Фрезерование контуров и сверление печатных плат

[iTXS]

Здравствуйте, впервые пишу здесь. Собираюсь сделать портативный автомат для фрезеровки контура печатной платы (диаметр фрезы 1-2мм) и сверления переходных отверстий (сверла 0.1-2мм). Работаю электронщиком, поэтому проблемы у меня только в выборе удачных решений механики, материалов и нагрузочном расчете конструкции. Ожидаемая точность 0.05-0.1мм. Немного владею Comsol multiphysics, Solidworks, если необходим сопромат, могу подучить и рассчитывать там. У меня есть несколько вопросов:
--Устройство хочу сделать по возможности низким, не более 20 см в высоту, думаю о горизонтальном расположении мотора фрезера, либо о гибкой передаче вращения на сверло при неподвижном расположении мотора. Допустимо ли это?
--Существуют ли типовые решения в конструировании фрезеровальных станков для уменьшения ошибки обработки из-за провисания портала, колонн и т.д.?
--Сложно ли сделать полностью автоматическую замену сверел? Существуют ли электрически управляемые цанги небольших размеров? Автозамена фрез и сверел в данном случае обязательна. Думаю о конструкции кассетницы с сверлами, откуда их будет брать автоматическая цанга.
--Планирую поставить мини пылесос около шпинделя для сбора опилок и стружек, есть ли готовые решения?

[selenur]

--Устройство хочу сделать по возможности низким, не более 20 см в высоту, думаю о горизонтальном расположении мотора фрезера, либо о гибкой передаче вращения на сверло при неподвижном расположении мотора. Допустимо ли это?

передать вращение через гибкий канал вполне возможно, (ручных граверов в продаже много разных) но вот что-бы на конце где было стабильное вращение без биений, без доработки навряд-ли получится, а без этого тонкие сверла будет ломать постоянно.

--Сложно ли сделать полностью автоматическую замену сверел? Существуют ли электрически управляемые цанги небольших размеров? Автозамена фрез и сверел в данном случае обязательна. Думаю о конструкции кассетницы с сверлами, откуда их будет брать автоматическая цанга.

Миниатюрного решения по моему нет, но есть решение в виде пластиковых колец которые надеваются на сверла, но смена ручная.

[Lunatic]

--Устройство хочу сделать по возможности низким, не более 20 см в высоту, думаю о горизонтальном расположении мотора фрезера, либо о гибкой передаче вращения на сверло при неподвижном расположении мотора. Допустимо ли это?
--Существуют ли типовые решения в конструировании фрезеровальных станков для уменьшения ошибки обработки из-за провисания портала, колонн и т.д.?
--Сложно ли сделать полностью автоматическую замену сверел? Существуют ли электрически управляемые цанги небольших размеров? Автозамена фрез и сверел в данном случае обязательна. Думаю о конструкции кассетницы с сверлами, откуда их будет брать автоматическая цанга.
--Планирую поставить мини пылесос около шпинделя для сбора опилок и стружек, есть ли готовые решения?

-Для сверления отверстий с малыми диаметрами твердосплавным инструментом будут нужны высокие обороты (от 30 тыс об мин) , а те гибкие шланги, что я видел, имеют предел оборотов сильно ниже. Может в стоматологии можно найти инструмент подходящий. Ну и про сомнительную точность на конце гибкого вала при таком варианте уже написали.
- Если только для сверления и для обрезки по контуру то о провисании можно не беспокоиться. Но для сверления 0.1 мм жесткость конструкции должна быть приличной.
-ТОже любопытно, есть ли автосмена с электроприводом для цанг до 3.175 мм. Пока видел только для Kressa решение с воздушным приводом 8 Бар. Но KRESS до 8 мм цанги поддерживает ,что наврено избыточно.

[Serg]

Может в стоматологии можно найти инструмент подходящий.

В стоматологии пневмопривод. Кстати автосмену там сделать не проблема - надо всего-лишь добавить привод, для нажимания рычажка.

