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电路板雕刻机自制PCB电路板

电路板雕刻机买回来一年多了,平时就是用来做一下外壳和五金件的样品加工,但从来没有用来做过PCB电路板,当时买这个机器的时候,同时也考虑做电路板的,所以在精度方面也考虑到了。尽管在机器的控制方面比较熟悉,但是第一次做电路板,尽管在参考了网上的一些文章和方法的情况下,也花了一天半的时间来摸索,大概10个工时,包括软件的安装,破解(大家比较喜欢说和谐),PCB电路图的转换,电路板雕刻机雕刻PCB的过程摸索。现在回想起来,网上的文章多是比较单一介绍,分散不连贯,而且破解的文件不一定合适,所以耗了一定的时间,至于电路板雕刻机雕刻PCB的过程就是一个经验积累的过程,所以特意记录下来,助人自助,希望对大家有用,也欢迎有经验的朋友提出建议。

硬件准备:电路板雕刻机,铜板
流程:
1:软件的安装
软件包括:
1)PCB画图软件(PRTEL99这类的,我用的是AD6.X)
2)COPPERCAM(这个软件是用于生成PCB电路板的刀路)
3)NC程序仿真编辑软件(这个软件是用于对COPPERCAM软件生成的PCB刀路进行仿真,个人认为有用,可以预先看一下刀路,同时可以进行修改)
4)MACH3(这个是用于控制雕刻机运动的软件)

软件的安装其实问题都不大的,基本上是一路回车,遇到要和谐的,网上都有了。


2:雕刻文件的生成
1)用PCB软件把电路做好,按照一般人的经历,就是直接把*.PCBDOC文件发到PCB加工厂就可以了。今天我们要做的就是把PCB加工厂的工作自己来做,所以完成*.PCBDOC的文件后,我们就要把这个文件转换,来适合COPPERCAM的要求,说白了就是要生成GERBER文件。
2)Gerber files的生成
在AD6X中,按照图片中,选择相应的功能。



然后进入到下面的界面



据网友的经验选择INCHES,然后选2:5,据说可以达到比较好的精度,我自己测试过出来的,可信。

然后再设置其他几个功能,如下面的图片,打红色钩的地方是一定要选的, 打红色交叉的是不要选的。



 
 
 
按照上面图片的设置完后,就按“OK”就可以了。
然后就出来了一个新的文档,这个文档上面的电路就是PCB上的顶层或者是底层,甚至是其他层的电路图,但图上是没有过孔信息的。

然后大家可以看下,在PCB项目的文件夹下多了一个XXXXout文件夹,内面有很多跟PCB命名相关的文件,对于我来说,有几个文档是有用的,XXX.GTL(顶层PCB的GERBER文件),XXX.GBL(顶层PCB的GERBER文件)。

3)对于我来说,GERBER文件就已经好了,然后就是打开COPPERCAM软件,打开软件的时候就提示要选择打开的文件,如果有两个以上图层的情况下,要单独一个一个图层来处理,所以先打开XXX.GTL(顶层PCB的GERBER文件)或XXX.GBL(顶层PCB的GERBER文件)。我这个测试的电路只有一个底层,所以打开了刚才生成的XXX.GBL文件,然后显示如图


 
从图中可以看到,插件的原件的管脚并没有过孔,而按照网上的一般过程是等下在导入打孔文件来打孔的,但是我觉得有一个方式可以提供参考,就是软件自带了过孔修改功能,通过这个功能我们可以再次修改过孔的大小,形状。功能选型如下图:


 

通过该功能修改后如图

 

从图上可以看到过孔都出来了,如果你觉得原来PCB电路中的过孔不合适的话,可以顺便再这里修改,但可以提供一个建议,如果原来PCB中的原件,过孔有很多种大小的,不妨可以考虑在这里改到一个或几个一样的大小,这样可以减小雕刻时间(这个是由于软件会把同样大小的孔一起来钻,而不选择一个挨一个地钻,可能这个关系到软件设置和刀具的设置,这样就会形成了很不重复的移动,增加了时间)

如果有时间,可以发现软件还提供了几个功能来修改电路图,每个连线的宽度都可以修改。


修改完成后,就按钻孔按钮和铣功能,下图的第一个按钮是铣线路功能,当按了铣功能后,第二个按钮会生效,功能是去除多余区域的功能,第三个是定位孔功能,第四个事钻孔


 

