Cверлильный станок чпу для печатных плат своими руками

Клиентское приложение

Изначально планировалось установить на станке камеру, с помощью которой можно было бы делать фотографии платы и определять точки для сверления с помощью OpenCV, однако поиск небольших окружностей на реальной протравленной плате оказался достаточно сложным занятием, да и преобретать новую камеру немного затратно. Поэтому, на первое время, мы решили ограничиться тем, что пользователь будет сам расставлять необходимые точки для сверления на чертеже платы, который загружается в приложение. Типичный рабочий процесс следующий:

пользователь запускает приложение и указывает картинку(чертеж платы) для работы
указывает на чертеже 2 любые точки
переходит в режим указания точек на станке. В этом режиме можно управлять положением сверла, а также касаться платы. Пользоватль должен последовательно навестись на каждую из точек, указанных ранее на чертеже. Это позволяет сопоставить системы координат чертежа и станка
пользователь расставляет точки для сверлния на чертеже
приложение составляет программу сверления и начинает управление станком

Для связи со станком использовался модуль pyserial. При запуске приложение получает список всех доступных серийных интерфейсов (/dev/ttyACM*). На каждый из интерфейсов отправляется команда . Если в ответ будет получено , значит станок найден.

GUI реализован при помощи PyQt5.

Заключение

Планируется добавить модуль автоматического распознавания точек для сверления в клиентское приложение. При этом, после сопоставления координат, приложение автоматически найдет точки на чертеже, пользователю останется только удалить ошибочные и добавить нераспознанные.

Устройство механизма подачи дрели на станке.

При помощи этого механизма дрель может перемещаться вертикально вдоль стойки, она может быть:

Пружинной;
Шарнирной;
Схожей с винтовым домкратом.

В зависимости от выбранного механизма, нужно будет делать стойку.

На фото схемах и чертежах показаны основные типы конструкций самодельных сверлильных станков, на которых применяется дрель.

С пружинным механизмом: 1 — стойка; 2 — металлический или деревянный профиль; 3 — ползунок; 4 — ручная дрель; 5 — хомут крепления дрели; 6 — шурупы для крепления хомута; 7 — пружина; 8 — угольник для закрепления стойки 2 шт.; 9 — шурупы; 10 — упор для пружины; 11 — барашковый болт для крепления упора; 12 — основание станка.

С пружинно-рычажным механизмом.

С пружинно-шарнирным механизмом: 1 — станина; 2 — шайба; 3 — гайка М16; 4 — амортизационные стойки 4 шт.; 5 — пластина; 6 — болт М6х16; 7 — блок питания; 8 — тяги; 9 — пружина; 10 — болт М8х20 с гайкой и шайбами; 11 — патрон для сверла; 12 — вал; 13 — крышка; 14 — ручка; 15 — болт М8х20; 16 — державка; 17 — стойка; 18 — стакан с подшипником; 19 — двигатель.

Самодельный станок из дрели с шарнирным бес пружинным механизмом.

Стойка, работающая по принципу винтового домкрата: 1 — станина; 2 — направляющий паз; 3 — резьба М16; 4 — втулка; 5 — гайка, приваренная к втулке; 6 — дрель; 7 — ручка, при вращении которой происходит движение дрели вверх или вниз.

Сверлильно-фрезерный станок: 1 — основание станка; 2 — опоры подъёмной плиты стола 2 шт.; 3 — подъёмная плита; 4 — ручка подъёма стола; 5 — подвижный держатель дрели; 6 — дополнительная стойка; 7 — винт фиксации держателя дрели; 8 — хомут крепления дрели; 9 — основная стойка; 10 — ходовой винт; 11 — барабан со шкалой Нониуса.

Самодельный сверлильный станок из автомобильного домкрата и дрели.

Каретка выполнена из мебельных направляющих.

Мини-станок из списанного микроскопа.

Основание и стойка из старого фотоувеличителя для самодельного сверлильного станка.

Станок из ручной дрели: 1 — станина; 2 — стальные прижимы; 3 — пазы для крепления дрели; 4 — гайка крепления дрели; 5 — дрель; 6 — ползун; 7 — трубки направляющие.

