Полуавтоматический сверлильный станок с лазерным указателем. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Технологии радиолюбителя

 Комментарии к статье

Для сверления отверстий в печатных платах многие радиолюбители используют так называемые микродрели, представляющие собой миниатюрный электродвигатель постоянного тока, на валике которого закреплен цанговый зажим сверла. Как инструмент для обработки печатных плат микродрели далеки от идеала: попасть точно в центр будущего отверстия без кернения довольно трудно, а добиться руками точного вертикального положения микродрели практически невозможно. В результате - некачественное "косое" отверстие, центр которого смещен на другой стороне платы, а то и поломанное сверло (особенно легко сломать дорогостоящее твердосплавное сверло, которое изготовлено из очень хрупкого материала).

На рынке предлагается много вариантов сверлильных станков, но все они имеют ручную подачу сверла и значительный люфт, а из электронного "обеспечения" содержат только блок питания и стабилизатор частоты вращения приводного электродвигателя. Описываемый в статье самодельный сверлильный станок позволяет сверлить отверстия без предварительного кернения. Логикой его работы управляет микроконтроллер. При работе на этом станке не ломаются дорогие твердосплавные сверла. Благодаря использованию таких сверл повышается качество отверстий - они буквально прорезают отверстие, поэтому после сверления нет необходимости в обработке фольги наждачной бумагой, которая делает тонкую фольгу печатных проводников еще более тонкой.

Я просверлил на этом станке более 1500 отверстий одним твердосплавным сверлом (производства Германии), и оно до сих пор не сломалось и продолжает сверлить высококачественные отверстия. Дешевое сверло обычно перестает хорошо сверлить после 10-20 отверстий в фольгированном стеклотекстолите, поэтому приходится повышать частоту вращения сверла и усиливать нажатие при сверлении, в результате вокруг отверстий образуются валики фольги, и после сверления требуется основательная обработка проводников наждачной бумагой.

Станок (его внешний вид слева, справа и сзади представлен соответственно на рис. 1-3) изготовлен на базе отечественного микроскопа МБИ-3 производства объединения "ЛОМО". Его работой управляет блок управления (БУ), схема которого показана на рис. 4. Выполнен он на основе микроконтроллера ATtiny45 [1]. При подаче питания БУ устанавливает станок в исходное положение, т. е. если его подвижная часть находилась в нижнем или промежуточном положении, то она автоматически поднимается до начального верхнего положения. Далее обрабатываемую плату позиционируют под лазерным лучом (добиваются того, чтобы луч лазера попал в центр отверстия), прижимают рукой к рабочему столику и нажимают на педаль. При этом БУ подает питание на электродвигатель привода патрона со сверлом и двигатель подачи сверла. По окончании сверления двигатель подачи сверла возвращает станок в исходное состояние и БУ отключает питание обоих двигателей. Станок готов к сверлению следующего отверстия.

Рис. 1. Внешний вид сверлильного станка слева

Рис. 2. Внешний вид сверлильного станка справа

Рис. 3. Внешний вид сверлильного станка сзади

Рис. 4. Схема блока управления

В качестве лазерного указателя использован доработанный лазерный модуль, который применяется в детских игрушках. Необходимо сфокусировать коллиматор лазера на короткое расстояние и ограничить ток питания, который должен быть таким, при котором лазер только-только начинает светить. Это позволяет получить более тонкий луч (мне удалось добиться его диаметра 0,2 мм) и снижает излучение лазера до безопасного уровня.

Узел крепления лазера в сборе показан на рис. 5, а чертежи его деталей - на рис. 6. Основание 3 и держатель лазера 4 изготовлены из листовой стали толщиной примерно 1 мм (я использовал стенки корпуса старого CD-ROMа). Просверлив в заготовках необходимые отверстия, отгибают у держателя 4 под прямым углом прямоугольные лепестки для крепления винта с лазерным модулем. Модуль разбирают, залуживают место пайки его латунного корпуса и две гайки М3. В отверстия отогнутых лепестков держателя 4 вставляют винт 5 (М3х28) и навинчивают на него обе гайки 8 так, чтобы они оказались между проушинами держателя (см. рис. 5). Корпус лазера 2 вставляют под винт 5 (между гайками 8) и припаивают к нему гайки так, чтобы он вплотную прилегал к держателю (это необходимо для безлюфтового перемещения лазера при вращении винта в процессе регулировки).

