особенно описывать не планирую, я думаю, это все умеют. Дальше нужно запустить pcb2gcode. Оказывается, он требует примерно миллион параметров командной строки, чтобы выдать что-то приемлемое. В принципе, документация у него неплохая, я ее осилил и понял, как получить какой-то gcode даже так, но все же хотелось казуальности. Потому был найден pcb2gcode GUI. Это, как подсказывает название, GUI для настройки основных параметров pcb2gcode галочками, да еще и с предпросмотром.

Собственно, на этом этапе получен какой-то гкод и можно пробовать фрезеровать. Но пока я тыкал в галочки, выяснилось, что дефолтное значение заглубления, которое предлагает этот софт, — 0,05 мм. Соответственно, плата должна быть установлена во фрезере как минимум с точностью выше этой. Я не знаю, у кого как, но у меня рабочий стол у фрезера заметно более кривой. Самое простое решение, что пришло в голову, — поставить на стол жертвенную фанерку, отфрезеровать в ней карман под размеры плат — и она окажется идеально в плоскости фрезера.

Для тех, кто уже хорошо владеет фрезером, эта часть неинтересна. После пары экспериментов я выяснил, что фрезеровать карман обязательно нужно в одном направлении (например, подачей на зуб) и с захлестом хотя бы процентов на тридцать. Fusion 360 мне предложил сначала слишком маленький захлест и ездил туда-сюда. В моем случае результат получился неудовлетворительный.

Учет кривости текстолита

Выровняв площадку, я поклеил на нее двустороннего скотча, положил текстолит и запустил фрезеровку. Вот результат:

Как видно, с одного края платы фреза практически не задевает медь, с другого — слишком углубилась в плату, при фрезеровке пошли крошки текстолита. Посмотрев внимательно на саму плату, я заметил, что она изначально неровная: слегка выгнутая, и, как ты с ней ни мучайся, какие-то отклонения по высоте будут. Потом, кстати, я посмотрел и выяснил, что для печатных плат толщиной более 0,8 мм допуск ±8 % считается нормальным.

Первый вариант борьбы, приходящий в голову, — автокалибровка. По логике вещей — чего уж проще, плата омедненная, фреза стальная, приделал один проводок к меди, другой к фрезе — вот тебе готовый щуп. Бери да строй поверхность.

Мой станок управляется grbl’ом на дешевом китайском шилде. У grbl есть поддержка щупа на пине A5, но вот специального разъема на моей плате почему-то не выведено. Внимательно рассмотрев ее, я все же обнаружил, что пин A5 выведен на разъем SPI порта (подписанный как SCL), земля там тоже рядом есть. С этим «датчиком» одна хитрость — провода нужно переплести между собой. Во фрезере крайне до фига наводок, и без этого датчик будет постоянно давать ложные срабатывания. Даже после переплетения продолжит, но сильно-сильно реже.

Итак, датчик собран, тестером проверен, дальше важный вопрос — как проверить в grbl, что все в порядке и я не сломаю единственный гравер. Немного гугления показало, что ему нужно отправить команду G38.2 Z-10 F5.

Команда говорит: начинай спускаться вниз вплоть до –10 по Z (абсолютная это или относительная высота — зависит от режима, в котором сейчас прошивка). Спускаться будет очень медленно — со скоростью 5 мм/мин. Это вызвано тем, что сами разработчики не гарантируют, что спуск остановится ровно в момент срабатывания датчика, а не чуть позже. Поэтому лучше спускаться медленно, чтобы все остановилось вовремя и не успело уйти в плату по самое не балуйся. Лучше всего первый тест проводить, подняв голову на высоту сильно больше 10 мм и сбросив систему координат. В таком случае, даже если все не сработает и вы не успеете дотянуться до кнопки E-Stop’а, фреза не будет запорота. Можно провести два теста: первый — ничего не делать (и по достижении –10 grbl выдаст «Alarm: Probe Fail»), второй — пока оно едет вниз, чем-нибудь замкнуть цепь и убедиться, что все остановилось.