[igmay]

Так*с , для поддержания разговора*с /с/
Я дилетант и по факту добавить нечего. Но была идея в своё время построить подобный станок. Именно для плат. С оборотистым шпинделем и автоматической сменой фрез.
Кой-какое оборудование для этого предприятия накупить успел. Пока не знаю отказался ли я от идеи построить. Отложил до лучших времен и понимания четкого.
Так что буду следить за продолжением темы.
Собственно фирмовые частотник и шпиндель 40 тыс. оборотов. С автоматической ваккумной сменой фрез.

[arkhnchul]

Устройство хочу сделать по возможности низким, не более 20 см в высоту

имхо никак не получится в такую высоту упихаться. Тем более с автосменой.

Существуют ли электрически управляемые цанги небольших размеров?

а распространенная пневматика чем не устраивает?

Планирую поставить мини пылесос около шпинделя для сбора опилок и стружек, есть ли готовые решения?

вагон их. А вообще для листового текстолита я бы о вакуумном прижиме подумал, удобно само по себе и бонусом стружку будет усасывать.

[iTXS]

Ух ты! Столько ответов, какая высокая отзывчивость, спасибо. Я еще не сделал ни одного станка, и сейчас изучаю актуальные решения типовых задач чтобы сделать свой.

а распространенная пневматика чем не устраивает?

Не знал о том, что тут применяется пневматика, отлично, посмотрю.

имхо никак не получится в такую высоту упихаться. Тем более с автосменой.

Я хотел проверить, что люди ответят, если прямо невозможно, то сделаю с 30 см.

Я дилетант и по факту добавить нечего. Но была идея в своё время построить подобный станок. Именно для плат. С оборотистым шпинделем и автоматической сменой фрез.
Кой-какое оборудование для этого предприятия накупить успел. Пока не знаю отказался ли я от идеи построить. Отложил до лучших времен и понимания четкого.
Так что буду следить за продолжением темы.
Собственно фирмовые частотник и шпиндель 40 тыс. оборотов. С автоматической ваккумной сменой фрез.

Интересно изучить устройство вашего станка.

-Для сверления отверстий с малыми диаметрами твердосплавным инструментом будут нужны высокие обороты (от 30 тыс об мин) , а те гибкие шланги, что я видел, имеют предел оборотов сильно ниже. Может в стоматологии можно найти инструмент подходящий. Ну и про сомнительную точность на конце гибкого вала при таком варианте уже написали.
- Если только для сверления и для обрезки по контуру то о провисании можно не беспокоиться. Но для сверления 0.1 мм жесткость конструкции должна быть приличной.

Я думаю сделать все из стали+алюминия, так как хочу высокое качество и точность плат. По поводу маленьких отверстий - это весомый довод в пользу прямой передачи, видимо придется увеличить высоту до 30 см. В Aliexpress нашел несколько предложений по моторам с шпинделями и цангам для ER11 (надеюсь для моих применений ER11 не будет слишком мала, а если есть еще меньше - то скажите как называется пожалуйста). Постараюсь поискать высокооборотистые моторы.

По поводу шаговых двигателей решил не использовать традиционные Nema17, а хочу взять поменьше, например Nema14 или 11, что тоже нашел на Али, ведь у меня только до 1.5мм толщины текстолита, а не фрезеровка по дереву. Я думаю сделать драйвер двигателей сам, и уделить ему должное внимание, если не найду компактных и надежных готовых. Китайцы слишком уж любят экономить BOM, это не нравится мне.

По поводу фрез - решил использовать фрезу A2ST с двойной заточкой, слышал, что это лучший выбор для фрезерования контуров плат. Пока фаски на платах делать не собираюсь. А сверла - нашел на Али, (заявлены как 3 твердосплавных набора), вместе покрывают 0.1-2.4 мм.

Прочитал про керамические шарикоподшипники. Мне можно их ставить?