Рис. 5. Узел крепления лазера в сборе

Рис. 6. Чертежи деталей узла крепления лазера

Далее на выступающий конец винта 5 навинчивают еще две гайки 1 (одна из них будет контргайкой) и затягивают их с таким расчетом, чтобы проушины держателя 4 не давали винту 5 смещаться вдоль оси. Теперь при вращении винта по часовой стрелке и в обратном направлении лазерный модуль будет перемещаться от одной проушины до другой.

Для крепления держателя с лазером на основании 3 к последнему с обратной стороны припаивают четыре гайки (их хорошо видно на рис. 2). Затем в соответствующие отверстия держателя со стороны лазера вставляют четыре винта 7 (М3х15) с подложенными под головки шайбами 6 и надевают на них цилиндрические пружины сжатия, после чего ввинчивают их в припаянные к основанию гайки. Теперь с помощью винтов можно регулировать положение лазера в разных направлениях.

Собранную конструкцию примеряют к тубусодержателю (верхней части микроскопа), загибают вокруг него хвостовик основания держателя лазера и, перенеся острой чертилкой контуры отверстий в основании на тубусодержатель, сверлят в нем два отверстия диаметром 2,5 и глубиной 10 мм и нарезают в них резьбу М3. В завершение закрепляют основание держателя лазера на микроскопе винтами М3.

Для подачи сверла использован электродвигатель с червячным редуктором от видеомагнитофона (разбирал аппарат давно, поэтому указать его название не могу). Этот механизм (рис. 7) закреплен на тубусодержателе микроскопа с помощью трех металлических стоек с внутренней и наружной резьбой М4 и такого же числа винтов М4. Шестерня закреплена на ручке микроскопа тремя винтами М2,5 с гайками, отверстия в обеих деталях - сквозные. Необходима аккуратность при сборке - несоосность шестерни и ручки должна быть минимальной.

Рис. 7. Механизм подачи сверла

Скорость подачи регулируют подстроечным резистором R11. Электродвигатель использован маломощный (номинальное напряжение - 6 В, ток - 30 мА), но благодаря червячному редуктору он справляется со своей задачей вполне. Конструкция редуктора может быть любой, но должна обеспечивать достаточное усилие, чтобы легко поворачивать ручку микроскопа. Можно использовать шаговый электродвигатель. В первом проекте я так и сделал, но имевшийся шаговый двигатель обладал недостаточным моментом на валу, а подходящего найти не удалось. Если у кого-нибудь возник интерес по использованию шагового двигателя, можете обратиться ко мне через редакцию. Файлы проекта сохранились. В нем использовался микроконтроллер ATmega8.

Ключ на составном транзисторе VT5VT6 включает и выключает электродвигатель подачи сверла (его подключают к вилке XP6), транзистор VT2 и реле K1 управляют ее направлением: вверх или вниз. Ключ на составном транзисторе VT3VT4 управляет электродвигателем привода сверла (его подсоединяют к вилке ХP3), на микросхеме DA1 и транзисторе VT1 собран стабилизатор частоты его вращения, регулируют частоту подстроечным резистором R1. Применять стабилизатор частоты вращения более сложный, например, как предложенный в [2], нет смысла, поскольку "прицеливаться" сверлом в центр отверстия "на глаз" не надо. Эксперименты по этому поводу проводились.

На микросхеме DA6 собран стабилизатор напряжения питания электродвигателя подачи сверла [3]. Включенные последовательно интегральные стабилизаторы DA2 и DA5 предназначены для получения стабилизированных напряжений соответственно 12 и 5 В. Первое из них используется для питания стабилизаторов тока на микросхемах DA3, DA4, второе - для питания микроконтроллера и ключа на транзисторе VT2. Конденсаторы С2, C3, С6 - фильтрующие, остальные - блокировочные.

На станке применена светодиодная подсветка. Ток подсветки и ток лазера стабилизированы: на микросхеме DA3 собран стабилизатор тока лазера, на DA4 - светодиодов подсветки. Ток стабилизации рассчитывают по формуле I = 1,25/R [3] и устанавливают подборкой резисторов R13 и R14. Благодаря стабилизированному току возможно подключение нескольких однотипных светодиодов подсветки последовательно. Лазер подключен к вилке ХP4, светодиоды - к ХP5.

