CNC-Fräse/Leiterplatten fräsen

Vorher G-Code-Referenz lesen: http://www.linuxcnc.org/docs/html/gcode.html

Software installieren

pcb2gcode muss manuell installiert werden, da es entweder nicht paketiert ist oder eine kaputte Dependency auf die veraltete libgerbv hat.

• gerbv in Version 2.6.0 installieren (könnte paketiert sein). Aktuell wäre 2.6.1, aber da hat sich die API geändert.
• pcb2gcode installieren
• Konfigurationsdateien herunterladen

Platinendesign

• Die Platine sollte nahe des Eagle-Nullpunkts designt werden, der Nullpunkt selbst muss aber frei bleiben (Ecke auf dem Nullpunkt ist OK).
• Die minimale Leiterbahnbreite, die wir mit der Fräse erreichen können, ist 18 mil. Für sorgenfreies Fräsen werden wo möglich 24 mil empfohlen. Entsprechendes gilt für die Groundplane. Lange diagonale Leiterbahnen sollten vermieden oder etwas breiter (20-24 mil) angelegt werden.
  • Leitungen zwischen den Pads von kleinen SMD-Bauteilen durchzuführen funktioniert nicht.
  • Die kleinste verwendbare Packageart ist SOIC.

• Bei einlagigen Platinen müssen Through-Hole-Bauteile auf die nicht verkupferte Seite gebaut werden, damit sie auf der verkupferten Seite festgelötet werden können. In Eagle heißt das, dass alle diese Bauteile auf die Rückseite gehören.

• Bei zweilagigen Platinen müssen Vias und die Pads von Through-Hole-Bauteilen größere "Restrings" bekommen. Dazu im Design Rule Check im Tab "Restring" Alle Minimumwerte auf 0.4 mm setzen (für Mutige 0.35 mm oder sogar 0.3 mm).

Export aus Eagle

• Im Eagle-Menü "File" → "CAM Processor...", dort "File" → "Open" → "Job...", dann "pcb2gcode.cam" aus dem Konfigurations-Tarball auswählen.
• Mit "Process Job" werden die Ausgabedateien erzeugt.

G-Code generieren

mkdir generated
cd generated
cp ../${EAGLE_FILENAME}.{front,back,outline,drill} .
cp ${CONFIG_TARBALL}/millproject .
pcb2gcode --front ${EAGLE_FILENAME}.front --back ${EAGLE_FILENAME}.back --drill ${EAGLE_FILENAME}.drill
pcb2gcode --outline ${EAGLE_FILENAME}.outline
sed -i "/^T.$/,/^M0/d" drill.ngc                                          # Toolchanges rauspatchen
sed -i "/spindle speed/a  M7      ( Coolant on.                  )" *.ngc # Kühlung einschalten
sed -i "/^M2/i G21 ( Back to metric. )" *.ngc                             # Remetrisierung

(pcb2gcode behauptet zwar, Prä- und Postambeln zu beherrschen, das stimmt aber nicht)

Es sollten die Dateien front.ngc, back,ngc, drill.ngc und outline.ngc entstanden sein. Prüfen, ob sed keinen Unsinn gemacht hat. Die ngc-Dateien auf zerstoerungswut (den Fräsenrechner) kopieren. Dort läuft ein SSH-Server.

Fräsen

Achtung: Die Fräse ist teuer, durchaus gefährlich und absolut unbarmherzig. Lass dir (z.B. im Rahmen deiner ersten Platine) eine Einführung geben und unbedingt helfen, wenn du unsicher bist.

Im Zweifelsfalle: F1 ist die Notbremse (in Linuxcnc). Dann ist vielleicht ein Fräser, aber nicht mehr kaputt.

Für einfache einlagige Platinen kann die Outline auch gut per Hand gefahren werden. Dann ist es nicht nötig, die Platine zu wenden.

pcb2gcode erzeugt leider immer G-Code in Inches. Linuxcnc muss nach jedem Durchlauf auf metrisch zurückgestellt werden.

Vorbereitung

• Löcher für die Werkstückeinspannung manuell in die rechte untere und rechte obere Ecke der Leiterplatte bohren
• Pappe auf den Federtisch kleben (sollte schon dort sein)
• Leiterplatte einspannen, die Befestigungsbolzen sollten etwas Spannung ausüben. Gegenüberliegende Seite mit Gaffa festkleben

Löcher

• Multitool einspannen, Schlitten hochklappen
• Fräse an (20000 U/min), Gebläse an
• Neben der Leiterplatte Fräse so weit herunterfahren, dass das Multitool die Pappe gerade so anbohrt. Dort z = -3 setzen.
• Ursprung für die Platine aussuchen. Fräse dort hinfahren und x = 0, y = 0 setzen. Beachten dass alles draufpasst und der Schlitten in allen Lagen komplett auf die Platine passt. Dabei muss etwas Platinenrand verschwendet werden.
• Falls die Platine gewendet werden muss (Platine ist zweilagig oder Outline soll gefräst werden), bei x = 0, y = 0 ein Loch durch die Platine bohren.
• drill.ngc ausführen

Traces auf der Vorderseite

• Schlitten runterklappen
• Fräse an (20000 U/min), Gebläse an
• Neben der zu fräsenden Schaltung den Schlitten aufsetzen. Der Schlitten soll die Platine fest auf den Untergrund drücken und die Federplatte etwas eindrücken. In dieser Position z = 0 setzen.
• Prüfen, dass der Fräser eine möglichst schmale, aber deutliche Spur hinterlässt (das Kupfer muss definitiv getrennt sein). Falls nötig mit der Mikrometerschraube nachregeln: größere Zahlen = größere Frästiefe. Falls schmale Leiterbahnen oder SOIC-Chips beteiligt sind, kommt es hier auf jeden Mikrometer an, den der Fräser weiter hochgedreht werden kann.
• front.ngc ausführen

Traces auf der Rückseite

• Platine wenden (Nein! Doch! Ohhh!)
• Fräse an (20000 U/min), Gebläse an
• Das Loch im Nullpunkt suchen, Fräse dort hinfahren und x = 0, y = 0 setzen. Das muss leidlich genau sein (insbesondere, wenn die Restrings kleiner gewählt wurden).
• Prüfen, dass die Fräserspur noch OK ist
• back.ngc ausführen

Outline

• 1.6mm-Fräser einspannen, Schlitten hochklappen
• Fräse an (20000 U/min), Gebläse an
• Neben der Leiterplatte Fräse so weit herunterfahren, dass der Fräser die Pappe gerade so anbohrt. Dort z = -3 setzen.
• outline.ngc ausführen oder von Hand Outline abfahren (Jog-Speed verringern).
• Leider kann pcb2gcode keine Haltestege erzeugen, ohne diese würde die fertige Platine aber durch die Gegend fliegen, wenn sie lose wird, und kaputt gehen. Bekannte Workarounds:
  • G-Code patchen, damit der Fräser an einigen Punkten etwas höher fräst (Erinnerung: pcb2gcode erzeugt immer G-Code in Inches).
  • Kurz vor Schluss abbrechen
  • Mit einem Werkzeug die Platine festhalten (nein, nicht mit dem Finger!). Nicht fest aufdrücken, da sonst der Federtisch nachgibt und der Fräser nicht mehr die die ganze Platine fräst

Nach dem Fräsen bitte Fräse absaugen.

Löten

• Vias und Through-Hole-Bauteile, die auf beiden Seiten Kontakt haben müssen, müssen manuell durchkontaktiert werden (auf beiden Seiten Lötzinn auftragen), bei Vias eventuell mit einem Stück Draht nachhelfen.