Чпу станок для печатных плат. Фрезеровка печатной платы на чпу. Монтируем электронную начинку станка

В наше время у рукодельных людей всё чаще можно встретить новые станки, которые управляются не руками, как мы все привыкли, а компьютерной программной и компьютеризированной оснасткой. Такое новшество получило название ЧПУ (числовое программное управление).

Такая технология применяется во многих учреждениях, на больших производствах, а также в хозяйских мастерских. Автоматизированная система управления позволяет сэкономить очень много времени, а также повысить качество производимой продукции.

Автоматизированной системой управляет программа с компьютера. В эту систему входят асинхронные двигатели с векторным управлением, имеющие три оси движения электрического гравера: X, Z, Y. Ниже мы рассмотрим, какими бывают станки с автоматическим управлением и расчётами.

Как правило, на всех станках с ЧПУ используется электрический гравер, либо фрезер, на котором можно менять насадки. Станок с числовым управлением применяется для придания тем или иным материалам элементов декора и не только. ЧПУ станки, в связи с продвижениями в компьютерном мире, должны иметь множество функций. К таким функциям относятся:

Фрезерование

Механический процесс обработки материала, в процессе которого, режущий элемент (насадка, в виде фрезы), производит вращательные движения на поверхности заготовки.

Гравировка

Заключается в нанесении того или оного изображения на поверхности заготовки. Для этого используют либо фрезы, либо штихель (стальной стержень с заострённым под углом одним концом).

Сверление

Механическая обработка материала резаньем, с помощью сверла, за счёт которого получаются отверстия разных диаметров и отверстия, имеющие много граней различных сечений и глубин.

Лазерная резка

Способ раскроя и резанья материала, при котором отсутствует механическое воздействие, сохраняется высокая точность заготовки, а также деформации, совершаемые данным способом, имеют минимальные деформации.

Графопостроитель

Производится высокоточное рисование сложнейших схем, чертежей, географических карт. Рисование производится за счёт пишущего блока, посредством специализированного пера.

Рисование и сверление печатных плат

Производство плат, а также рисование электропроводящих цепей на поверхности диэлектрической пластины. Также сверление маленьких отверстий под радиодетали.

Какие функции будет выполнять ваш будущий станок с программным управлением решать только вам. А дальше рассмотрим конструкцию станка ЧПУ.

Разновидность станков ЧПУ

Технологические признаки и возможности данных станков приравниваются к универсальным станкам. Однако, в современном мире, выделяют три разновидности станков ЧПУ:

Токарные

Предназначение таких станков заключается в создании деталей по типу тел вращения, которое заключается в обработке поверхности заготовки. Также производство внутренних и наружных резьб.

Фрезерные

Автоматизированная работа этих станков заключается в обработке плоскостей и пространств различных корпусных заготовок. Осуществляют фрезеровку плоскую, контурную и ступенчатую, под различными углами, а также с нескольких сторон. Производят сверление отверстий, нарезание резьб, развёртывание и растачивание заготовок.

Сверлильно — расточные

Выполняют рассверливание, сверление отверстий, растачивание и развёртывание, зенкерование, фрезеровка, нарезание резьб и многое другое.

Как мы видим, станки ЧПУ имеют большой ряд функционала, которые они совершают. Поэтому и приравниваются к универсальным станкам. Все они стоят очень дорого и купить какую-нибудь установку из вышеперечисленных просто невозможно, в силу финансовой недостаточности. И можно подумать, что придётся совершать все эти действия вручную, на протяжении всей жизни.

Можно не расстраиваться. Умелые руки страны, ещё с первого появления заводских станков ЧПУ, начали создавать самодельные прототипы, которые работают не хуже профессиональных.

Все комплектующие материалы для станочков ЧПУ можно заказать в интернете, где они находятся в свободном доступе и стоят довольно-таки недорого. Кстати, корпус автоматизированного станка можно изготовить своими руками, а за правильными размерами можно обратиться в интернет.

Совет: Перед выбором станка ЧПУ определитесь с тем, какой материал вы будете обрабатывать. Этот выбор будет иметь главное значение при сооружении станка, так как это напрямую зависит от размеров оборудования, а также затрат на него.

Конструкция станка ЧПУ полностью зависит от вашего выбора. Можно приобрести уже готовый стандартный набор всех необходимых деталей и просто собрать его в своём гараже или мастерской. Или заказывать всё оснащение отдельно.