Коротко о сути

Обычно минидрели строятся на базе обычных двигателей постоянного тока. А обороты таких двигателей зависят от нагрузки и приложенного напряжения. В результате на холостых оборотах двигатель раскручивается очень сильно, а в моменты сверления обороты двигателя плавают в большом диапазоне. Если снижать напряжение на двигателе, когда не нем нет нагрузки, можно добиться увеличения ресурса как свёрл, так и самих двигателей. Кроме того, даже точность сверления повышается. Самый простой способ добиться этого — измерение тока, потребляемого двигателем. В интернете много схем подобных регуляторов, но большинство из них используют линейные регуляторы напряжения. Они массивные и требуют охлаждения. В соавторстве с «TinyElectronicFriends» нам захотелось сделать компактную плату на базе импульсного стабилизатора, чтобы она могла быть просто «надета» на двигатель.

https://youtube.com/watch?v=grknqHeRCtA

https://youtube.com/watch?v=B3fqI-4yBok

https://youtube.com/watch?v=Tg2LDx0BdTk

2 Конструкция станка

Конструкция мини-станка для обработки печатных плат имеет довольно простую схему. По сути, этот станок мало чем отличается от стандартных сверлильных моделей, только он намного меньше и имеет несколько нюансов. Практически всегда мы рассматриваем настольный сверлильный мини-агрегат, так как он будет иметь размеры, что редко превышают отметку в 30 см.

Если рассматривать самодельный образец, то он может быть чуть больше, но только за счет того, что человек, который собирал его своими руками, просто не смог оптимизировать конструкцию должным образом. Такое бывает, если под руками попросту не находится подходящих деталей.

Опишем сейчас непосредственно конструкцию станка, а также детали, из которых его надо изготовить. В качестве основных составляющих при сборке мини-устройства для сверления плат используют:

станину;
переходную стабилизирующую рамку;
планку для перемещения;
амортизатор;
ручку для манипуляций с высотой;
крепление для движка;
движок;
блок питания;
цангу и переходники.

Так выглядит готовый самодельный сверлильный станок для печатных плат

Итак, список используемого оборудования достаточно объемный, но на самом деле ничего сложного здесь нет.

2.1 Разбор конкретных деталей

Обратимся теперь к конкретным деталям, что уже были названы выше, а также дадим рекомендации по их подбору.

Для начала отметим, что мы сейчас описываем самодельный станок, который по сути можно собрать из подручных средств. Конструкция заводских образцов отличается от описанной нами только применением специализированных материалов и деталей, которые в домашних условиях создать практически невозможно. Придется покупать.

Станину желательно делать из тяжелой металлической рамки. Вес ее должен быть больше, чем вес всей остальной конструкции. Причем расхождение может быть довольно внушительным. Только так вы добьетесь стабильности агрегата во время работы. Особенно это касается моделей, что собираются своими руками.

И не стоит обманываться, когда видите приставку мини. Мини-станок – это такой же станок, и он все так же требует качественной стабилизации. Под станину часто прикручивают ножки или что-то подобное, чтобы дополнительно зафиксировать ее положение.

Самодельный сверлильный станок со стабилизационной рамкой

Стабилизирующая рамка является креплением для всего механизма. Ее делают из рейки, уголка или чего-то подобного. Предпочтительно использовать деталь. Планка для перемещения может быть самой разнообразной конструкции и часто совмещается с амортизатором. Иногда, амортизатор и сам является планкой для перемещения.

Эти две детали выполняют функции вертикального смещения станка во время работы. Благодаря им, станок можно быстро и без лишних усилий эксплуатировать.

Ручка для манипуляций крепится непосредственно к корпусу станка, амортизатору или стабилизирующей рейке. С ее помощью можно осуществлять давление на конструкцию, опуская и поднимая ее по своему желанию.

К стабилизирующей рамке уже прикрепляют планку для двигателя. Это может быть даже обычный деревянный брусок. Его задача – вывод движка на нужное расстояние и его надежная фиксация.