[igmay]

Интересно изучить устройство вашего станка.

Да нет никакого станка. Только то что на картинке. )
Вообще планировал трехосевик по классической схеме на поверочной плите . Только за счет малого рабочего поля и малого хода по оси "зет" хотел сделать конструкцию максимально жесткой.
На рабочей поверхности - ваккумный столик. Спереди его обойма со сменными фрезами в цангах. Ваккумный насос с рессивером для стола и фрез . Охлаждение. Пылесос..
Вобщим ничего особьо оригинального. Что-то бы наверное дополнилось в процессе...

[Serg]

надеюсь для моих применений ER11 не будет слишком мала, а если есть еще меньше - то скажите как называется пожалуйста

Есть ER8 (до 5 мм), но они гораздо ореже встречаются. По сути для плат достаточно цанги на 1/8" (3.175мм) - все мелкие свёрла и фрезы имеют такой хвостовик.

Для станка для плат ( в свете небольшой рабочей высоты) я б подумал не об автосмене, а о револьверной головке на 4-6 моторчиков, один из них помощьней, ватт на 300, для фрезерования контуров.

[iTXS]

Для станка для плат ( в свете небольшой рабочей высоты) я б подумал не об автосмене, а о револьверной головке на 4-6 моторчиков, один из них помощьней, ватт на 300, для фрезерования контуров.

Но ведь тогда я должен буду сам их устанавливать перед работой, а это не удобно, хочу сделать автоматически. Интересны конструкции вакуумного захвата фрез.

Да нет никакого станка. Только то что на картинке. )
Вообще планировал трехосевик по классической схеме на поверочной плите . Только за счет малого рабочего поля и малого хода по оси "зет" хотел сделать конструкцию максимально жесткой.
На рабочей поверхности - ваккумный столик. Спереди его обойма со сменными фрезами в цангах. Ваккумный насос с рессивером для стола и фрез . Охлаждение. Пылесос..
Вобщим ничего особьо оригинального. Что-то бы наверное дополнилось в процессе...

Не хотите продолжать? Идея интересная.

Подумал, нельзя ли использовать маленькие моторы от квадрокоптеров, или их ротор не выносит поперечного приложения нагрузки? Нашел два:
https://ru.aliexpress.com/item/Original ... 78687.html
https://ru.aliexpress.com/item/New-3650 ... 11476.html
Думаю с ними еще будут проблемы охлаждения, так как наверное они проектировались под охлаждение пропеллером, но они очень низкие, что и мощность их ограничивает.

Посмотрел и нормальные моторы разных ценовых категорий, способов управления и охлаждения:
https://ru.aliexpress.com/item/0-3KW-52 ... 26696.html
https://ru.aliexpress.com/item/52mm-cnc ... 05528.html
https://ru.aliexpress.com/item/250w-400 ... 65445.html
https://ru.aliexpress.com/item/300W-600 ... 34778.html

Вы не могли бы поподробнее рассказать, как устроен вакуумный захват фрез?

[Rionet]

Наберите в ютубе PCB drilling machine и посмотрите видео с устройством и работой станка и сменщика.

Для сверления/фрезерования ПП устоявшимся решением являются специальные шпиндели диаметром 62мм с цанговым зажимом инструмента стандарта Excellon 820 либо 1010 (наберите в гугле PCB Drilling spindle). Разжим/зажим цанги осуществляется пневмоцилиндром.
Таким образом шпиндель захватывает инструмент непосредственно за хвостовик.
Стандартным хвостовиком инструмента является 3.175мм (1/8 дюйма). Менее распространен 3мм.
Ограничение глубины захвата, а также удержание инструмента в магазине осуществляется с помощью пластикового ограничительного кольца, напрессовываемого на инструмент.

[arkhnchul]

если прямо невозможно, то сделаю с 30 см.