Разъем ХP7 предназначен для подключения программатора. Назначение его контактов соответствует программатору "TRITON+ V5.7T USB" [4]. Программа микроконтроллера разрабатывалась в интегрированной среде Code VisionAVR V2.05 [5, 6].

К разъему ХP2 подключены двухпозиционный датчик крайних верхнего и нижнего положений сверла и кнопка старта сверления. Последняя подсоединена к контактам 2 и 4, датчик верхнего положения - к контактам 1 и 4, нижнего - к контактам 3 и 4. Датчик и кнопка - с нормально разомкнутыми контактами, которые при срабатывании замыкаются на общий провод. В качестве кнопки применен конечный выключатель, смонтированный в педали. Датчик положения использован от DVD-проигрывателя музыкального центра. Срабатывание датчика в нижнем положении регулируют таким образом, чтобы сверло опускалось не более чем на 1 мм ниже обрабатываемой платы. Датчиком верхнего положения регулируют максимальный ход сверла, делать его более 20 мм нет смысла. Регулировка производится перемещением стоек из упругой проволоки 3 (рис. 8), закрепленных винтами 6 (М3) на скобе 5. Винты ввинчивают в прямоугольные пластины с резьбой через щель в скобе, которая позволяет перемещать ограничители вверх и вниз. Пластины с резьбой, а не стандартные гайки, применены для того, чтобы можно было фиксировать положение стоек в найденном положении без применения какого-либо инструмента для удержания гаек от вращения при затягивании винтов 6. Можно припаять пластинки к гайкам. Скоба закреплена винтами 4 на тубусодержателе, а датчик 2 - на Г-образном кронштейне, привинченном к основанию микроскопа. Чертеж скобы 5 показан на рис. 9, изготовлена она, как и детали держателя лазера, из листовой стали.

Рис. 8. Регулировка подачи сверла

Рис. 9. Чертеж скобы 5

Напряжение питания станка зависит от примененного электродвигателя привода сверла, но не должно быть ниже 14 В. Я использовал двигатель перемещения печатающей головки от струйного принтера Canon с номинальным напряжением питания 24 В. Напряжение питания станка выбрано с запасом по регулировке - 30 В. Потребляемый ток всего устройства в установившемся режиме (при сверлении) - 1,5 А, в момент запуска двигателей он кратковременно возрастает до 3 А.

Таким образом, блок питания должен обеспечить на выходе напряжение 30 В при потребляемом токе не менее 3 А. Я использую самодельный импульсный лабораторный блок питания с линейным стабилизатором 0...50 В, 0...10А. Ограничение по току дает плавный пуск двигателей.

Детали блока управления смонтированы на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита, изготовленной по чертежу, показанному на рис. 10. Рисунок печатных проводников нанесен методом экспозиции изображения с фотонегатива на фольгу заготовки, покрытую фоторезистом. Негативный фотошаблон можно напечатать на струйном принтере с максимальным качеством.

Рис. 10. Чертеж печатной платы

Постоянные резисторы R3, R7-R9, R15, керамические конденсаторы C1, C4, C5, C7 (все типоразмера 0805 для поверхностного монтажа) и микроконтроллер DD1 (в корпусе SOIC8) припаивают непосредственно к печатным проводникам. Остальные резисторы - МЛТ-0,25, конденсаторы - оксидные импортные.

Транзисторы VT1, VT4, VT6 - любые серий КТ805, КТ819, VT3, VT5 - ВС337, ВС547, 2N2222, серий КТ315, КТ3102; VT2 - ВС337, 2N2222, любой из серий КТ630, КТ815, КТ972 (максимальное значение его коллекторного тока должно быть не меньше рабочего тока реле K1). В качестве ключа VT5VT6 можно применить один транзистор серии КТ829 или КТ972, а ключа VT3VT4 - один транзистор КТ827 или КТ829 с любым буквенным индексом.

Реле K1 - R40-11D2-5/6, оно заменимо любым другим с напряжением срабатывания 5 В и с двумя группами переключающих контактов, рассчитанных на коммутацию тока не менее 1 А. Можно использовать реле на 12 В, подключив верхний (по схеме) вывод его обмотки (вместе с диодом VD1) к выходу (вывод 3) микросхемы DA2.