Дальше надо найти метод, как, собственно, промерить матрицу и исказить gcode как нужно. На первый взгляд, у pcb2gcode’а есть какая-то поддержка autoleveling’а, но поддержки именно grbl’а нет. Там есть возможность задать команды запуска пробы руками, но с этим надо разбираться, а мне, честно говоря, было лень. Пытливый ум мог бы заметить, что у LinuxCNC команда запуска пробы совпадает с командой grbl. Но дальше идет непоправимое различие: все «взрослые» интерпретаторы gcode’а сохраняют результат выполненной пробы в машинную переменную, а grbl просто выводит в порт значение.

Легкое гугление подсказало, что есть еще довольно много разных вариантов, но мне на глаза попался проект chillpeppr:

Это система из двух компонентов, предназначенная для игры с железом из вебни. Первый компонент — Serial JSON Server, написанный на go, запускается на машине, подключенной непосредственно к железке, и умеет отдавать управление последовательным портом по вебсокетам. Второй — работает у вас в браузере. У них есть целый фреймворк для построения виджетов с каким-то функционалом, которые потом можно засовывать на страничку. В частности, у них уже есть готовый workspace (набор виджетов) для grbl и tinyg.

И у chillpeppr’а есть поддержка autoleveling’а. Да еще и с виду он сильно удобнее UniversalGcodeSender’а, которым я пользовался до этого. Ставлю сервер, запускаю браузерную часть, трачу полчаса на то, чтобы разобраться с интерфейсом, загружаю туда gcode своей платы и вижу какую-то фигню:

Посмотрев в сам gcode, который генерирует pcb2gcode, вижу, что он использует нотацию, когда на последующих строках не повторяется команда (G1), а даются только новые координаты:

G00 X1.84843 Y34.97110 ( rapid move to begin. ) F100.00000 G01 Z-0.12000 G04 P0 ( dwell for no time — G64 should not smooth over this point ) F200.00000 X1.84843 Y34.97110 X2.64622 Y34.17332 X2.69481 Y34.11185 X2.73962 Y34.00364 X2.74876 Y31.85178 X3.01828 Y31.84988 X3.06946 Y31.82249 X3.09684 Y31.77131

Судя по тому, что chilipeppr показывает только вертикальные движения, он видит строку G01 Z-0.12 здесь, но не понимает все, что идет после F200. Нужно переделывать на explict нотацию. Конечно, можно руками поработать или напилить какой-нибудь post-processing скрипт. Но никто еще не отменил G-Code Ripper, который среди прочего умеет бить сложные команды gcode’а (типа тех же дуг) на более простые. Он же, кстати, тоже умеет по матрице autoprobe’а искривлять gcode, но встроенной поддержки grbl’а опять нет. Зато можно сделать тот самый split. Мне вполне подошли стандартные настройки (разве что в конфиге пришлось заранее поменять единицы измерения на mm). Результирующий файл начал нормально отображаться в chilipeppr:

Дальше запускаем autoprobe, не забыв указать расстояние, с которого опускать пробу, и ее глубину. В моем случае я указывал, что надо опускать с 1 до –2 мм. Нижняя граница не так важна, ее можно поставить хоть –10, но я бы не советовал: пару раз неудачно выставил начальную точку, с который надо запускать пробу, и крайние точки оказывались за пределами платы. Если заглубление больше — можно и гравер сломать. А так просто ошибка. От уровня верхней границы напрямую зависит то, как долго он будет промерять поверхность. В моем случае реально плата почти никогда не уходила за пределы 0,25 мм вверх или вниз, но 1 мм как-то надежнее. Жмем заветную run и бежим к фрезеру медитировать:

А в интерфейсе chilipeppr появляется потихоньку промеренная поверхность:

Здесь надо обратить внимание, что все значения по Z умножены на 50, дабы лучше визуализировать получившуюся поверхность. Это настраиваемый параметр, но 10 и 50 хорошо работают, на мой взгляд. Я достаточно часто сталкиваюсь с тем, что какая-то одна точка оказывается сильно выше, чем можно от нее ожидать. Лично я связываю это с тем, что датчик ловит-таки наводки и дает ложное срабатывание. Благо chilipeppr позволяет выгрузить карту высот в виде json’ки, ее можно руками после этого поправить, а потом руками же загрузить. Дальше жмем кнопку «Send Auto-Leveled GCode to Workspace» — и в перце уже загружен поправленный гкод:

N40 G1 X 2.6948 Y 34.1118 Z0.1047 (al new z) N41 G1 X 2.7396 Y 34.0036 Z0.1057 (al new z) N42 G1 X 2.7488 Y 31.8518 Z0.1077 (al new z) N43 G1 X 3.0183 Y 31.8499 Z0.1127 (al new z) N44 G1 X 3.0695 Y 31.8225 Z0.1137 (al new z) N45 G1 X 3.0968 Y 31.7713 Z0.1142 (al new z)

В код добавлены перемещения по Z, которые должны компенсировать неровность поверхности.

Выбор параметров фрезеровки

Запускаю фрезеровку, получаю вот такой результат:

Тут видно сразу три момента:

  1. Проблема с неровностью поверхности ушла: прорезано (точнее, процарапано) все практически на одну глубину, нигде нет пропусков, нигде не заглубился слишком сильно.
  2. Заглубление недостаточное: 0,05 мм явно не хватает для этой фольги. Платы, кстати, какой-то неизвестный зверь с AliExpress, толщину меди там не указали. Слой меди бывает разный, наиболее распространенные — от 18 до 140 мкм (0,018—0,14 мм).
  3. Явно видны биения гравера.

Про заглубление. Подобрать то, насколько глубоко надо опускать гравер, несложно. Но есть специфика. Конический гравер имеет в проекции форму треугольника. С одной стороны, угол сведения к рабочей точке определяет, насколько инструмент тяжело сломать и как долго он проживет, а с другой — чем больше угол, тем шире будет рез при заданном заглублении.

Формула расчета ширины реза при заданном заглублении выглядит так (нескромно взята с reprap.org и исправлена):

2 * penetration depth * tangens (tool tip angle) + tip width

Считаем по ней: для гравера с углом 10 градусов и точкой контакта 0,1 мм при заглублении 0,1 мм мы получаем ширину реза почти 0,15 мм. Исходя из этого, кстати, можно прикинуть, какое минимальное расстояние между дорожками сделает выбранный гравер на фольге выбранной толщины. Ну и еще, даже если вам не надо очень маленьких расстояний между дорожками, слишком глубоко фрезу опускать все равно не стоит, так как стеклотекстолит очень сильно тупит фрезы даже из твердых сплавов.

Ну и тут есть еще смешной момент. Допустим, у нас есть две дорожки, отстоящие друг от друга на 0,5 мм. Когда мы прогоним pcb2gcode, он посмотрит на значение параметра Toolpath offset (насколько отступать от дорожки при фрезеровке) и фактически сделает между дорожками два прохода, отстоящие друг от друга на (0,5 – 2 * toolpath_offset) мм, между ними останется (а скорее всего, сорвется) какой-то кусочек меди, и будет это некрасиво. Если же сделать toolpath_offset большим, чем расстояние между дорожками, то pcb2gcode выдаст warning, но сгенерирует только одну линию между дорожками. В общем случае для моих применений это поведение более предпочтительно, так как дорожки получаются шире, фреза режет меньше — красота. Правда, может возникнуть проблема с smd-компонентами, но маловероятно.

Есть выраженный случай такого поведения: если задать очень большой toolpath_offset, то мы получим печатную плату в виду диаграммы Вороного. Как минимум — это красиво 😉 На эффект можно посмотреть на первом скриншоте из pcb2gcode, что я давал. Там показано, как она будет выглядеть.

Теперь про биения гравера. Это я их зря так называю. Шпиндель у меня неплохой вроде и так сильно, конечно, не бьет. Тут скорее кончик гравера при перемещении изгибается и прыгает между точками, давая вот ту странную картину с точечками. Первая и основная мысль — фреза не успевает прорезать и потому перепрыгивает. Легкое гугление показало, что народ фрезерует печатные платы шпинделем на 50к оборотов со скоростью примерно в 1000 мм/мин. У меня шпиндель дает 10к без нагрузки, и можно предположить, что резать надо со скоростью 200 мм/мин.