Рассмотрим стандартный набор деталей на фото :

1. Непосредственно рабочая область, которая производится из фанеры - это столешница и боковой каркас.
2. Направляющие элементы.
3. Держатели направляющих.
4. Линейные подшипники и втулки скольжения.
5. Опорные подшипники.
6. Ходовые винты.
7. Контролёр шаговых двигателей.
8. Блок питания контролёра.
9. Электрический гравер или фрезер.
10. Муфта, соединяющая вал ходового винта с валом шаговых двигателей.
11. Шаговые двигатели.
12. Ходовая гайка.

Используя данный перечень деталей, вы смело сможете создать свой собственный фрезерный по дереву с ЧПУ станок с автоматизированной работой. Когда вы соберёте всю конструкцию, можете смело приступать к работе.

Принцип работы

Пожалуй, самым главным элементом на этом станке является фрезер, гравер или шпиндель. Это зависит от вашего выбора. Если у вас будет стоять шпиндель, то хвостик фрезы, который имеет цангу для крепления, будет плотно крепиться в цанговый патрон.

Сам патрон непосредственно закреплён на шпиндельном вале. Режущая часть фрезы подбирается исходя из выбранного материала. Электрический мотор, который располагается на движущейся каретке, вращает шпиндель с фрезой, что позволяет обрабатывать поверхность материала. Управление шаговыми двигателями происходит от контролера, на который подаются команды с компьютерной программы.

Электроника станка работает непосредственно на обеспечении компьютерного обеспечения, которое должно поставляться с заказываемой электроникой. Программа передаёт команды, в виде G - кодов на контролер. Тем самым эти коды сохраняются в оперативной памяти контролера.

После выбора на станке программы обработки (чистовой, черновой, трёхмерной), команды распределяются на шаговые двигатели, после чего происходит обработка поверхности материала.

Совет: Перед началом работы, необходимо протестировать станок, специализированной программой и пропустить пробную деталь, чтобы убедиться в правильности работы ЧПУ.

Сборка

Сборка станка своими руками не займёт у вас слишком много времени. Тем более что в интернете сейчас можно скачать очень много различных схем и чертежей. Если вы купили набор деталей для самодельного станка, то его сборка будет очень быстрой.

Итак, разберём один из чертежей собственно ручного станка.

Чертёж самодельного станка ЧПУ.

Как правило, первым делом из фанеры, толщиной 10-11 миллиметров, изготавливается каркас. Столешница, боковые стенки и подвижный портал для установки фрезера или шпинделя, изготавливаются только из фанерного материала. Столешница делается подвижной, используются мебельные направляющие соответствующих размеров.

В итоге должен получиться вот такой вот каркас. После того, как каркасная конструкция готова, в дело вступает дрель и специальные коронки, с помощью которых можно сделать отверстия в фанере.

Каркас будущего станка ЧПУ.

В готовом каркасе необходимо подготовить все отверстия, чтобы установить в них подшипники, направляющие болты. После этой установки, можно производить установку всех крепёжных элементов, электрических установок и т.д.

После того, как сборка завершена, важным этапом становится настройка программного обеспечения станка и компьютерной программы. При настройке программы проверяется работа станка на правильность заданных размеров. Если всё готово, можно приступать к долгожданным работам.

Совет: Перед началом работы необходимо проверить правильность крепления заготовочного материала и надёжность крепления рабочей насадки. Также убедиться в том, что выбранный материал соответствует изготовленному станку.

Наладка оборудования

Наладка станка ЧПУ производится непосредственно с рабочего компьютера, на котором установлена программа для работы со станком. Именно в программу загружаются необходимые чертежи, графики, рисунки. Которые в последовательности преобразуются программой в G - коды, необходимые для управления станком.

Когда всё загружено, совершаются пробные действия, относительно выбранного материала. Именно при этих действиях совершается проверка всех необходимых предустановленных размеров.

Совет: Только после тщательной проверки работоспособности станка можно приступать к полноценной работе.

