Радио-как хобби

Делаем сверлильный станок для печатных плат своими руками.

Надоело , в общем то, сверлить платы ручной сверлилкой поэтому решено было изготовить небольшой сверлильный станок исключительно для печатных плат. Конструкций в интернете полным полно, на любой вкус. Посмотрев несколько описаний подобных сверлилок, пришел к решению повторить сверлильный станок на основе элементов от ненужного, старого CD ROM’a. Разумеется, для изготовления этого сверлильного станочка придется использовать материалы те, что находятся под рукой.

От старого CD ROM’a для изготовления сверлильного станочка берем только стальную рамку со смонтированными на ней двумя направляющими и каретку, которая передвигается по направляющим. На фото ниже все это хорошо видно.

На подвижной каретке будет укреплен электродвигатель сверлилки. Для крепления электродвигателя к каретке был изготовлен Г-образный кронштейн из полоски стали толщиной 2 мм.

В кронштейне сверлим отверствия для вала двигателя и винтов его крепления.

В первом варианте для сверлильного станочка был выбран электродвигатель типа ДП25-1,6-3-27 с напряжением питания 27 В и мощностью 1,6 Вт. Вот он на фото:

Как показала практика, этот двигатель слабоват для выполнения сверлильных работ. Мощности его ( 1,6 Вт) недостаточно- при малейшей нагрузке двигатель просто останавливается.

Вот так выглядел первый вариант сверлилки с двигателем ДП25-1,6-3-27 на стадии изготовления:

Поэтому пришлось искать другой электродвигатель-помощнее. А изготовление сверлилки застопорилось…

Продолжение процесса изготовления сверлильного станочка.

Через некоторое время попал в руки электродвигатель от разобранного неисправного струйного принтера Canon:

На двигателе нет маркировки, поэтому его мощность неизвестна. На вал двигателя насажена стальная шестерня. Вал этого двигателя имеет диаметр 2,3 мм. После снятия шестерни, на вал двигателя был надет цанговый патрончик и сделано несколько пробных сверлений сверлом диаметром 1 мм. Результат был обнадеживающим- «принтерный» двигатель был явно мощнее двигателя ДП25-1,6-3-27 и свободно сверлил текстолит толщиной 3мм при напряжении питания 12 В.

Поэтому изготовление сверлильного станочка было продолжено…

Крепим электродвигатель с помощью Г-образного кронштейна к подвижной каретке:

Основание сверлильного станочка изготовлено из стеклотекстолита толщиной 10мм.

На фото – заготовки для основания станочка:

Для того, чтобы сверлильный станочек не ёрзал по столу во время сверления, на нижней стороне установлены резиновые ножки:

Конструкция сверлильного станочка –консольного типа, то есть несущая рамка с двигателем закреплена на двух консольных кронштейнах, на некотором расстоянии от основания. Это сделано для того, чтобы обеспечить сверление достаточно больших печатных плат. Конструкция ясна из эскиза:

Далее несколько изображений собранного сверлильного станочка.

Рабочая зона станочка, виден белый светодиод подсветки:

Вот так реализована подсветка рабочей зоны. На фото наблюдается избыточная яркость освещения. На самом деле-это ложное впечатление (это бликует камера)- в реальности все выглядит очень хорошо:

Консольная конструкция позволяет сверлить платы шириной не менее 130 мм и неограниченной ( в разумных пределах) длиной.

Замер размеров рабочей зоны:

На фото видно, что расстояние от упора в основание сверлильного станочка до оси сверла составляет 68мм, что и обеспечивает ширину обрабатываемых печатных плат не менее 130мм.

Для подачи сверла вниз при сверлении имеется нажимной рычаг-виден на фото:

Для удержания сверла над печатной платой перед процессом сверления, и возврата его в исходное положение после сверления, служит возвратная пружина, которая надета на одну из направляющих:

Система автоматической регулировки оборотов двигателя в зависимости от нагрузки.

Для удобства пользования сверлильным станочком было собрано и испытано два варианта регуляторов частоты вращения двигателя. В первоначальном варианте сверлилки с электродвигателем ДП25-1,6-3-27 регулятор был собран по схеме из журнала Радио №7 за 2010 год:

Этот регулятор работать как положено не захотел, поэтому был безжалостно выброшен в мусор.

Для второго варианта сверлильного станка, на основе электродвигателя от струйного принтера Canon, на сайте котов-радиолюбителей была найдена еще одна схема регулятора частоты вращения вала электродвигателя:

Данный регулятор обеспечивает работу электродвигателя в двух режимах:

1. При отсутствии нагрузки или, другими словами, когда сверло не касается печатной платы, вал электродвигателя вращается с пониженными оборотами (100-200 об/мин).
2. При увеличении нагрузки на двигатель регулятор увеличивает обороты до максимальных, тем самым обеспечивая нормальный процесс сверления.