Движок монтируют на крепление. В качестве движка тоже можно пользоваться огромным количеством деталей. Начиная от дрели, и заканчивая движками, что сняты с принтеров, дисководов и другой офисной техники.

Сверла для сверления отверстий в печатных платах

К движку цепляют цанги и переходники, которые будут основание для крепления сверла. Тут уже можно дать только общие рекомендации, так как переходники всегда подбираются индивидуально. Влияние на их выбор окажет вал двигателя, его мощность, тип используемого сверла и т.д.

Блок питания для мини-станка подбирается такой, чтобы он мог обеспечивать движок нужным напряжением в достаточных количествах.

2.2 Технология сборки станка

Теперь обратимся к общему алгоритму, по которому ведется сборка агрегата для сверления печатных плат своими руками.

Этапы работы:

Монтируем станину, крепим к ней ножки.
Устанавливаем рамку держателя основной конструкции на станину.
Крепим к рамке механизм перемещения и амортизатор.
Монтируем крепление для движка, как правило, оно фиксируется на рамку перемещения.
Устанавливаем ручку на крепление для двигателя.
Устанавливаем движок и регулируем его положение.
Прикручиваем к нему цангу и переходники.
Монтируем блок питания, подключаем его к движку и сети.
Подбираем и фиксируем сверло.
Тестируем работу механизма.

Все соединения и их тип можете подбирать по своему усмотрению. Однако рекомендуется использовать болты и гайки, чтобы иметь возможность в нужный момент разобрать конструкцию, заменить ее составляющие или улучшить всю схему действия станка.

Сверлильный станок для печатных плат своими руками

Сверление отверстий в печатных платах процесс долгий и трудоемкий, требующий высокой точности, ведь от качества отверстий будет зависеть качество печатной платы. Надоело мне сверлить платы ручной электродрелью, поэтому решил сделать небольшой сверлильный станок специально для печатных плат. Конструкцию станка хотелось сделать, как можно проще и надежнее, чтобы его мог изготовить любой радиолюбитель. Поэтому недолго думая я разработал простую и очень надежную конструкцию миниатюрного сверлильного станка для печатных плат, чертеж которого представлен на этом рисунке.

Чертеж сверлильного станка для печатных плат

Детали для сверлильного станка легко изготовить на токарном станке или заказать знакомому токарю. Основанием станка служит прямоугольный кусок ДСП размером 160х200 мм. Электродвигатель для сверлильного станка я взял от старого струйного принтера.

Цанговый патрон для крепления сверла купил на Алике

Если будете заказывать патрон обратите внимание на диаметр вала электродвигателя, потому, что валы бывают четырех размеров 2.35 мм, 3.17 мм, 4.05 мм, 5.05 мм, поэтому посадочный диаметр патрона должен точно соответствовать диаметру вала. Благо в Китае сего добра навалом

В комплекте с любым патроном прилагается пять цанговых переходников под разные сверла диаметр которых 0.5 мм, 1 мм, 1.5 мм, 2.5 мм, 3 мм.

Для сверления отверстий в печатных платах лучше всего использовать специальные сверла из твердого сплава сделанные в Японии купленные в Китае на Алике. Диаметр хвостовика 3 мм, диаметр рабочей части сверла 0.9 мм. Как показала практика это самый универсальный размер отверстий подходит для большинства радиодеталей.

Для питания электродвигателя и светодиодной подсветки применяется простейший 12 вольтовый блок питания состоящий из трансформатора, четырех диодов и конденсатора. Спрятано это дело под металлическим кожухом на котором установлен выключатель отключающий сетевое питание трансформатора 220В.

Схема блока питания для сверлильного станка состоит из четырех диодов IN4007 и одного конденсатора 1000mf 25V. Так, что проблем с радиодеталями быть не должно. Трансформатор любой маломощный на 12В 0.5А. Светодиодная подсветка подключается параллельно к контактам электродвигателя. В качестве источника света я использовал небольшую прямоугольную светодиодную панельку.