Один шпиндель минимум в районе 200-250, нужен ход по Z ну хотя бы 100, плюс станина и стол на сколько-то набежит. И в 300 не влезет.
Зачем вообше упираться в маленькую высоту? Вы его в шкаф на полку ставить собираетесь?

В Aliexpress нашел несколько предложений по моторам с шпинделями и цангам для ER11

со шпинделями под цанги ER вы не получите смену инструмента. Шпиндели с автосменой (ATC) работают с конусными оправками типа ISO или BT, в каковые уже зажимаются инструменты, или со своими цангами под один диаметр хвостовика.
типа того - как раз цанга под 3.175: http://www.ebay.com/itm/1pcs-PCB-drilli ... 2028332057

решил не использовать традиционные Nema17, а хочу взять поменьше, например Nema14 или 11

а что вас сподвигло к такому решению? они не вывезут и просто таскать отнюдь не невесомый портал со шпинделем, а не то чтобы еще что-то делать. Не смотрите на типоразмеры меньше NEMA23.

решил использовать фрезу A2ST с двойной заточкой, слышал, что это лучший выбор для фрезерования контуров плат

кукуруза как кукуруза, в том же китае их вагоны.

[Serg]

Но ведь тогда я должен буду сам их устанавливать перед работой, а это не удобно, хочу сделать автоматически. Интересны конструкции вакуумного захвата фрез.

Кто мешает револьверную головку вращать ещё одним шаговиком?..

[arkhnchul]

а вообще, насколько эта самая автосмена нужна? Сколько плат в день планируется делать?

[iTXS]

а вообще, насколько эта самая автосмена нужна? Сколько плат в день планируется делать?

Не много, меньше десяти штук в день, и собираюсь сделать простым в управлении, оттого и хочу автосмену. Не отговаривайте пожалуйста, все равно ее мне необходимо сделать по многим причинам.

Кто мешает револьверную головку вращать ещё одним шаговиком?..

Рассматриваю это как запасной вариант, все таки это громоздко.

Для сверления/фрезерования ПП устоявшимся решением являются специальные шпиндели диаметром 62мм с цанговым зажимом инструмента стандарта Excellon 820 либо 1010 (наберите в гугле PCB Drilling spindle). Разжим/зажим цанги осуществляется пневмоцилиндром.
Таким образом шпиндель захватывает инструмент непосредственно за хвостовик.

Шпиндели с автосменой (ATC) работают с конусными оправками типа ISO или BT, в каковые уже зажимаются инструменты, или со своими цангами под один диаметр хвостовика.

Спасибо, посмотрел видео и сайты, просветился. Оказывается меняют не сверла а цанги, что в моем случае не совсем подходит, станок ведь хочу сделать портативный, не больше обычного не маленького 3D принтера. В видео нашел удерживающий цанги механизм с пневмоприводом, интересно. Возможно я сделаю свою версию этого механизма, но на чем то вроде короткого пружинного электроактуатора, пока не знаю. По поводу цанг ER у меня пока есть только одна идея: к шпинделю приделать гаечный ключ, откидывающийся при работе, и усилием шпинделя ослаблять гайку ER находясь над лункой, куда впоследствии упадет фреза или сверло. Далее перейти к лунке с нужным инструментом и точно так же затянуть гайку усилием шпинделя в обратном направлении. Тут есть слабое место: я не знаю, хватит ли усилия шпинделя для этого.

а что вас сподвигло к такому решению? они не вывезут и просто таскать отнюдь не невесомый портал со шпинделем, а не то чтобы еще что-то делать. Не смотрите на типоразмеры меньше NEMA23.

Я же буду фрезеровать и сверлить платы не толще 1.5мм, и не буду использовать сложные шпиндели за 100 тысяч, хотя они и очень крутые, высокооборотистые, с автозажимом и воздушной смазкой. Хочу сделать не запредельно дорогой аппарат для домашнего пользования.

кукуруза как кукуруза, в том же китае их вагоны.