Результаты и вывод

Учтя все это, промеряю новый кусок текстолита, запускаю фрезеровку и получаю вот такой результат:

Верхняя ровно так, как вышла из фрезера, нижняя — после того как провел по ней обычным точильным камнем пару раз. Как видно, в трех местах дорожки не прорезались. В целом по всей плате ширина дорожек плавает. С этим еще надо разбираться, но у меня есть предположение, в чем причина. Сначала я крепил плату на двусторонний скотч, и она достаточно часто отходила. Потом в паре мест прихватил еще краями головок саморезов. Вроде держаться стала лучше, но все равно немного играет. Подозреваю, что в момент фрезеровки она прижимается к площадке и из-за этого, собственно, не прорезается.

В общем, перспективы у этого всего есть. Когда процесс отработан, построение матрицы высот занимает минут пять-семь, потом непосредственно фрезеровка — пару минут. Вроде можно экспериментировать дальше. Зато можно потом сверловку делать на том же станке. Еще прикупить заклепок, и будет счастье! Если тема интересна, то могу написать еще одну статью про сверловку, двусторонние платы и пр.

Преимущества и недостатки фрезерования плат на ЧПУ

Данный способ довольно быстрый, но имеет как плюсы, так и минусы.

Плюсы:

  • минимальные затраты человеческого труда, почти всю работу делает станок;
  • экологичность процесса, нет взаимодействия с опасными веществами;
  • простота повторного производства. Для этого достаточно установить один раз правильные настройки – и процесс можно легко повторить;
  • массовость производства, так как можно изготовить достаточно большое количество необходимых изделий;
  • экономичность, идут затраты средств только на приобретение фольгированного стеклотекстолита, который стоит около 2 долларов за лист с размерами 200х150 мм;
  • высокое качество изготовления.

Минусы:

  • режущие инструменты и торцевые фрезы могут быть дорогими, а также они имеют свойство изнашиваться;
  • нет возможности изготавливать данный вид продукта при помощи фрез повсеместно;
  • фрезерование может занять некоторое время;
  • при снятии большого количества меди за один проход канавки фрезы забиваются, что затрудняет работу и ухудшает качество обработки;
  • размер реза зависит от диаметра фрезы и точности фрезерования. Если планируется использование SMD – деталей, необходимо тщательно проверить программу фрезеровки.

Процесс изготовления печатных плат

Все производство данного продукта делится на такие шаги:

  1. Поиск или самостоятельная проработка схемы и разводка дорожек.
  2. Подготовка нужных файлов для дальнейшего производства.
  3. Непосредственное производство.

Для 1 этапа на просторах интернета можно найти большое количество ПО, такого как Sprint Layout, PCad, OrCad, Altium Designer, Proteus и многие другие. Данные программы подойдут для проработки схем и разводки дорожек. Самым популярным сейчас является фрезеровка печатных плат на ЧПУ из программы Sprint Layout. Видео о ней вы сможете найти на нашем сайте.

Объемность второго этапа зависит от сложности платы, которую вы хотите получить. Для самых простых конструкций требуется небольшое количество файлов. Основными из них являются топология, файл для просверливания отверстий и файлы будущей обрезки заготовки и, конечно, готовой платы.

Третий этап включает в себя сверление отверстий под штифты для позиционирования платы на рабочем столе станка, а также вставка самих штифтов. Далее на них необходимо будет насадить плату и обрезать ее по контуру.

Программное обеспечение

Основная трудность фрезеровки печатных плат – это наличие нужных программ, которые позволят перевести рисунок платы в G-Code. Важным аспектом данного момента является то ПО, в котором вы в самом начале занимаетесь разработкой топологии.