Техника безопасности

Правила и техника безопасности при работе с данным станком ничем не отличается от работы на всех остальных станках. Ниже будут представлены самые основные:

• Перед работой проверить исправность станка.
• Одежда должна быть заправлена должным образом, чтобы нигде ничего не торчало и не могло попасть в рабочую зону станка.
• Должен быть одет головной убор, который будет прижимать ваши волосы.
• Около станка должен быть резиновый коврик или невысокая деревянная обрешётка, которые защитят от утечки электричества.
• Доступ к станку детям должен быть категорически запрещён.
• Перед работой со станком проверить все крепёжные элементы на их прочность.

Совет: К работе на станке необходимо подходить с трезвой головой и пониманием, что при неправильной работе вы можете нанести себе непоправимый вред.

С полными требованиями к безопасности при работе со станком вы сможете найти во всемирной паутине, т.е. в интернете и ознакомиться с ними.

Видео обзоры

Обзор сборки станка самодельного с ЧПУ

Видео обзор простого станка с ЧПУ

Обзор возможностей самодельного ЧПУ станка

Обзор шаговых двигателей

Обзор видео многоканального драйвера для шаговых двигателей

Оптимальным и популярным на сегодняшний день способом является фрезеровка печатной платы на ЧПУ.

Традиционно, есть три способа создания любительских печатных плат:

1. Фрезеровка печатных плат на ЧПУ.
2. Использование переноса тонера и химическое травление в хлорном железе, но в данном методе может быть сложным достать нужные материалы, плюс ко всему, химикаты – опасные вещества.
3. С помощью платных услуг предприятий, которые этим занимаются – услуги довольно недорогие, цена зависит от трудоемкости заказа, сложности и объема. Но это не очень быстрый процесс, поэтому придется ждать некоторое количество времени.

В данной статье мы рассмотрим, стоит ли заниматься данным видом работы, что для этого требуется, и какие усилия нужно приложить, чтобы получился качественный продукт на выходе.

Преимущества и недостатки фрезерования плат на ЧПУ

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

• 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.

• 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.

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 на переработанные детальки станка под метрический крепеж. 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 вот это крепление под 52мм шпиндель 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...

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.

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.

▌Станок
Для гравировки платы нужен фрезерный станок ЧПУ. Кудаж без него. У меня тут какой то китаец без роду и племени. С рабочим столом 200 на 200мм и 12мм валами.

Стоит на нем такой же безродный коллекторный шпиндель на 350Вт, дающий около 15000 оборотов. Довольно мало, надо сказать. Хорошо бы от 30 000, а лучше 50-100 тысяч.

Управляется все простейшей платкой опторазвязок на LPT порт.

Через MACH3, на который натянут скринсет от Михаила Юрова. Нагугливается на каждом углу.

Без него интерфейс MACH3 ничего кроме рвотных позывов не вызывает обычно. Вырвиглазная дичь. Особенно с непривычки.

Про сам станок, его конструкцию, настройку и работу если кому то будет интересно я расскажу в другой раз. Там нет ничего сложного, все делается интуитивно и дубово.

▌фрезы

Основной инструмент который нам нужен — это гравировальный штихель. Вот такая вот коническая фреза. Чем острей тем лучше. Ходовые размеры острия в 0.1мм (если хотите забацать что то уровня LQFP и с дорогами в 0.3мм) и 0.2мм для более крупных корпусов вроде SOIC и широких, под 0.5мм, дорожек. Также не помешат такого же плана фреза, но с режущей кромкой 1 или даже 1.5мм — пригодится если придется не просто гравировать изоляцию контуров, а нужно будет сносить целые полигоны.

Также нужны будут сверла. У меня три размера используется. 0.4..0.6мм для переходных отверстий. 0.8…1мм для обычных TH компонентов и 3мм для крепежных отверстий под всякие потенциометры, энкодеры, крепежные отверстия в плату и так далее. Чтобы было удобней, я держу инструмент сразу в цанге-гайке. Так как правило не всегда удается подобрать все под одну цангу. А достать цангу из гайки, особенно если это цанга маленького размера, бывает сложно. Поэтому проще иметь штук пять гаек и цанг под все случаи жизни. И держать их такими вот наборами.

Для обрезки платы используется фреза «кукуруза» диаметром 2…3мм, лучше 2. Не так много опилок и нагрузка на станок меньше.

