CNC-Fräse/Leiterplatten fräsen: Unterschied zwischen den Versionen

aus dem Wiki des Entropia e.V., CCC Karlsruhe
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= Software installieren =
= Software installieren =


pcb2gcode muss manuell installiert werden, da es entweder nicht paketiert ist oder eine kaputte Dependency auf die veraltete libgerbv hat.
Arch-Linux-User dürfen sich über <tt>pcb2gcode-git</tt> im AUR freuen, das zumindest momentan korrekt baut. Alle anderen müssen das Zeug von Hand installieren:


* [http://gerbv.geda-project.org/ gerbv] ''in Version 2.6.0'' installieren (könnte paketiert sein). Aktuell wäre 2.6.1, aber da hat sich die API geändert.
* [http://git.geda-project.org/gerbv/ gerbv] installieren
* [http://sourceforge.net/projects/pcb2gcode/ pcb2gcode] installieren
* [https://github.com/patkan/pcb2gcode pcb2gcode] installieren, braucht die gerade installierte libgerbv
* [[Medium:Pcb2gcode-config.tar.gz|Konfigurationsdateien]] herunterladen


= Platinendesign =
= Platinendesign =
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* Die Platine sollte nahe des Eagle-Nullpunkts designt werden, der Nullpunkt selbst muss aber frei bleiben (Ecke auf dem Nullpunkt ist OK).
* 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.
* 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.
** SMD-Widerstände, -Kondensatoren, etc. lieber in 0805
*** Leitungen zwischen deren Pads durchführen geht nicht (kein Lötstopplack)
** Die kleinste verwendbare Packageart ist SOIC.
** Die kleinste verwendbare Packageart ist SOIC.
 
* Mangels Toolchanger benutzen wir für alle Löcher das Multitool mit 0,6 mm Durchmesser. Bei Bedarf muss aufgebohrt werden.
* 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 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).
* 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 =
== Design Rules für KiCad ==
Im Pcbnew-Editor können Regeln über den Unterpunkt "Design Rules" im "Design Rules"-Menü vorgegeben werden.
Folgende Einstellungen werden für das Fräsen vorgeschlagen (Änderungen vorbehalten):
* Net Classes Editor
** Clearance: ≥0.6mm (es seie denn man verwendet einen sehr speziellen Fräser)
* Global Design Rules
** Blind/buried Vias:
*** do not allow blind/buried vias
** Micro Vias:
*** Do not allow micro vias
** Minimum Allowed Values:
*** Min track width: 0.6
*** Min via diameter: 1
*** Min via drill diameter: 0.6


* Im Eagle-Menü "File" → "CAM Processor...", dort "File" → "Open" → "Job...", dann "pcb2gcode.cam" aus dem [[Medium:Pcb2gcode-config.tar.gz|Konfigurations-Tarball]] auswählen.
= G-Code generieren =
* Mit "Process Job" werden die Ausgabedateien erzeugt.


= G-Code generieren =
== Eagle ==


  mkdir generated
* Vorbereitung
cd generated
  mkdir gcode/ ; cd gcode/
  cp ../${EAGLE_FILENAME}.{front,back,outline,drill} .
  wget https://raw.githubusercontent.com/entropia/cnc/master/pcb2gcode/{millproject,preamble,make_gcode.sh,fraesen.dru}
cp ${CONFIG_TARBALL}/millproject .
  # Falls die Platinen einseitig sind, in millproject entsprechend des Kommentares dort eine Zeile einkommentieren.
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


<small>(pcb2gcode behauptet zwar, Prä- und Postambeln zu beherrschen, das stimmt aber nicht)</small>
* G-Code erzeugen
** Design-Rule-Check mit <code>gcode/fraesen.dru</code> laufen lassen
  cd gcode/
  ./make_gcode.sh


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.
<!--
== KiCAD ==
# Gerber-Files erzeugen (plotten)
# mit pcb2gcode konvertieren
-->


= Fräsen =
= Fräsen =
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Im Zweifelsfalle: '''F1 ist die Notbremse''' (in Linuxcnc). Dann ist vielleicht ein Fräser, aber nicht mehr kaputt.
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.
Für einfache einlagige Platinen kann die Outline auch gut per Hand gefahren werden.
 
pcb2gcode erzeugt leider immer G-Code in Inches. Linuxcnc muss nach jedem Durchlauf auf metrisch zurückgestellt werden.