Регулятор частоты вращения электродвигателя собранный по этой схеме заработал сразу без настройки. В моем случае частота вращения на холостом ходу составила около 200 об/мин. В момент касания сверла печатной платы-обороты увеличиваются до максимальных. После завершения сверления, этот регулятор снижает обороты двигателя до минимальных.

Регулятор оборотов электродвигателя был собран на небольшой печатной платке:

Транзистор КТ815В снабжен небольшим радиатором.

Плата регулятора установлена в задней части сверлильного станочка:

Здесь резистор R3 номиналом 3,9 Ом был заменен на МЛТ-2 номиналом 5,6 Ом.

Испытания сверлильного станка прошли успешно. Система автоматической регулировки частоты вращения вала электродвигателя работает четко и безотказно.

Небольшой видеоролик о работе сверлильного станка:

Update от 01.08.2017:

На плате управления кроме собственно регулятора оборотов двигателя расположен еще и простейший стабилизатор напряжения питания светодиода подсветки рабочей зоны. Полная схема платы управления:

↑ Схема управления сверлильным станком

Несколько крупных белых светодиодов освещают рабочую поверхность.

Трансформатор питания можно применить на 20-30 Ватт, напряжение вторичной обмотки зависит от вашего двигателя.

Конструкция «педали» понятна из фотографии. Два отрезка ДСП, мебельная петля и микропереключатель.

Перекос не возникает, после подъёма происходит выравнивание автоматически, у меня после годовой эксплуатации ни разу перекоса не было, двигатели подъёма вращаются синхронно.

Цангу закрепляю на двигателе и винтами юстирую до минимальных биений, т.к. твёрдосплавные свёрла при малейших биениях ломаются.
Мне удалось выставить практически без биений.

Конструкция

На первый взгляд схема кажется сложной, однако, это не так. По сути, мини станок не сильно отличается от классического, он меньшего размера с некоторыми нюансами в схеме компоновки конструкции.

Так как данное оборудование обладает не большими размерами, его стоит рассматривать как настольное.
Самодельный вариант оборудования обычно слегка больше, чем покупной, из-за того что при сборке своими руками не всегда есть возможность оптимизировать конструкцию подобрав малогабаритные комплектующие. Но и в таком случае самодельный станок будет иметь малые габариты и вес не более 5 кг.

Видео по сборке

Элементы сверлильного станка

Чтобы собрать мини устройство своими руками, вам потребуется следующее:

1. Станина;
2. Переходная стабилизирующая рамка;
3. Планка для перемещения;
4. Амортизатор;
5. Ручка-регулятор высоты;
6. Крепление для двигателя;
7. Двигатель;
8. Цанга (или патрон);
9. Переходники.

Стоит отметить, что мы описываем самодельный мини сверлильный станок, собираемый из подручных средств своими руками. Заводская конструкция отличается использованием специализированных узлов, которые изготовить собственноручно практически невозможно.
Основой сверлильного мини агрегата, как и любого другого, является станина. Она выполняет функцию основания, на которой будут держаться все узлы. Станиной может являться подручное устройство, например: скелет микроскопа; стойка для проведения линейных измерений цифровым индикатором.

А можно изготовить самому, например легкую деревянную станину – соединив дощечки саморезами, либо же тяжелую и устойчивую – приварив стальной профиль к металлическому листу. Лучше когда вес станины выше основного веса остальных узлов, это позволяет повысить устойчивость агрегата и снижает его вибрацию во время работы.

В качестве двигателя для могут послужить электродвигатели от: кассетных магнитофонов, принтеров, дисководов и другой офисной техники. В качестве крепления для сверл выбирается патрон или цанги. Однако патрон более универсальный, цанга же предусматривает установку сверл только определенных размеров.

Двигатели для сверлильных станков для печатных плат

Еще одна интересная схема на основе запчастей от CD-ROM и фена с автоматической регулировкой частоты вращения двигателя в зависимости от нагрузки.