Схема блока питания для сверлильного станка

Чтобы выглядело аккуратно решил изготовить печатную плату.

Печатная плата блока питания для сверлильного станка

Механизм подачи очень простой. При нажатии на рычаг плата поднимается вверх и таким образом происходит сверление отверстий. Конечно можно было сделать с верхней подачей, как в обычных сверлильных станках… Но зачем усложнять конструкцию? Все и так отлично работает. Станок на 100% справляется со своей задачей. Рекомендую!

Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать сверлильный станок для печатных плат своими руками

Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!

https://youtube.com/watch?v=8e9ILh10nLk

https://youtube.com/watch?v=teGEFvkMluQ

Преимущества и недостатки фрезеровки печатных плат на ЧПУ

К достоинствам применения таких устройств относятся:

Резка осуществляется без участия человека.
Вся работа осуществляется без использования вредных компонентов, загрязняющих окружающую среду.
Повторное осуществление процесса при грамотной настройке оборудования.
Изготовление одинаковых деталей в производственных масштабах.
Высокое качество выполняемой работы.
Применение станка ЧПУ позволяет сделать полный спектр процедур по производству печатной платы.

К недостаткам фрезерования относятся высокая цена некоторых видов фрез, а также скопление большого количества мусора в канавке.

Конструктивные элементы сверлильного мини-станка

Сверлильные мини-станки, собранные своими руками, могут серьезно отличаться друг от друга: все зависит от того, какие комплектующие и материалы были использованы для их изготовления. Однако как заводские, так и самодельные модели такого оборудования работают по одному принципу и предназначены для выполнения схожих функций.

Сделать станок будет проще, если для сверлильной головы взять салазки от компьютерного дисковода

Несущим элементом конструкции сверлильного станка для печатных плат является станина-основание, которая также обеспечивает устойчивость оборудования в процессе выполнения сверления. Исходя из назначения данного конструктивного элемента, изготавливать станину желательно из металлической рамки, вес которой должен значительно превышать суммарную массу всех остальных узлов оборудования. Если пренебречь этим требованием, вы не сможете обеспечить устойчивость вашего самодельного станка, а значит, не добьетесь требуемой точности сверления.

Роль элемента, на котором крепится сверлильная головка, выполняет переходная стабилизирующая рамка. Ее лучше всего изготовить из металлической рейки или уголков.

Каретка от привода с прикрепленным самодельным уголком под двигатель

Планка и амортизирующее устройство предназначены для обеспечения вертикального перемещения сверлильной головки и ее подпружинивания

В качестве такой планки (ее лучше зафиксировать с амортизатором) можно использовать любую конструкцию (важно только, чтобы она выполняла возложенные на нее функции). В этом случае может пригодиться мощный гидравлический амортизатор

Если же такого амортизатора у вас нет, планку можно изготовить своими руками либо использовать пружинные конструкции, снятые со старой офисной мебели.

Управление вертикальным перемещением сверлильной головки осуществляется при помощи специальной ручки, один конец которой соединяют с корпусом сверлильного мини-станка, его амортизатором или стабилизирующей рамкой.

Крепление для двигателя монтируют на стабилизирующей рамке. Конструкция такого устройства, в качестве которого может выступать деревянный брусок, хомут и др., будет зависеть от конфигурации и конструктивных особенностей остальных узлов сверлильного станка для печатных плат. Использование такого крепления обусловлено не только необходимостью его надежной фиксации, но также тем, что вы должны вывести вал электродвигателя на требуемое расстояние от планки перемещения.

Выбор электрического двигателя, которым можно оснастить сверлильный мини-станок, собираемый своими руками, не должен вызвать никаких проблем. В качестве такого приводного агрегата можно использовать электродвигатели от компактной дрели, кассетного магнитофона, дисковода компьютера, принтера и других устройств, которыми вы уже не пользуетесь.

