Construcción de una máquina CNC para hacer circuitos impresos

 

El trabajo está basado en un proyecto similar de Luís Rueda http://r-luis.xbot.es. Está pensado para hacer trazados (En bajo relieve) sobre madera u otros materiales. El CNC de este proyecto está pensado fundamentalmente para construir prototipos de circuitos impresos. También se pueden hacer trazados en madera y otros materiales livianos.

De esta dirección se puede bajar un ZIP de 1.5 Mb, con la siguiente información:

1) Documento Word con la información completa, gran cantidad de fotos, esquema, explicaciones y procedimiento detallado de operación.

2) Artículos recopilados de Internet con información importante sobre motores paso a paso y otros.

3) Ejecutables de los tres programas mencionados.

4) Archivos fuente de los tres programas mencionados.

5) Los drivers necesarios.

Ejemplo de un trazado en bajo relieve.El proyecto CNC consta de la “máquina” propiamente dicha, que tiene tres ejes de movimientos: el plano de trabajo con direcciones X e Y, y el eje vertical Z.

Para cada eje de movimiento, tiene un motor paso a paso con un tornillo de paso 1 mm. El motor requiere 96 pasos para girar una vuelta, de manera que un paso del motor, equivale a un desplazamiento cercano a la centésima de mm, lo que es una precisión muy interesante.

Puede realizar tallados en bajo o alto relieve.

 

Los tres motores son controlados por un programa en la PC, llamado CNC.exe, que manda señales a una interfase electrónica, que es la encargada de manejar la parte de potencia del CNC.

Los datos al programa CNC.exe, son pasados a través de un archivo de texto con extensión .CNC.

El diseño del trazado, para este proyecto, tal como está creado, se debe hacer en AutoCad, que es un programa usado muchísimo en diseño y CNC.

Se pueden usar otros programas de diseño, pero requieren algo de modificación del programa decode.exe.

Los programas de diseño generan archivos de impresión, de acuerdo a los drivers que usen. El AutoCad genera archivos tipo PLT, con el driver que propongo usar. Este archivo .PLT es decodificado por decode.exe, para transformarlo en .CNC, que reconoce el programa de PC.

El programa CNC.EXE, simplemente carga el archivo.CNC, y ejecuta la tarea, parando al llegar a la última instrucción, avisando con un cartel.

 

El programa CNC.EXE, simplemente carga el archivo.CNC, y ejecuta la tarea

 

Programas en Visual Basic 6.0

Usamos tres programas:

CNC.EXE

DECODE.EXE

POSICIONADOR.EXE

El programa de trabajo es el CNC.EXE, que usa a los otros dos como subprogramas, uno para convertir el archivo PLT a CNC y el otro permite posicionar manualmente la herramienta en el origen elegido, para comenzar el trabajo.

Este CNC (máquina) no tiene un origen fijo, como por ejemplo el scanner. De manera que el origen se elige a voluntad, primero en el AutoCad y luego en el CNC, mediante el posicionador manual.

 

 

El procedimiento usual de trabajo es:

 

1) Generar el dibujo AutoCad.

2) Generar el archivo.PLT

3) Arrancar CNC.EXE

4) Generar el archivo.CNC

5) Cargar el archivo.CNC

6) Posicionar la herramienta en el origen

7) Ejecutar el Trazado o Trazar.

En el caso de un circuito impreso, el origen se puede ubicar en una esquina de la plaqueta, para que sea fácil identificarlo al posicionar.

 

Programa CNC.EXE

Ver la figura de arriba.

En la pantalla negra, se irá dibujando el trazado a medida que avanza.

Se ve el botón del Posicionador, el Convertidor de PLT a CNC y el de Trazado.

Más abajo se puede cargar el archivo CNC. El TextBox se limpia solo, al iniciar la carga, de todas maneras, cuando se desee se puede limpiar la pantalla y el TextBox con el botón Limpiar.

El dibujo en ACAD, se hace siempre en escala 1:1 y se plotea con esa escala, solo por practicidad. En este CNC de 96 pasos por mm, se debe usar una Escala de CNC de 2.4. Si por cualquier causa se desea achicar o agrandar el Trazado, se cambia su valor, menor o mayor a 1, para achicar o agrandar.

La Profundidad marcada en el TextBox, se refiere a la posición en que dejamos la punta de la herramienta cuando usamos el posicionador. Tener en cuenta que es conveniente dejarla 50 o 100 pasos por encima de la superficie a trabajar.

 

Programa DECODE.EXE

En el programa, al arrancar aparece una ayuda sobre su uso.

En el directorio Programa Decodificador, están los archivos fuente, para quien quiera modificarlo a su gusto o agregar nuevas operaciones a decodificar.

 

Programa Decodificador

 

Programa POSICIONADOR.EXE

Programa POSICIONADOR.EXE

 

Las flechas muestran el movimiento de la herramienta sobre la mesa de trabajo. El círculo rojo es precisamente la herramienta.

Se elije la cantidad de pasos que se desea avanzar, y luego se elije la dirección del desplazamiento.

Son exactamente 96 pasos por mm. 5 pasos son unas 5 centésimas de mm.

Subir y Bajar hace eso con el Eje Z.

Se selecciona la velocidad y se la puede cambiar durante el movimiento.

En los TextBox va mostrando el valor acumulado. Se los puede editar, para ponerlos por ejemplo a cero.