Давайте разберемся с принципами работы станка при фрезеровке текстолита. Для лучшего понимания рассмотрим один из примеров работы программы, при помощи которой происходит фрезеровка платы:

  1. Закрепление заготовки на станине, фиксация специальной насадки в шпинделе для того, чтобы просканировать поверхность чтобы увидеть и определить неровности.
  2. Установка фрезы для дорожек в шпиндель, и сам запуск программы для фрезерования.
  3. Установка сверла для сверления отверстий и запуск программы для сверления.
  4. Последним этапом является обрезка ПП по контуру при помощи фрезы. Далее плату можно свободно вынимать из листа текстолита, процесс производства завершен.

Заключение

При нужных настройках и правильно подобранном режиме резания, печатная плата получается довольно высокого качества и не требует дальнейшей доработки.

Такой способ является выгодным в экономическом плане, если дома имеется станок с ЧПУ, или при заказе у предприятий довольно больших объемов однотипных изделий.

ЧПУ фрезер Cyclone PCB Factory. Станок для гравировки печатных плат.

Как сейчас помню, 23го февраля наткнулся на пост на тудее, где человек хотел гравировать печатные платы на 3д принтере. В комментариях посоветовали не мучать животинку принтер и обратить внимание на проект Cyclone PCB Factory.
Загорелся идеей. В последствии, в какой то момент я даже пожалею что взялся, но это будет сильно позже.
О собственном ЧПУ фрезере для печатных плат я мечтал очень давно, это была вторая хотелка после 3д принтера. Решил повторить проект, тем более что кое-что у меня в закромах уже было.
.
Скачал файлы проекта и не долго думая принялся печатать детальки. Управился примерно за неделю. Распечатал все, кроме оси Z.
Подробных фотографий всех деталей не осталось. Кому-то делал скриншот настроек печати и результата. Сопло 0,4, высота слоя 0,24. Печатал и слоем 0,28 — вполне нормально печатает.

Станок захотелось сделать цветным, поэтому разные детали печатал пластиком разного цвета. Пластик использовал ABS Prostoplast. Цвета космос, травяной зеленый, алеющий закат.
Лучше бы напечатал все серым космосом. Красный и зеленый оказались достаточно хрупкими и часть деталей дали трещины при сборке. Что-то вылечилось ацетоном, что-то заново перепечатал.
Комплектующие:
Три свободных шаговых двигателя у меня было, покупал их под проект 3д принтера, решил временно задействовать.Направляющие 8мм добыл из струйных принтеров, раздербанив несколько принтеров на органы. Шерстил местные комиссионки, авито. Донорами стали струйные принтеры HP по 100-200 рублей за штуку. Длинная направляющая пилилась на две части, на оси X и Z.
Прижим бумаги с которого я снял резиновые ролики пошел на ось Y. Длины как раз хватило чтоб обрезать по накатку.Линейные подшипники оставались с 3д принтера, принтер я перевел на бронзовые втулки в горошек.
В качестве электроники решил использовать одну из своих Arduino Uno на atmega328p. Докупил на Али плату cnc shield 3.0 для Arduino за 200 с копейками рублей.
Блок питания 12В из Леруа Мерлен. Покупал чтоб запитать три 12В галогенки, но он их не потянул. Пришлось отремонтировать трансформатор для галогенок Tachibra, а этот блок питания прижился на станочке.
На 3д принтер я поставил драйвера 8825, с принтера у меня остались a4988. Их и поставил на станок.
Подшипники 608ZZ заказал на Али, десяток за 200 с копейками рублей..
В качестве шпинделя планировал использовать свой китайский гравер GoldTool.
Резьбовые шпильки м8 достались с работы на халяву, остались с какого-то монтажа. Подобрал практически «с помойки».
Пока печатался проект и ехали детали с Али, попросил знакомого мебельщика вырезать из МДФ основание и столик. Он не поленился и не пожалел обрезков, выпилил 2 основания и 2 столика. На фото один из комплектов.Фанеры у меня в закромах не было, купить лист фанеры не позволило жадное животное. МДФ кстати подошел очень хорошо.
Начал собирать станок. Все бы ничего, но стандартные гайки на 13 проваливались и болтались внутри шестерни, гайки на 14 не лезли в шестерни. Пришлось 14е гайки вплавить в шестерни паяльником.
Шестерни или болтались на осях шагового двигателя, или не лезли.
Гайки винтов м3 прокручивались в посадочных гнездах.
Нашел у себя несколько квадратных гаек под резьбу м3 (разбирал когда-то какой-то штеккер, из него), которые идеально подошли и не прокручивались. На работе еще нашел таких штеккеров и пустил на гайки. В основном это крепления направляющих. Обычные гайки для резьбы м3 приходилось придерживать тонким жалом отвертки, чтоб не прокручивались.
Как-то собрал. Позже читая темы про Cyclone, наткнулся
Из этого набора заново распечатал шестерни и крепление концевика по оси Z. Жаль мне не попался этот набор запчастей раньше. Печатал бы эти запчасти.
В надежде применить свой китайский гравер распечатал сначала одно крепление под дремель из комплекта, потом второе. Не подошло, мой гравер ни в одно не лез. Оригинальный же дремель, самый простой, стоил три с небольшим тысячи рублей. За что ???