Плата управления установлена под столиком и закреплена винтами М3 через уголки к основанию микроскопа (см. рис. 1). Микросхемы DA2 и DA5 установлены на теплоотводах. Желательно снабдить теплоотводом и транзистор VT1. Столик изготовлен из текстолита.

Перед переделкой в сверлильный станок микроскоп необходимо разобрать, тщательно смыть довольно вязкую смазку, затрудняющую ход тубусодержателя (верхней части микроскопа), и смазать жидкой смазкой, например, трансформаторным маслом. Ход верхней части должен быть максимально легким, плавным и без люфта.

От использования для крепления сверла классической цанги было решено отказаться. Применены конус Морзе и трехкулачковый патрон для сверл диаметром 0,3-4,5 мм. Соединение двигателя с патроном должно быть без биений.

Юстировку точки лазера на обрабатываемой плате с помощью винтов производят в следующем порядке: сверлят отверстие в пластине фольгированного стеклотекстолита, аналогичного тому, из которого изготовлена плата, затем регулировочными винтами держателя юстируют точку лазера точно на отверстие. При этом надо постараться не смещать пластину. По моему опыту, если точка лазера пропала (перестала отражаться от фольги), то луч лазера попал в отверстие и отъюстирован. Толщина стеклотекстолита должна быть такой же, как и у изготовляемой платы. После этого можно быть уверенным в том, что лазер точно укажет центр будущего отверстия.

При исправных деталях и безошибочном монтаже БУ в налаживании не нуждается.

Станок эксплуатируется более года. Во время работы свободны обе руки, и поэтому работать на станке удобно. Я не сломал ни одного сверла, хотя изготовляю платы довольно часто, и я не представляю, как обходился без этого станка раньше. Теперь смело покупаю высококачественные дорогие сверла. На сверление 50 отверстий уходит не более получаса. Но все же необходима осторожность, есть опасность сломать хрупкое сверло при установке платы на рабочий столик станка - нечаянно стукнуть по сверлу. Вероятность поломки сверла при сверлении невелика, если, конечно, не двигать плату в это время.

Программу микроконтроллера, а также негативный и позитивный фотошаблоны в формате .pdf для переноса рисунка печатных проводников на заготовку печатной платы можно скачать с ftp://ftp.radio.ru/pub/2015/07/stanok.zip.

Литература

1. Atmel 8-bit AVR Microcontroller with 2/4/8KBytes In-System Programmable Flash ATtiny25/V/ATtiny45/V/ATtiny85/V. - URL: http://atmel.com/devices/ attiny45.aspx.
2. Митько В. Регулятор-стабилизатор частоты вращения сверла. - Радио, 2004, № 12, с. 34.
3. SGS Thomson microelectronics. 1.2V TO 37V ADJUSTABLE VOLTAGE REGULATOR LM117/LM217/LM317. - URL: http://tec.org.ru/_bd/16/1626_LM317.pdf.
4. Программатор ТРИТОН+ V5.7TU USB. - URL: http://triton-prog.ru/index.php?productID=119.
5. Лебедев М. В. CodeVisionAVR: пособие для начинающих. - М.: Додека - XXI, 2008.
6. AVR033: Getting Started with the CodeVisionAVR C Compiler. - URL: http://atmel.com/Images/doc2500.pdf.

Автор: И. Паршин

Смотрите другие статьи раздела Технологии радиолюбителя.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Микропластик в атмосфере - скрытый ускоритель глобального потепления 31.05.2026

Микропластик уже давно признан одним из самых масштабных загрязнителей планеты. Он проникает в океаны, почву, организмы животных и даже в тело человека. Однако до недавнего времени мало кто задумывался о его влиянии на климатические процессы. Новое исследование показало, что микро- и нанопластик в атмосфере способен поглощать тепло, тем самым внося дополнительный вклад в глобальное потепление. Ученые обнаружили, что воздействие пластиковых частиц на климат зависит от их цвета. Светлые частицы отражают солнечный свет и способствуют некоторому охлаждению, в то время как более темные - активно поглощают тепло и излучение. Со временем пластик в атмосфере темнеет под воздействием ультрафиолета, что усиливает его согревающий эффект. Этот процесс напоминает пожелтение пластиковых парковочных талонов, оставленных на солнце. Соавтор исследования, заслуженный профессор наук о Земле в Университете Дьюка Дрю Шинделл отметил, что влияние микропластика на изменение климата пока относительно не ...>>