 

Esquema del controlador de los motores

 Esquema del controlador de los motores

 

Los tres motores, como trabajan con medio paso, exceden la corriente máxima que soportan los ULN2803, por ello, los motores mas grandes (1.4 Amp para Eje x y Eje y) están controlados por los transistores, y el más chico (Del Eje z) tiene dos salidas puestas en paralelo. Toma 0.7 Amp.

Los diodos son para proteger a los transistores del pico de la tensión inducida al cortar la corriente.

La señal que llega a los ULN2803 está generada por la PC, a través del puerto paralelo, de Datos 0 a 7 y de Control 0 a 3.

Los motores son recuperados de dos impresoras en desuso, y trabajan satisfactoriamente con 12 Vcc.

El controlador está armado sobre una plaqueta perforada de 5 x 10 cm.

La fuente de alimentación es un trafo de 12 V, 3 Amp., con un puente rectificador y condensador electrolítico de 1000 uF 25V.

 

Consideraciones sobre el uso del AutoCad

Se usa el AutoCad, porque pareciera que es el programa más usado para diseño tanto por mecánicos como arquitectos y permite obtener archivos de impresión compatibles con CNC.

Se lo usa también en los CNC “en serio”, para pasar del diseño directamente a la fabricación de piezas.

Los dibujos deben ser hechos con líneas, polilíneas, curvas, textos.

Lo otro importante, es que el CNC sigue la secuencia del dibujo, de manera que conviene hacerlo ordenado, si se puede, para que el CNC no se la pase viajando con la herramienta levantada, de un lado para otro, sin hacer nada.

El mismo procedimiento, sin las perforaciones, se puede usar para cualquier diseño de tallado en madera u otros materiales.

 

Procedimiento para obtener los archivos CNC de un circuito impreso que diseñamos

1) Diseñar el circuito impreso en el editor que les guste.

Puede ser cualquiera. Acomodar el borde de la placa a las medidas deseadas finales. En el ejemplo es 60 x 50 mm.

Una vez terminado el diseño, acomodarlo en el monitor de la PC y sacar una copia de pantalla, con Shift – Imprimir Pantalla.

2) Copiarlo con Control - V en el MSPaint, u otro editor de gráficos.

El MSPaint viene con el Windows y es fácil de usar. Recortar la imagen obtenida, a los límites de la placa (Los 60 x 50 mm)

 

Recortar la imagen obtenida, a los límites de la placa

 

Esta imagen es la recortada y representa 60 x 50 mm, que es la medida exterior de la placa. No hace falta guardar esta imagen en un archivo.

Con línea gruesa Fucsia, le dibujé en borrador las líneas que cortará el CNC.

 

3) Abrir el ACAD 2000 y cargar el archivo CNC Vacio.DWG.

Está en el directorio Archivos CNC.

Seleccionamos el Layer o Capa 0. En el MSPaint seleccionamos todo y copiamos la imagen al portapapeles. Hacemos en el ACAD Control – V y nos aparece lo siguiente:

 

Abrir el ACAD 2000 y cargar el archivo CNC Vacio.DWG.

 

4) Dibujar el Trazado de las líneas.

Seleccionamos el Layer Trazado. Aquí dibujaremos las líneas que recortará o vaciará el CNC, dejándonos islas aisladas. Lo haremos con la guía de las líneas Fucsia, borrador.

 

Dibujar el Trazado de las líneas.

 

En un minuto dibujé las líneas. Observar que estamos en Layer o Capa Trazado.

 

5) Marcar las perforaciones.

Cambiamos a Layer Perforaciones. Aquí marcaremos las perforaciones Copiando y

 Marcar las perforaciones.

 

Pegando Múltiple, el círculo que está arriba, en el rectángulo rojo. No se debe cambiar la medida del radio, pues a este lo detecta el programa que crea el archivo CNC.

Recordar que el CNC seguirá el orden en que hemos copiado los círculos. Conviene ir trazando siguiendo líneas rectas.

El tiempo empleado fue de dos minutos.

 

6) Crearemos ahora los archivos .PLT

Verifico que el origen está en la esquina inferior izquierda. Apagamos los layers 0, y defpoints y Perforaciones, mantenemos prendido el Layer Trazado.

Este es el trazado que hará el CNC, creando las islas.

Plotearemos esta imagen.

 

Crearemos ahora los archivos .PLT

 

Para las perforaciones, apagamos trazado y prendemos Perforaciones. Seleccionamos Layer Perforaciones.

Realizamos el mismo procedimiento pero con archivo Triac Perf.PLT.

Así se ven las perforaciones.

 

Así se ven las perforaciones.

 

Luego seleccionar Convertir PLT a CNC.

Se abre el Decodificador de archivos.

Allí seleccionar Abrir Archivos.PLT. Nos aparecerá el selector de archivos. Elegiremos Triac traz.PLT y al aceptarlo se convierte y se graba en el mismo directorio y con el mismo texto, será

Triac traz.CNC.

Abrimos otra vez y elegimos Triac perf.PLT. Se creará

Triac perf.CNC

Todo este procedimiento que parece complicado lleva solo unos diez minutos, a partir del PCB diseñado.

Ya estamos listos para Trazar y perforar nuestro PCB.

 

Trazar y perforar nuestro PCB.

 

Fabricación del CNC

La superficie útil (De trabajo), es cercana al formato A4, de 210 x 297 mm. Lo usual que usaré será de 10 x 10 cm, supongo, como máximo.

 

Fabricación del CNC

 

 

Fabricación del CNC

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