最后的那个就是即见即所得按钮,也就说按下后,看见的就是雕刻机雕刻后我们看到的电路板,按下后我们就会看到刚才的电路变成如下


 
搞完后就是要保存了,选择文件---保存,然后都是选择确定,然后在文件类型中选择*.ISO文件来保存,这个文件类型合适NC软件用,雕刻机软件也可以直接打开。

在保存的时候,提示我们可以分开钻孔文件和铣线路文件分开来保存的,这个就视乎使用者的习惯,我就是分开来处理的。这样在仿真的时候,看起来比较清晰,而且在雕刻的时候刀路比较简洁,如果回到刀路代码来说,可能换刀的次数少了。

4)下面就打开NC程序仿真编辑软件。
在这个环节中,我是分开了DRILL和mill两个文件的,所以可以独立仿真,首先看一下这个DRILL图,图中显示的是雕刻机钻孔的位置和路径


 
软件提供的是三维图,我们可以从多角度了审查刀路。机器是比较死板的,我们可以在图左面直接修改刀路。

然后在通过打开功能把MILL文件也打开,如图


 
绿色线条是雕刻刀走过的地方,红色的线条(图上看上去可能是白色)是刀具移到的线路,当然拉,红色的线越少,效率就越高。

两个文件的刀路到审查完了,没有问题了,就可以用雕刻机软件来雕刻电路了。

5)打开MACH3,然后打开分别打开DRILL和MILL文件运行,然后需要做的就是等待。下图是MILL的视图


 
到这个环节,正常来说,电路板就可以出来了,成功雕刻出来的是经验到位了,不成功的估计就是还需要积累和运气了。哈哈。当然啦,我搞了几个小时还是搞出了点经验的,或者说还是积累了点失败的财富的。

首先上几个图,这个图我想说的是我们需要选择不同的刀具来刻不同电路或则是物件。

图中有上下两个电路图,上面的电路很平滑,是我们所需要的效果,下面的很粗糙,是我们需要避免的。这两个电路唯一不同的使用了不同的刀具,就是图中间的两个刀,左面的那个刀(1#)用来刻下面的电路板,右面的刀(2#)用来刻上面的上面的电路板的,1#刀比2#到钝,可以清晰看到2#刀尖峰。出现这个现象,我来打个比喻,就好像我们用菜刀来切排骨的时候,如果刀比较锋利,切出来的排骨切口比较平滑,如果刀比较钝,切出来的排骨切口比较疙瘩,而且吃起来还很多骨碎,刺口。

好了,再上一个图


 
图中有四个电路,都是同一个电路,只是用了不同的刀,不同的雕刻深度等,造成了不同的效果,从左上到右下,我在这里就定义为1——4#图。

图1-图4中,只有图2是成功的,其他都是失败的。
成功和失败对比数据如下
图1和图2,除了雕刻深度不同,深度可以影响到电路上走线的间距,如果线与线的间距太小的话,那对不起了,刀就会把线给刻掉了,所以我们看到图1和图2中有些线为什么粗细不一样。另外,在深度这个问题上,我觉得刚好把铜刻掉,然后在深一点就足够了,太深的话也会做成刚才上面切排骨的效果的。

图3和图4,除了是刀不同,图3是上面切排骨钝的刀,图4是尖利的刀,有朋友可能会问,为什么图3的切口也很平滑,这个我想是下刀的深度有关。下刀的深度可能关系到压力问题吧,

另外,大家可以从图4的板子右下角可以看到,电路板没有完全雕刻好,这个就是因为垫平面不垂直雕刻刀。这个有几个原因,一个可能是垫平面没有调好,第二就是板子的厚度不一,第三,因为垫平面和铜板之间我是用双面胶粘的,有可能双面胶没有处理好。总的来说,雕刻前要对刀这个是很重要,关系到雕刻的深度。

可能有人会问,问什么没有看到钻孔的呢,对,问得好,板子上面的孔,按照正常的情况是要先打孔然后再刻线路的,这样是为了避免线路刻好了,然后钻孔的钻旋转的力量把焊盘牵引起来了,因为焊盘的铜皮面积通常是比较小的,跟底板的粘力小,很容易就起来。但我发现,只要我们用雕刻刀来刻钻孔,就可以不分时候了,我们可以用雕刻刀在板子上雕刻出孔的位置和一定的深度,然后再用钻来钻通板子,甚至用手电钻。

还有,在雕刻的过程过,要调节好F的值,不要一味追求快。F值太大了,板子就出现不平整,钻孔就粗糙,当然这个还关系到电路板雕刻机主轴的转速,上面的板子我都是用300转数的。这个转速就要自己来积累了,在一个合适的数值总结出来后,比这个数值更大的转速都是没有问题的。当然,我们找这个合适的数值就是为了机器的健康。


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