Универсальный бытовой робот-гуманоид GigaAI SeeLight S1 31.05.2026

Развитие робототехники постепенно переносит сложные машины из промышленных цехов прямо в повседневную жизнь людей. Китайская компания GigaAI сделала важный шаг в этом направлении, представив SeeLight S1 - первую в стране модель универсального бытового робота-гуманоида. Эта разработка призвана взять на себя рутинные домашние дела и стать настоящим помощником в повседневной жизни. Уже в конце текущего месяца сотня роботов SeeLight S1 начнет проходить испытания в специализированном жилом комплексе, предназначенном для работников высокотехнологичных отраслей. По словам генерального директора GigaAI Чжу Чжэна, в первой половине 2027 года роботы будут переданы для бесплатного тестирования обычным семьям в Ухане - столице провинции Хубэй. Такой подход позволит собрать реальные данные о работе устройства в домашних условиях. В демонстрационном видео робот, передвигающийся на колесах, уверенно справляется с множеством бытовых задач. Он нарезает овощи, жарит яйца, загружает стиральную маши ...>>

Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе 30.05.2026

Предпочтения человека к еде закладываются задолго до первого прикорма. Современная наука подтверждает, что ребенок начинает знакомиться с ароматами и вкусами пищи еще до рождения, через околоплодные воды. Новое международное исследование показало, что регулярное потребление определенных продуктов беременной женщиной может формировать долгосрочные пищевые предпочтения у ребенка, сохраняющиеся даже спустя годы после появления на свет. Ученые из университетов Великобритании, Франции и Нидерландов провели эксперимент с участием беременных женщин. Одной группе будущих мам давали капсулы с порошком капусты кейл, другой - с порошком моркови. Реакцию детей на эти запахи проверяли в три этапа: сначала в утробе матери с помощью 4D-УЗИ на поздних сроках беременности, затем в возрасте трех месяцев и, наконец, когда детям исполнилось три года. Результаты оказались весьма убедительными. Дети женщин, принимавших порошок кейла, положительно реагировали на запах этой капусты, но негативно - на ар ...>>

Случайная новость из Архива Цифровой чип AmberSemi для прямого преобразования переменного тока в постоянный 14.03.2023 Компания Amber Semiconductor (AmberSemi) сообщила, что завершила проектирование цифрового чипа для прямого преобразования переменного тока в постоянный. Патентованная технология представляет огромную глобальную возможность революционизировать способ доставки энергии к каждому конечному электрическому устройству. Одна крошечная микросхема заменит большой блок преобразователя и освободит это место для чего-нибудь более полезного. Сегодня множество устройств от простых детекторов дыма к бытовой и вычислительной электронике используют подключение к сети переменного тока для получения питания. Каждый раз для преобразования переменного тока в постоянный ток, необходимый для питания маломощной электроники, создают громоздкие схемы AC/DC-преобразователей. Чип AmberSemi значительно упрощает схемотехнику таких блоков, сокращая количество достаточно значительных дискретных элементов, по меньшей мере, вдвое. Освободившееся место можно использовать либо для уменьшения размеров устройств, либо для увеличения его возможностей посредством добавления новых функций. Новый чип пока не выпущен в кремнии. Готов только его дизайн в цифровом виде. Сейчас компания занимается вопросами производства фотошаблонов для запуска решения в массовое создание.

Другие интересные новости:

▪ Умная подушка Nitetronic F1

▪ Геотермальная энергия вулканов для майнинга

▪ Реклама алкоголя действует на подростков

▪ Лекарство от похмелья

▪ Химический анализ в дактилоскопии

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Телевидение. Подборка статей

▪ статья Гамак на даче. Советы домашнему мастеру

▪ статья Когда на велогонках появилась желтая майка лидера? Подробный ответ

▪ статья Функциональный состав телевизоров Supra. Справочник

▪ статья Устройство тревожной сигнализации. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Микросхемы К174ХА2 и К174УР3. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026