Плата просто приклеивается к жертвенному столу скотчем. Кстати, стол можно сфрезеровать под ноль, тогда все огрехи геометрии станка по крайней мере будут повторять форму подложки, что позволит повысить точность. Но я этого делать не стал, хотя у меня расхождение между углами составляет около миллиметра. Просто к гладкой ламинированной МДФ панели лучше клеится текстолит и при удалении скотч отрывается сразу полностью, не размазываясь по волокнистой структуре МДФ. Разница как… отрывать скотч от лакированного стола или от картонной коробки. Коробка срывается с мясом. Тут так же почти. Потому не фрезерую.

▌Сканирующий софт
Чтобы компенсировать кривизну стола, а у меня она особо кривая, я провожу сканирование поверхности, строя карту высот. Сначала надо подготовить карту высот:

Вообще в Mach3 есть свой визард для этой цели. Искать в меню Wizard-Pick Wizard…-Digitize Wizard , откроется вот такая хреновина:

Где можно указать размер общупываемой поверхности (Width и Height of area ), безопасную высоту перемещения щупа (Z travel ), глубину до которой щуп будет искать поверхность (Z Axis Probe Depth ). Stepover это шаг по осям, а FeedRate скорость с которой щуп пойдет до поверхности. Чем быстрей тем быстрей сканирование, но по инерции он может попасть чуть глубже чем надо. Поэтому тут надо ловить баланс. Потом жмете Create and Load Gcode и у вас в мач сразу же будет загружен готовый код сканирования. Я не пользуюсь этим визардом потому, что он не очень удобный. Куда проще сгенерировать код в той же проге которая будет править код плана резки. Это G-code Ripper .

Брать его с официального сайта Не забыв передать привет мудилам из Роскомнадзора, которые его заблокировали как экстремистский. Так что применяйте прокси-плагины (Opera Turbo вполне подойдет или FriGate плагин для Chrome, только там надо будет вручную вписать адрес этого сайта).

Итак, запускаете G-code Ripper. Эта штука, как и flatcam тоже написана на питоне и тоже имеет консольный интерфейс (впрочем я в нем пока сам не разбирался, а так, думаю, можно вписать ее в наш злой батник). А пока же втыкайте в его GUI.

И что же мы видим:

Вот такое главное окно программы. Нам надо выбрать в левом нижнем углу Auto Probе и через меню File загрузить гкод нашей гравировки. Сначала давайте сторону которую будем резать.

Получили наш план резки и белые крестики поверх. Крестики это точки ощупывания. Обратите внимание на расположение осей координат, туда вы должны будете потом пригнать щуп. А пока займемся пересчетом и вводом параметров программы:

Probe Offset — это смещение щупа относительно инструмента. У меня щупом является сам инструмент, поэтому тут нули. Probe Z Safe — безопасная высота сканирования. Зависит от кривизны вашей системы. У меня разброс под миллиметр и потому я поставил 2. А вообще при ровном столе достаточно и 0.8 мм. Чем ниже тем быстрей сканирование. Опускаться то меньше! Probe Depth — предельная глубина на которую пойдет щуп. У меня 0, т.к. в данном случае начало координат стоит в самом низком углу моего стола. А вообще можно и в минус немного загнать, скажем на -0.5. Хуже не будет. Probe Feed — скорость опускания. Меньше — точнее, но дольше скан и шуму больше. У меня 100мм/мин. Х/У Points это сколько точек по вертикали и горизонтали снять. Вон те самые белые крестики. Габариты платы он сам выберет. Pre и Post коды я оставляю пустыми, т.к. никаких дополнительных кодов перед и после программы мне не надо. А вот счастливые обладатели ченейджера могут, например, автоматом специальный щупательный инструмент вытащить, а потом убрать обратно. Controller у меня MACH3 и, собственно, все.

Жмем Save G-code File Probe Only , получаем файл с гкодом, шлем его в станок и идем щупать плату.

Как же станок будет сканировать поверхность? Для этого у станка есть щуп. Когда щупа касается масса, то станок это чувствует. За массу у меня принят шпиндель. Вот та пластиковая приблуда, что окружает его крыльчатку это держатель щетки. Которая сделана из старой фрезы и втыкается в центр вала, на подпружиненном крепеже. Почему я просто не подал массу на корпус шпинделя? А потому, что через его подшипники довольно хреновый контакт. Он может пропадать в зависимости от угла поворота. А так он прям по валу дойдет до цанги, а внутри цанги еще маленькая пружинка подведет контакт прямо к инструменту. А сам щуп представляет собой пластину известной толщины (где то 0.5мм) на проводке. Если мне надо выставить инструмент точно на 0 я кладу в нужное место пластину, прижимаю ее пальцем к поверхности и даю команду на поиск нуля. Станок тычется в пластину инструментом, потом учитывает толщину и осознает текущую высоту кончика инструмента. Подняв при этом инструмент на 2.5мм.