Теперь буду вникать в ЧПУшный сленг

Рабочее поле планирую делать 250х300 мм, ход по Z думаю большой не нужен, я буду делать исключительно платы и ничего другого.
Маленькая высота нужна мне для того чтобы аппарат можно было легко переносить с места на место, а так как планируется фрезерование только плат, то рабочую высоту Z я могу вообще сократить до 10 мм.

Думаю существует формула, приблизительно вычисляющая требуемый момент осевого двигателя при заданной толщине обрабатываемого материала, его показателе жесткости, частоте оборотов шпинделя, глубине перфорации сверла и требуемой скорости хода, при допущении, что материал сверла много жестче обрабатываемого.

[exe]

По поводу цанг ER у меня пока есть только одна идея: к шпинделю приделать гаечный ключ, откидывающийся при работе, и усилием шпинделя ослаблять гайку ER находясь над лункой,

не выйдет, вряд ли хватит крутящего момента шпинделя, он у него на минимальных оборотах не большой

разве что вал фиксировать, и приводом управляемым шаговиком, откручивать-закручивать гайку , контролируя момент по току

[Сергей Саныч]

По поводу цанг ER у меня пока есть только одна идея: к шпинделю приделать гаечный ключ, откидывающийся при работе, и усилием шпинделя ослаблять гайку ER находясь над лункой, куда впоследствии упадет фреза или сверло. Далее перейти к лунке с нужным инструментом и точно так же затянуть гайку усилием шпинделя в обратном направлении. Тут есть слабое место: я не знаю, хватит ли усилия шпинделя для этого.

Рабочий момент фрезы/сверла при обработке ПП и момент затяжки цанги ER отличаются на порядки.

разве что вал фиксировать, и приводом управляемым шаговиком, откручивать-закручивать гайку , контролируя момент по току

Проще не шаговиком, а коллекторным с редуктором.

[arkhnchul]

Оказывается меняют не сверла а цанги

вот тот, что по ссылке на ебей - именно смена инструмента с фиксированным диаметром хвостовика.
и да, цанга - это непосредственно железка с прорезями, которая зажимает инструмент. Конусные фиговины, которые втыкаются в шпиндель автосмены - оправки.

я не знаю, хватит ли усилия шпинделя для этого

нет

Я же буду фрезеровать и сверлить платы не толще 1.5мм

не важно. Вам нужно таскать туда-сюда тяжелый портал, по порталу - тяжелую каретку со сборкой оси Z, по Z - шпиндель вверх-вниз. NEMA14, а тем более 11, и для легеньких 3D принтеров слишком слабые, а тут на живые килограммы их тем более не хватит.

не буду использовать сложные шпиндели за 100 тысяч ... Хочу сделать не запредельно дорогой аппарат для домашнего пользования.

тогда имхо придется смириться с ручной сменой. Не так там все и страшно.

рабочую высоту Z я могу вообще сократить до 10 мм

и теперь попытайтесь представить, как вы будете с ходом по Z 10мм менять инструмент - хоть автоматом, хоть вручную. Вот просто визуально - как засовывать то же сверло в цангу. Если для ручной смены еще можно придумать что-то типа "отогнать шпиндель к специальной яме в столе", то с автоматом еще придется городить механизм вертикального перемещения магазина с инструментом.

[AndyBig]

материал сверла много жестче обрабатываемого

А еще намного хрупче. Твердосплавные фрезы и сверла ломаются очень легко, особенно планируемых Вами диаметров.

[Rionet]

У вас на самом деле выбора нету.
Если вы хотите автосмену то покупаете специальный шпиндель для плат типа того что по ссылке выше.
Если не хотите, то берете 300Вт ER8 60тыс. и меняете сверла руками.

Со шпинделями с ебея аккуратнее, они свой ресурс уже отработали, нужно будет делать ревизию и вероятно менять подшипники. А они там могут быть непопулярными.

И вообще, 10 плат, у них размер какой? Может лучше я вам их сделаю? https://vk.com/club15390842