Двигатель от фена

В зависимости от того, какой электрический двигатель вы нашли, подбираются зажимные механизмы для фиксации сверл. Наиболее удобными и универсальными из таких механизмов являются патроны от компактной дрели. Если подходящий патрон найти не удалось, можно использовать и цанговый механизм. Подбирайте параметры зажимного устройства так, чтобы в нем можно было фиксировать очень мелкие сверла (или даже сверла размера «микро»). Для соединения зажимного устройства с валом электродвигателя необходимо использовать переходники, размеры и конструкция которых будут определяться типом выбранного электродвигателя.

Миниатюрный цанговый патрон

В зависимости от того, какой электродвигатель вы установили на свой сверлильный мини-станок, необходимо подобрать блок питания

Обращать внимание при таком выборе следует на то, чтобы характеристики блока питания полностью соответствовали параметрам напряжения и силы тока, на которые рассчитан электродвигатель

Схема автоматического регулятора оборотов в зависимости от нагрузки для двигателя на 12 В (нажмите для увеличения)

Дополнения

Другие люди, которые уже собрали себе такой станок внесли много предложений. Я, если позволите, перечислю основные из них, оставив их в авторском виде:

Кстати, тем, кто никогда раньше не работал с такими деталями, хорошо бы напоминать, что пластмасса от 3D принтеров боится нагрева. Поэтому здесь следует быть аккуратным — не стоит проходить отверстия в таких деталях высокоборотной дрелью или Дремелем. Ручками, ручками….
Я бы еще порекомендовал устанавливать микропереключатель на самой ранней стадии сборки, так как привинтить его к уже подсобранной станине нужно еще суметь — очень мало свободного пространства. Не помешало бы также посоветовать умельцам заблаговременно хотя бы залудить контакты микропереключателя (а еще лучше — заранее припаять к ним провода и защитить места пайки отрезками термоусадочной трубки), дабы впоследствии при пайке не повредить фанерные детали изделия.
Мне видимо повезло и патрон на валу оказался не отцентрированным, что приводило к серьезной вибрации и гулу всего станка. Удалось исправить , но это не хороший вариант. так как гнет ось ротора, а снять патрон уже не реально, есть опасения, что вытащу эту самую ось целиком.
Затяжку винтов с гроверными шайбами производить следующим образом. Затягивать винт до момента, когда сомкнется (выпрямится) гроверная шайба. После этого повернуть отвертку на 90 градусов и остановиться.
Многие советуют приделать к нему регулятор оборотов по схеме Савова. Он крутит двигатель медленно когда нагрузки нет, и повышает обороты при появлении нагрузки.

В этой статье мы поделимся с вами разработанным нами станком для сверления печатных плат и выложим все материалы, необходимые для самостоятельного изготовления этого станка. Все что понадобится, это распечатать детали на 3D-принтере, порезать фанеру лазером и закупить некоторые стандартные комплектующие.

Заготовки для работы

Рассматриваемый вариант намного сложнее предыдущего, поэтому требует тщательной подготовки. Проверьте наличие всех необходимых материалов:

Плита для станины из любого материала (это может быть сталь, дерево или даже текстолит);
Деревянный брус с сечением 40-60×40-60×500-600. Можно заменить брус на стальную трубку, главное, чтобы диаметр совпадал с примерным значением в 35 миллиметров, а погрешность значения не превышала пяти миллиметров;
Пружина;
Ходовой винт с параметрами Тr16×2, L = 200 мм;
Стальной лист с примерной толщиной около пяти миллиметров;
Кронштейн для ходового винтика;
Маховик для винта;
Блок приводных шкивов;
Электрический двигатель;
Блок с конденсаторами;
Блок с ведомыми шкивами;
Пружина возвратного типа для шпинделя;
Клиновой ремень;
Приспособление выключателя;
Кабель сетевого типа с вилкой для использования розетки;
Рычаг;
Патрон для сверла;
Различные расходные материалы для креплений – винтики и гайки.