В случае же с текстолитом мне нужно просто положить контакт щупа на медь, закрепить изолентой, чтобы не убежал и сделать поиск поверхности. Координата, конечно, выставится не верно. Т.к. в этом случае нет толщины самого щупа. Но это не важно. Главное теперь можно вручную, вводя команду G1 Z-2 (почему -2? А потому, что по моему скрипту после нахождения у меня инструмент подпрыгнет на 2.5мм, а 0.5 толщина пластины щупа, т.е. фактически его координата станет 2мм), опустить инструмент почти до уровня текстолита. Почему почти? А для больше точности не помешает поймать самый нежный контакт, а автопоиск довольно груб, т.к. у станка есть некоторая инерция и он немного промахивается. А вот если завести инструмент почти на ноль, а потом вручную, командами G1 Z## сдвигая на сотку-другую вверх или вниз добиться того, что кнопка индикатора начнет мерцать (а она у меня меняет цвет когда происходит касание щупа) от малейшей вибрации в помещении. Скажем когда кто-то мимо прошелся. Да, само собой при этом мы выставляем координаты Х и У в будущий ноль координат исходя из нашей платы. Не путать с нулем станка (машинные координаты).

0.00000,0.00000,0.00500
7.05500,0.00000,0.03000
14.11500,0.00000,0.03000
21.17000,0.00000,0.06500
28.22500,0.00000,0.07000
35.28500,0.00000,0.11500
42.34000,0.00000,0.12000
49.39500,0.00000,0.16000
56.45500,0.00000,0.14000
63.51000,0.00000,0.14000
0.00000,8.65500,0.00000
7.05500,8.65500,0.00000

Тут все и так ясно — это просто координаты по осям где инструмент коснулся поверхности. Что нам, собственно, и нужно.

Возвращаемся в наш Gcode-Ripper и делаем там Read Probe Data File и наши крестики становятся черными:

Готово. Осталось теперь нажать для верности кнопочку Recalculate и сохранить скорректированный файл. Save G-code File Adjusted. Если теперь их сравнить в каком-нибудь NC-Corrector’e то на виде сбоку будет видно, что у нового файла появился рельеф дна:)

старый:

новый:

Таким же макаром правим и обрезку по контуру, иначе вы рискуете не дорезать до конца или наоборот задрать стол. Он, конечно, жертвенный, но лучше обходиться без жертв.

Ободрали изоляцию. Получилось хреново, потому что фреза 0.2 да еще и тупая. А тут бы 0.1 и поострей. Лохмы образуются потому, что контур надо бы обходить в двух направлениях, т.к. фреза когда идет по фольге с одной стороны пропила режет чисто, с другой махратит. И надо обратный проход сделать, снять заусенки. А флаткам не делает его или я не научился еще. Поэтому я их обычно сношу мелкой шкурочкой в пару движений. Еще можно снизить подачу реза, будет намного чище. Или, если шпиндель позволяет, обороты повысить. Вон LPKF Protomat жарит на 100 000 оборотах и там гладенько все.

А это вот уже практически готовая плата. Четыре огромные дырки на месте кнопки это я хорошо факапнулся на эпизоде смены инструмента при сверлении. Когда выложу видео там увидите сами. Надо было поставить после 0.8мм сверла 1мм сверло (или просто нажать «далее», чтобы тем же 0.8мм просверлить), а я не прочитал что мне предложил поставить станок, забыл, что там еще миллиметровые отверстия есть и воткнул сразу 3мм и он мне их весело засверлил:) ЧПУ не прощает ошибок.

Вот как то так. Да, на двусторонке, после переворота текстолита, надо еще раз его простучать щупом.

Кроме обещанной видяшки которую я хз еще когда смонтирую (ненавижу это дело) будет еще одна две статейки по флаткаму и мне тут товарищ набросил альтернативный метод. Я его сверстаю и скоро выложу. На этом тему наверное закрою. Т.к. ну чего там еще рассусоливать то? ;)