Лишние запчасти.И еще, линейные подшипники в своих гнездах болтались как что-то в проруби.
Пришлось за тысячу с небольшим заказать на али 200Вт шпиндель с цанговым зажимом ER11. Удачно попал на скидки и использовал купон.Пока ехал шпиндель, распечатал под него крепление из комплекта станка. И снова прокол, оно такое же ущербное. И ни слова про хомут для шпинделя.В итоге нашел и распечатал
После небольшой доработки крепление встало на станок, в него хорошо вошел шпиндель.А вот подшипники на втулках Cargo пришлось из них убрать. Поставил китайские LM8UU
Отдельно хочется сказать про китайские подшипники 608zz. Подшипники с новья с люфтом. Ужасные. Одно что стоят сравнительно не дорого. У нас подшипники не искал.Кстати подшипники в посадочные места вошли так же, как нечто в прорубь. В посадочных местах подшипники болтались. Не знаю, баг это или фича. В итоге на обоймы подшипников мотнул изоленты.
Китайские lm8uu и lm8luu от 3д принтера так же оказались хламом. В итоге на ось Y сделал подшипники скольжения на втулках Cargo 141091. Распечатал пластиковую обойму и в нее вставил по паре втулок. Получившиеся подшипники вставил в крепления.
На ось Z выбрал более менее живые lm8uu. На ось X верхний подшипник поставил lm8uu, а вместо двух нижних распечатал пластиковую обойму по размеру lm8luu и в нее вставил пару втулок Cargo.
Удачно я ими в свое время закупился. Пригодились.
Во время сборки станка я и пожалел, что взялся. Но, деваться было некуда, надо было проект завершать. Собрал. Запустил!
Еще немного фотографий процесса сборки.
Самое начало сборки…Каретка Х и ось Z.Вообще, на Thingiverse достаточно много моделей запчастей для этого станочка. Поэтому не стоит упираться в оригинальный проект.
В итоге вот что получилосьПример фрезеровки.
Файл подготовил под фрезу 0.2мм, но ее стало жалко. Вдруг сломал бы. В итоге на пробу нарезал рисунок фрезой 0.4мм на кусочке не фольгированного гетинакса. Проба пера, или фрезы.В следующей статье более подробно расскажу про электронику станка, настройку прошивки, и наверное немного про ПО.

ЧПУ станок очень удобно использовать в домашней радиолюбительской мастерской для изготовления печатных плат как макетов изделий, так и малых партий изделий. Наличие гравировально – фрезерного ЧПУ в домашней мастерской или малом предприятии позволяет как сократить время необходимое на изготовление печатной платы при изготовлении макетов, прототипов малых партий продукции, так и повысить качество изготавливаемых печатных плат по сравнению с другими способами изготовления. Использование станка с числовым программным управлением позволяет выполнять полный спектр операций по изготовлению печатной платы — фрезеровку проводящего рисунка (дорожек), сверление отверстий как для установки компонентов так и для межслойных переходов, обрезки и платы по контуру.