== Vorbereitung ==
== Vorbereitung ==
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* Multitool einspannen, Schlitten hochklappen
* Multitool einspannen, Schlitten hochklappen
* Fräse an (20000 U/min), Gebläse an
* 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.
* Neben der Leiterplatte Fräse so weit herunterfahren, dass das Multitool die Pappe gerade so anbohrt. Dort z = 0 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.
* Ursprung für die Platine aussuchen. Fräse dort hinfahren und x = 0, y = 0 setzen. Beachten dass alles draufpasst und der Schlitten (ca. 35×35 mm groß) in allen Lagen komplett auf die Platine passt ''und nicht an die Haltestifte stößt''. 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.
* Falls die Platine gewendet werden muss (Platine ist zweilagig), bei x = 0, y = 0 ein Loch durch die Platine bohren.
* drill.ngc ausführen
* drill.ngc ausführen


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* 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.
* 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.
* 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.
** Prüfen, dass der Schlitten die 35x35mm Platz hat auf '''allen''' Pfaden! zB bei den Platinehaltestifte
* front.ngc ausführen
* front.ngc ausführen


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* 1.6mm-Fräser einspannen, Schlitten hochklappen
* 1.6mm-Fräser einspannen, Schlitten hochklappen
* Fräse an (20000 U/min), Gebläse an
* 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.
* Neben der Leiterplatte Fräse so weit herunterfahren, dass der Fräser die Pappe gerade so anbohrt. Dort z = 0 setzen.
* Prüfen, dass in outline.ngc die Koordinaten korrekt sind. Sind sie es nicht, wurde die Option cut-front in pcb2gcode wahrscheinlich falsch gesetzt.
* outline.ngc ausführen oder von Hand Outline abfahren (Jog-Speed verringern).
* 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.
Nach dem Fräsen bitte Fräse absaugen.
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* 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.
* 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.
= Fräsen von Leiterplatten mit 0.2mm Fräsbreite =
Wer extrem Feines Zeug fräsen will (0603, TSSOP) kommt nicht drumrum, mit einem [http://www.sorotec.de/shop/Zerspanungswerkzeuge/Gravurwerkzeuge/Gravierfraeser/VHM-Fr-sstichel-30-.html speziellem Fräser] zu fräsen.
'''Bitte benutzt diesen Fräser NUR, wenn es wirklich nötig ist, um die Abnutzung zu minimieren!'''
Fräser richtig justieren:
* Schlitten runterklappen, µm-Schraube auf 10 drehen
* Fräser so tief ins Bohrfutter einführen, dass die Spitze über dem Schlitten ist
* Über die Leiterplatte fahren und so tief absenken, dass der Schlitten die Platine leicht runter drückt
* Bohrfutter so weit lösen, dass der Fräser runterfällt und mit der Spitze auf der Platine steht
* Bohrfutter wieder fest machen
* z0 setzen (g92 z0)
* Ein bisschen hochfahren
* µm-Schraube auf 20 drehen
* Fräsen mit 20000 U/min bei Feedrate von 100. Mehr sollte kein Problem sein.
'''Achtet beim Fräsen auf jedenfall darauf, dass ihr nur minimal ins FR-4 fräst!''' Dadurch geht der Fräser nur frühzeitig kaputt. Wenn ihr weiße Späne seht, ist es definitiv zu viel!