Сборка

Весь процесс сборки записан на видео: Если следовать именно такой последовательности действий, то собирать станок будет очень просто. Вот так вот выглядит полный набор всех комплектующих для сборки:

Комплектующие для сборки сверлильного станка

Помимо них для сборки потребуется простейший ручной инструмент. Отвертки, шестигранные ключи, плоскогубцы, кусачки и т.д. Перед тем начинать собирать станок желательно обработать напечатанные детали. Удалить возможные наплывы, поддержки, а также пройти все отверстия сверлом соответствующего диаметра. Фанерные детали по линии реза могут пачкать гарью. Их можно также обработать наждачной бумагой. После того, как все детали подготовлены начать проще с установки линейных подшипников. Они закрадываются внутрь напечатанных деталей и прикручиваются к боковым стенкам:

Установка линейных подшипников

Далее устанавливается ручка с шестерней. Вал вставляется в большое отверстие, на него устанавливается основание ручки и все это стягивается болтом на 8мм. Самой ручкой служит винт на М4.

Установка ручки и шестерни

Теперь можно собрать фанерное основание. Сначала боковые стенки устанавливаются на основание, а затем вставляется вертикальная стенка. В верхней части также есть дополнительная напечатанная деталь, которая задает ширину в верхней части. При закручивании винтов в фанеру не прикладывайте слишком большое усилие.

Сборка основания

В столике на переднем отверстии необходимо сделать зенковку, чтобы винт с головой впотай не мешал сверлить плату. С торца также установлена напечатанная крепежная деталь.

Установка столика

Теперь можно приступить к сборке блока двигателя. Он прижимается двумя деталями и четырьмя винтами к подвижному основанию. При его установке необходимо следить, чтобы отверстия для вентиляции оставались открытыми. На основание он закрепляется при помощи хомутов. Сначала вал продевается в подшипник, а затем на нем защелкиваются хомуты. Также установите винт М3х35, который в будущем будет нажимать на микропереключатель.

Сборка блока двигателя

Микропереключатель устанавливается на прорези кнопкой в сторону двигателя. Позже его положение можно будет отклибровать.

Установка микропереключателя

Резинки накидываются на нижнюю часть двигателя и продеваются до «рогов». Их натяжение надо отрегулировать так, чтобы двигатель поднимался до самого конца.

Натягивание резинок

Теперь можно припаять все провода. На блоке двигателя и рядом с микропереключателем есть отверстия для хомутов, чтобы закрепить провод. Также этот провод можно провести внутри станка и вывести с обратной стороны. Убедитесь, что припаиваете провода на микропереключателе к нормально замкнутым контактам.

Подключение проводов

Осталось только поставить пенал для сверел. Верхнюю крышку нужно зажать сильно, а нижнюю закрутить очень слабо, используя для этого гайку с нейлоновой вставкой.

Пенал для сверел

На этом сборка окончена! Из доработок вы можете проклеить фанерные детали, для увеличения жесткости. Можно также сделать регулятор оборотов двигателя.

Сверлильный станок из ручной дрели

Чтобы старая дрель не залеживалась в гараже на полке, предлагается изготовить из нее ручной сверлильный станок. Достоинство такого инструмента в том, что всегда можно аккуратно проделать отверстие в дереве, стекле, пластике, металле и даже керамической плитке, используя при этом соответствующие виды сверл. Принцип изготовления простой, и заключается в том, что сначала нужно изготовить станину с подвижной рамкой, на которую будет установлен ручной инструмент.

Для изготовления понадобится доска, металлические уголки и цилиндрические направляющие, например, шпильки, на которых нужно сточить резьбу. Длина шпилек влияет на величину перемещения инструмента
Сначала изготавливается основание, к которому крепятся шпильки, расположенные прямолинейно с одной стороны деревянной станины
Под шпильки в уголках просверливаются отверстия
Эти уголки отверстиями надеваются на шпильки
К уголкам крепится деревянная доска соответствующего размера, которая будет служить основанием для закрепления инструмента
Устанавливается и закрепляется дрель к подвижной части
Для плавного перемещения станины изготавливается фиксатор, который воздействует на шпильку, тем самым ограничивая движение подвижной станины

Конструкция устройства может быть разной, и все зависит от собственной смекалки, однако принцип создания такого изобретения своими руками показан на фото ниже.

Можно ли собрать сверлильный станок чпу для печатных плат своими руками?