Самодельная станина

При изготовлении стальной станины своими руками, под нее можно прикрутить ножки, для фиксации её положения.
Стабилизирующую рамку можно изготовить, например, из рейки или уголка, при этом лучше применять сталь.
Вид планки для перемещения можно подобрать любой, наиболее удобный, при этом лучше совместить её с амортизатором. В некоторых случаях, амортизатор может сам быть такой планкой. Функции этих деталей заключаются в вертикальном смещении оборудования во время работы.
Амортизатор можно изготовить самому или снять с офисной мебели раздвижные рейки, либо прибрести в магазине.
Ручка-регулятор высоты устанавливается на корпус, стабилизирующую рейку или амортизатор.
Крепление для двигателя устанавливают к стабилизирующей рамке, ею может быть, например, простой деревянный брусок. Она нужна для вывода двигателя на нужное расстояние и его надежной фиксации.
Затем двигатель устанавливают непосредственно на крепление.
К двигателю непосредственно присоединяют патрон или цанги, к которым крепятся переходники, используемые для установки сверл. Переходники подбираются индивидуально, в зависимости от вала двигателя, его мощности, типа сверл и т.п.
В заключении можно сказать, что собранный сверлильный мини станок, можно постоянно дорабатывать в ходе эксплуатации. Например, можно наклеить на патрон светодиодную ленту, для подсветки просверливаемых образцов.

Сверлильный станок своими руками

Сверлильный станок своими руками — в данном обзоре речь пойдет об изготовлении миниатюрного сверлильного станочка в домашних условиях из подручных средств. Статья предназначена в основном для радиолюбителей, кому часто приходится самостоятельно изготавливать печатные платы. Но такое компактное оборудование как представленный ниже станок будет полезен не только в сфере электроники, но и в других хозяйственных делах.

Основой для конструкции послужили детали от вышедшего из строя CD ROM’a от компьютера. Вернее нужны будут только металлическая рамка с установленными на ее плоскости парой направляющих и кареткой, этот фрагмент показан на фото ниже. Цель конечно у меня была собрать сверлилку из подручных материалов. То есть из того, что было в хозяйстве и могло пригодиться в построении такого оборудования.

На скользящей каретке в дальнейшем будет смонтирован двигатель, а затем уже будет собран сам сверлильный станок своими руками. Чтобы закрепить его, предварительно был изготовлен специальный держатель в виде кронштейна из отрезка листовой стали 2мм.

Электродвигатель

В держателе просверлил отверстия под размер вала электродвигателя и соответственно под винты, которые будут держать кронштейн с двигателем. Изначально для сверлильного устройства был применен электромотор ДП25-1,6-3-27, работающий от постоянного напряжения 27v и развивающий мощность 1,6 Вт. Смотрите фото:

В процессе испытания этого мотора, было установлено, что у него не хватает необходимой мощности для сверления в стеклотекстолите. 1.6W явно недостаточно для этого, чуть-чуть увеличиваешь нагрузку и двигатель становится.

На это фото показан сверлильный станок своими руками с электромотором ДП25-1,6-3-27 , вариант которого сначала предполагался использовать :

В связи с тем, что силовой агрегат мало производителен пришлось от него отказаться и искать мотор соответствующей мощности. Конечно на поиски нужного двигателя ушло некоторое время, поэтому процесс изготовления был немного приостановлен. Но как говорится «мир не без добрых людей» и товарищ подарил мне электромотор от старого нерабочего принтера.

Новый электродвигатель

Вновь приобретенный двигатель не имел шильдика с маркировкой, следовательно, его мощность доподлинно я не знаю. Но мощности его вполне хватало, чтобы собрать сверлильный станок своими руками. На вал якоря запрессована металлическая шестеренка. Диаметр вала на двигателе — 2,3 мм. Далее я убрал шестеренку с вала, а вместо нее поставил цанговый зажим и попробовал просверлить несколько отверстий сверлом 1.2 мм. Результат конечно меня приятно удивил, данный моторчик прекрасно справлялся со сверлением 3 миллиметрового текстолита при питающем напряжении 12v.

Здесь показано как я крепил мотор с использованием держателя к скользящей каретке:

Опора сверлильного устройства выполнено из десяти миллиметрового отрезка стеклотекстолита.

Это подготовленные детали для основания устройства:

Для обеспечения устойчивости, сверлильный станок собранный своими руками, в нижней части основания вмонтированы резиновые опорные ножки:

Конструкция устройства

Металлическая конструкция устройства имеет образ консоли, другими словами — несущие шасси с установленным на нем электродвигателем при помощи двух специальных держателей. Рама с мотором установлена на небольшом расстоянии от нижней части станка. Такой вариант системы позволил выполнять сверление большого по размеру текстолита. Эскиз устройства приведен ниже:

Ниже картинки уже готового сверлильного станка

В рабочей части устройства на фото, виден установленный для подсветки светодиод:

На показанном изображении видна слишком большая степень яркости подсветки. В действительности же все освещается очень корректно:

Конструкция выполненная в виде консоли дает возможность делать отверстия в больших по ширине заготовках, более чем 140 мм, ну и естественно большой длинны.