Version vom 15. April 2018, 13:29 Uhr

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

Software installieren

Arch-Linux-User dürfen sich über pcb2gcode-git im AUR freuen, das zumindest momentan korrekt baut. Alle anderen müssen das Zeug von Hand installieren:

  • gerbv installieren
  • pcb2gcode installieren, braucht die gerade installierte libgerbv

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.
    • SMD-Widerstände, -Kondensatoren, etc. lieber in 0805
      • Leitungen zwischen deren Pads durchführen geht nicht (kein Lötstopplack)
    • Die kleinste verwendbare Packageart ist SOIC.
  • Mangels Toolchanger benutzen wir für alle Löcher das Multitool mit 0,6 mm Durchmesser. Bei Bedarf muss aufgebohrt werden.
  • 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).

Design Rules für KiCad

Im Pcbnew-Editor können Regeln über den Unterpunkt "Design Rules" im "Design Rules"-Menü vorgegeben werden. Folgende Einstellungen werden für das Fräsen vorgeschlagen (Änderungen vorbehalten):

  • Net Classes Editor
    • Clearance: ≥0.6mm (es seie denn man verwendet einen sehr speziellen Fräser)
  • Global Design Rules
    • Blind/buried Vias:
      • do not allow blind/buried vias
    • Micro Vias:
      • Do not allow micro vias
    • Minimum Allowed Values:
      • Min track width: 0.6
      • Min via diameter: 1
      • Min via drill diameter: 0.6

G-Code generieren

Eagle

  • Vorbereitung
mkdir gcode/ ; cd gcode/
wget https://raw.githubusercontent.com/entropia/cnc/master/pcb2gcode/{millproject,preamble,make_gcode.sh,fraesen.dru}
# Falls die Platinen einseitig sind, in millproject entsprechend des Kommentares dort eine Zeile einkommentieren.
  • G-Code erzeugen
    • Design-Rule-Check mit gcode/fraesen.dru laufen lassen
 cd gcode/
 ./make_gcode.sh


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.

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 = 0 setzen.
  • Ursprung für die Platine aussuchen. Fräse dort hinfahren und x = 0, y = 0 setzen. Beachten dass alles draufpasst und der Schlitten (ca. 35×35 mm groß) in allen Lagen komplett auf die Platine passt und nicht an die Haltestifte stößt. Dabei muss etwas Platinenrand verschwendet werden.
  • Falls die Platine gewendet werden muss (Platine ist zweilagig), 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 = 0 setzen.
  • Prüfen, dass in outline.ngc die Koordinaten korrekt sind. Sind sie es nicht, wurde die Option cut-front in pcb2gcode wahrscheinlich falsch gesetzt.
  • outline.ngc ausführen oder von Hand Outline abfahren (Jog-Speed verringern).

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.

Fräsen von Leiterplatten mit 0.2mm Fräsbreite

Wer extrem Feines Zeug fräsen will (0603, TSSOP) kommt nicht drumrum, mit einem speziellem Fräser zu fräsen.

Bitte benutzt diesen Fräser NUR, wenn es wirklich nötig ist, um die Abnutzung zu minimieren!

Fräser richtig justieren:

  • Schlitten runterklappen, µm-Schraube auf 10 drehen
  • Fräser so tief ins Bohrfutter einführen, dass die Spitze über dem Schlitten ist
  • Über die Leiterplatte fahren und so tief absenken, dass der Schlitten die Platine leicht runter drückt
  • Bohrfutter so weit lösen, dass der Fräser runterfällt und mit der Spitze auf der Platine steht
  • Bohrfutter wieder fest machen
  • z0 setzen (g92 z0)
  • Ein bisschen hochfahren
  • µm-Schraube auf 20 drehen
  • Fräsen mit 20000 U/min bei Feedrate von 100. Mehr sollte kein Problem sein.

Achtet beim Fräsen auf jedenfall darauf, dass ihr nur minimal ins FR-4 fräst! Dadurch geht der Fräser nur frühzeitig kaputt. Wenn ihr weiße Späne seht, ist es definitiv zu viel!