Для начала необходимо создать проект печатной платы. Для этого очень удобно использовать очень популярную в среде радиолюбителей программу Sprint Layout 6. При разработке нужно учитывать технологические особенности обработки фольгированного текстолита на станке с чпу, то есть производить трассировку достаточно широкими дорожками, оставляя необходимые зазоры для прохождения гравера/фрезы и т.д. Точкой начала отсчета координат необходимо выбрать ЛЕВЫЙ НИЖНИЙ УГОЛ, рисунок 1.

рисунок1

На слое О рисуем контур (границы) печатной платы по которым будет производиться обрезка готовой платы. Толщину линий указываем в зависимости от диаметра используемой для обрезки платы фрезы. Контролируем, зазор между краем платы и дорожками, чтобы контур не пересекалися с дорожками. Для того, чтобы плата после вырезки по не была выброшена из заготовки и не повредилась фрезой, оставляем перемычки, на которых плата будет держаться в заготовке. Их легко можно будет потом перекусить бокорезами при извлечении готовой платы. Выключаем лишние слои и предварительно осматриваем плату, рисунок 2.

рисунок 2

Открываем окно настройки «стратегий» фрезеровки, рисуноки 3 и 4.

рисунок 3

рисунок 4

В оконе «ширина дорожки» (рисунок 4) указываем толщину нашего режущего инструмента. Например гравер с режущим кончиком 0,6мм. Для удобства дальнейшей обработки ставим галочку «наметить отверстия». Нажимаем «Ок». Сохраняем в удобном для нас месте рисунок 5.

рисунок 5

После вычисления траектории обработки плата будет выглядеть следующим образом , рисунок 6:

рисунок 6

Наглядно можно отследить путь прохождения фрезы и количество меди, которое она снимет. Для удобства отображения траектории движения фрезы тонкой линией можно нажать выделенную кнопку, рисунок 7:

рисунок 7

На данном этапе необходимо внимательно отследить траекторию движения фрезы — проконтролировать отсутствие замыкания между проводящими дорожеками не принадлежащими к одоимённой цепи . При выявлении ошибки – исправить и пересохранить файл.
Далее необходимо подготовить управляющую программу, для станка. С помощью утилиты Step Cam 1.79 (скачать можно в интернете) открываем наш файл фрезеровки, производим настройку рабочей подачи и глубины резания (зависит от использумого станка, инструмента и материала) и конвертируем в G-code, нажав клавишу Make G-code. Программа на основе файла фрезеровки сгенерирует G-код обработки. Увидеть результат генерации G-кода можно с помощью вкладки Action -> Draw G-code. Если ничего не отобразится – нужно кликнуть мышью в окошке, рисунок 8.
Опытным путем подбиаем глубину фрезеровки, стараясь настроить станок так, чтобы фреза/гравер снимал только слой меди, с небольшим перерезанием. Данный параметр зависит от толщины медной фольги фольги используемого текстолита.

рисунок 8

Нажимаем Save G-code. Файл готов.
Загружаем файл в Mach3,проводим визуальный контроль загруженного файла. Выставляем нули на станке, запускаем обработку.
Для сверлнения отверстий в плате и вырезания по контуру настройка и подготовка файлов аналогична. Примерные настройки указаны на рисунках 9 и 10.
Сверление рисунок 9:

рисунок 9

Фрезеровка платы по контуру, рисунок 10:

рисунок 10

Сохраняем настройки для сверления и фрезеровки контура отдельно. Загружаем в Step Cam. Указываем глубину обработки, в зависимости от толщины используемого текстолита, с небольшим перерезанием. К примеру при толщине текстолита 1,5 мм выставляем для сверления 1,6-1,7 мм. Фрезеровку по контуру желательно выполнять в 2 – 4 прохода, в зависимоти от характеристик режущего инструмента. Для этого задаем в Step Cam глубину погружения при фрезеровке 0,5 мм, а затем после каждого прохода на станке вручную опускаем по оси «Z» инструмент и обнуляем.