Измерение полезной площади для сверления:

Как показывает изображение, что длина плоскости от передней части подвижной каретки станка до центра сверла составляет 69 мм. То есть ширина текстолитовых заготовок для печатных плат может быть примерно 135 мм.

Подвижной механизм

Для опускания и подъема механизма сверления предусмотрен специальный рычаг нажимного действия:

Для фиксации сверлильного узла над заготовкой перед началом сверления, а затем его возвращение назад, то есть реверс обеспечивает пружина возврата. Она помещена на направляющей оси:

На этом изображении показана схема настройки оборотов электромотора в автоматическом режиме, которая зависит от степени нагрузки.

Для комфортного использования сверлильного устройства было изготовлено два образца регулировки скорости вращения электродвигателя. Один вариант станка для сверления был выполнен на базе электромотора ДП25-1,6-3-27, модуль регулировки и его принципиальная схема были позаимствованы в журнале Радио №7 за 2010 год:

К сожалению вариант регулировки надлежащим образом работать не стал, поэтому был исключен из дальнейшего тестирования.

Другой образец сверлилки был сделан с использованием моторчика от принтера, на просторах интернета нашлась еще одна подходящая схема для регулировки оборотов двигателя. Вот ее я и с успехом применил.

Два режима скорости

Представленная здесь схема регулятора способна поддерживать работу электромотора в двух скоростных режимах:

1. Во время холостой работы сверлильного станка якорь двигателя вращается с низкой скоростью, то есть в это время задействовано меньшее напряжение питания.
2. Когда возникает нагрузка на двигатель, то есть момент начала сверления, автоматический регулятор подает на двигатель полное напряжение, тем самым увеличивается скорость вращения.

Модуль автоматической регулировки скорости вращения мотора выполненный по представленной выше схеме, начал сразу работать корректно. В процессе тестирования установил такие параметры: при работе устройства в режиме без нагрузки — 2200 об/мин. В момент начала сверления текстолита скорость поднимается до максимального значения. По окончанию сверления регулятор автоматически убирает скорость вращения до самых низких.

Схема данного регулятора была реализована на маленькой по размеру плате:

Кремневый транзистор КТ815В установлен на радиаторе охлаждения.

Модуль регулятора размещен с тыльной стороны сверлильного устройства:

На плате показан постоянный резистор R3 с сопротивлением 5,6 Ом и мощностью рассеивания 2 Вт.

Тестирование сверлильного станка показало прекрасную его работу. Автоматика выполняла свои функции безупречно.

Здесь представлен маленький видео-обзор сверлильного станка в работе:

Обновление от 01.08.2017:

В схеме управления, помимо своего регулятора скорости вращения, установлен элемент стабилизации питающего напряжения для светодиода подсветки. Окончательная принципиальная схема модуля управления:

Станки для монтажных плат

Монтажные платы считаются основанием всех микросхем. Она необходима для механического и электрического соединения различных элементов электроники.
Делают такие платы из диэлектрического материала, на который в последствии и ставятся все детали микроэлектроники.

На платы ставятся транзисторы, тиристоры и др. микроэлектроника, т.е. очень много маленьких деталей, которые тяжело рассмотреть не вооруженным глазом.

На незамысловатые платы добавляют дополнительные детали, путем их прикручивания с дальнейшей пайкой. Естественно для того, чтобы привинтить детали, нужно в плате высверлить отверстия. Делать эти отверстия нужно с точностью ювелира. При расхождении даже в пару сотен микрон может быть предельно ощутимым либо же привести к браку изделия, если вы готовитесь разместить на плате очень много элементов электроники.

Любители радиоэлектроники часто занимаются изготовлением монтажных плат, в которых требуется высверливать очень много отверстий небольшого диаметра. Сверление очень маленьких отверстий, диаметром 0,5-1,0 мм, с применением традиционного настольного сверлильного, дрели или шуруповерта, считается не весьма комфортным занятием, в ходе которого легко покорежить сверло. Как последствие, делать сверление микроотверстий в монтажных платах имеет смысл при помощи специального мини сверлильного пресса, с применением твердосплавных сверл, диаметром 0,7-0,8 мм.
Применение мини сверлильного станка существенно облегчает работу, делая её фактически механической, повышая таким образом продуктивность труда. При этом конструкция не выделяется большой сложностью, в связи с этими причинами большинство выбирают собирать их собственными руками.
Таким самодельным сверлильным мини станком можно высверливать как монтажные платы, так и любые иные заготовки, но из-за конструкции станка существуют ограничения по глубине отверстия.

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 connect . Если в ответ будет получено res: 1 , значит станок найден.

GUI реализован при помощи PyQt5.