Некоторые нюансы работы на станке при изготовлении печатной платы:
1. Поверхность рабочего стола должна быть максимально плоской и ровной. Один из вариантов добиться этого – сделать «жертвенный стол» из фанеры и отторцевать его. Для этого к основному рабочему столу станка крепится лист фанеры, а затем с помощью крупной фрезы фрезеруется «ложе» под плату на небольшую глубину (1-2мм).
2. Стеклотекстолит не всегда идеально ровный материал, и толщина его тоже может варьироваться. Поэтому резать необходимо с небольшим перерезанием. Некоторые опытные люди специально составляют карты высот, для более точной обработки. Степень перерезания определяется опытным путем.
3. Для фрезеровки можно использовать гравер типа «пирамидка» с кончиком от 0,4 до 1мм. Для сверления существуют сверла на 0,8-1,5мм с хвостовиком под стандартную цангу 3,175мм. Вырезать по контуру лучше всего фрезой «кукуруза» 2-3мм.
4. Инструмент каждый раз меняется вручную. Для этого после выполнения, например фрезеровки дорожек, останавливаем шпиндель, станок оставляем в режиме удержания. Поднимаем режущий инструмент на удобную для замены высоту, меняем. После этого производим выставление нуля по оси «Z». И так при каждой смене инструмента. Координаты X и Y не обнуляем.
5. Не забываем, что стеклотекстолит не самый полезный материал для организма. Особенно вредна пыль текстолита для дыхательных путей. Поэтому желательно организовать вытяжку или иным другим способом удалять лишнюю пыль из области резки. Можно например периодически смачивать печатную плату водой или друой подходящей жидкостью, с помощью медицинского шприца. Неплохо с задачей защиты дыхательных путей справится влажная повязка на нос/рот или респиратор.

!Статья носит ознакомительный характер, основана на личном опыте автора и не является единственно верным и возможным решением.

ЧПУ-станок для рисования из CD-приводов

В этой статье рассмотрим еще одну модель робота-художника. Такие аппараты просты в изготовлении и могут служит учебным пособием на уроках труда или в кружках. А если немного доработать станок и установить мотор, то можно получить небольшой ЧПУ-гравер.
Инструменты и материалы:
-ДВД-привод-2 шт;
-Ардуино Нано;
-Драйвер двигателя L293D-2 шт;
-Сервомотор;
-Печатная плата;
-Акрил;
-Pin-разъем;
-16-контактный разъем 2 шт;
-Паяльник;
-Провод;
-Ножовка;
-Наждачная бумага;
-Линейка;
-Маркер;
-Разъем питания;
-Пружина;
-Зажим;
-Отвертка;
-Клей;
-Кусачки;
-Режущий плоттер;
Шаг первый: рамка
Из акрила вырезает заготовки для рамки аппарата.
Склеивает рамку. Получается две рамки для осей X и Y.
Шаг второй: разборка приводов
Разбирает привода. Для сборки станка нужны шаговые двигатели и направляющие.
Шаг третий: ползунки
Отпиливает проушину и приклеивает ее к ползунку как на фото.
Шаг четвертый: направляющие
Устанавливает на направляющие ползунок. Приклеивает направляющие к рамке. Повторяет операцию с осью Y.
Шаг пятый: шаговые двигатели
Прикручивает к рамке шаговый двигатели осей X и Y.
Шаг шестой: соединение X и Y
Соединяет две рамки.
Шаг седьмой: ось Z
Дальше собирает ось Z. Вставляет стержень в направляющую. Устанавливает пружину. Приклеивает пластиковый ограничитель. К ограничителю приклеивает зажим. Направлявшую приклеивает к акриловой планке. Устанавливает сервомотор.
Закрепляет ось Z на оси Y.
Шаг восьмой: электрочасть
От шаговых двигателей откусывает шлейфы. Припаивает к контактам провода.
Отрезает от трубки четыре кусочка. Приклеивает их к рамке. На них будет опираться печатная плата.
Согласно схемы собирает плату.
Шаг девятый: загрузка кода
Подключает Ардуино к ПК. Загружает код.
Скачать код можно .
Шаг десятый: программа
Для работы со станком мастер использует программу GCTRL.
Весь процесс сборки станка можно посмотреть на видео.

Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. .