PCB Fatti in Casa: Uso della CNC e Software Gratuito

Impariamo a realizzare un PCB artigianale con la CNC, partendo dal disegno del circuito stampato e utilizzando software open source o free.ย 

Chiunque si occupi di elettronica pratica, per diletto o per lavoro, prima o poi si โ€œscontraโ€ con lโ€™esigenza di realizzare un circuito stampato.

La prototipazione si fa con le breadboard o le basette millefori, ma si tratta quasi sempre di circuiti che รจ difficile poter ritenere definitivi, anche se alcuni riescono a realizzare lavori ben fatti con questi supporti.

La strada maestra del prototipo, che puรฒ anche diventare definitivo, รจ quella del PCB (Printed Circuit Board), che in genere viene realizzato presso un service professionale, con costi che oggi sono piรน o meno alla portata di ogni tasca.

Ma quella del service รจ una opzione che si puรฒ adottare per un circuito definitivo, che ha superato tutti i test e che magari deve andare in produzione, anche per piccole serie. Quando perรฒ si รจ in fase di progettazione, e la sperimentazione richiede un circuito stabile con un piano di massa, e si suppone di dover apportare modifiche dopo i relativi test, allora la spesa richiesta per un PCB professionale puรฒ non essere congrua.

Fino a pochissimi anni fa, lโ€™unico modo per realizzare un PCB artigianale era quello di fissare il disegno del circuito su una piastra di rame, mediante fotoincisione o trasferimento di toner, e poi immergere la piastra nel cloruro ferrico (o altre sostanze idonee) per eliminare il rame in eccesso; ma mentre un circuito in tecnologia SMT (montaggio superficiale) a quel punto era pronto, se parliamo di THT (montaggio a foro passante) il secondo passaggio da affrontare era quello della foratura, e qui iniziavano i problemi perchรฉ, come ben sappiamo, i fori non sono tutti delle stesse dimensioni e richiedono quindi punte di diametro diverso, per non parlare della necessitร  di essere precisi nel centrare ogni singolo foro; รจ chiaro che questo passaggio rappresentava una notevole perdita di tempo, con risultati raramente perfetti.

Queste tecniche si usano ancora oggi, perchรฉ i passaggi fino allโ€™incisione nel cloruro ferrico sono molto rapidi e danno buoni risultati, ma trattare sostanze chimiche in piccoli ambienti, come una stanza di casa o un piccolo laboratorio, puรฒ essere molto pericoloso.

Lโ€™avvento delle CNC, che ormai sono diffusissime a motivo di costi sempre piรน accessibili, ha sicuramente rivoluzionato il mondo della prototipazione, permettendo di realizzare circuiti tecnicamente perfetti, e senza dover maneggiare sostanze chimiche e, soprattutto, di ottenere forature di diametro corretto e perfettamente centrate.

In questo post abbiamo presentato un Controller universale per macchine CNC a tre assi, ed in quellโ€™occasione abbiamo utilizzato la meccanica CNC2018.

In queste nuove puntate useremo questa eccellente combinazione, assieme ad una serie di software open source o free, per imparare a realizzare un PCB di media difficoltร  con componenti PTH; vedremo quindi tutti i passaggi necessari per ottenere il file che piloterร  la CNC sia per la fase di incisione che per quella della foratura. Inoltre suggeriremo una semplice aggiunta meccanica, che permetterร  di fissare al piatto la piastra da lavorare con grande facilitร  e precisione.

I programmi che abbiamo usato sono: Eagle 9.6.2 free, per generare i file gerber, FlatCAM v.8.5 open source (scaricabile dalla pagina https://bitbucket.org/jpcgt/flatcam/downloads/) che servirร  per generare i file CAM in linguaggio gcode, da utilizzare con Candle v.1.1.7, sempre open source (scaricabile tramite il link: https://github.com/Denvi/Candle) che si occuperร  di pilotare la CNC fornendo i necessari comandi al nostro Controller. Per facilitarvi le operazioni abbiamo caricato, nella sezione download qui sotto, sia FlatCAM che Candle, anche se consigliamo vivamente di visitare i link indicati per verificare se nel frattempo sono stati pubblicati aggiornamenti.

Il programma Eagle di Autodesk non รจ open source, quindi bisogna scaricarlo dal link https://www.autodesk.com/eagle-download-win e poi registrarsi sul sito per usarlo in versione free con funzioni limitate. Comunque noi daremo per scontato che lo schema elettrico ed il disegno del PCB siano giร  stati realizzati, quindi vedremo direttamente come generare i file gerber; ciรฒ significa che se disponete di un altro software CAD, sarร  sufficiente che siate in grado di generare i file gerber e potrete saltare direttamente al secondo passaggio, quello del CAM.

Controllo del DRU (Design Rule Update)

Preliminarmente occorre aver disegnato lo schema elettrico del circuito ed il relativo PCB, nel caso non siate attrezzati, noi siamo in condizioni di offrire questo servizio, sarร  sufficiente fornirci uno schema elettrico, anche disegnato a mano, sotto forma di file pdf, e vi restituiremo i file del PCB.

Eccetto rarissimi casi, รจ sempre conveniente dotare il PCB del cosiddetto โ€œpiano di massaโ€ che, oltre ad unire tutti i punti di massa del circuito, senza necessitร  di disegnare le relative piste, riempirร  tutti gli spazi vuoti del PCB; questa cosa sarร  utilissima ai fini dellโ€™incisione, altrimenti ci complicheremmo la vita dovendo eliminare tutto il rame in eccesso, prolungando i tempi di incisione a dismisura, oppure dovendo ricorrere allโ€™impostazione di una serie di poligoni isolati, durante la fase di elaborazione CAM. Come esempio useremo il disegno visibile in Fig. 1.

Fig. 1 Il disegno del PCB usato per le prove

 

La prima operazione da fare sul programma CAD รจ quella di creare un file DRU specifico (si chiama cosรฌ nel caso di Eagle) contenente le regole di progettazione, fondamentalmente le dimensioni delle piste e dei pad e le relative spaziature, in base al tipo di PCB che si intende realizzare.

Bisogna infatti considerare che le tipiche impostazioni di default dei programmi CAD vanno bene per la realizzazione del PCB presso un service professionale, ma non per una procedura artigianale.

I parametri sui quali bisogna agire fondamentalmente sono le dimensioni minime delle piste di collegamento, pad (piazzole di saldatura dei reofori dei componenti) e vias (punti di comunicazione tra faccia superiore ed inferiore del PCB) e le distanze tra queste componenti e tra di esse ed il piano di massa, ossia tutto il rame adiacente che copre gli spazi rimanenti del PCB e che รจ collegato a massa. Se non si adottano valori idonei potrebbe risultare difficile saldare i componenti sul PCB.

Vediamo questi parametri e che valori conviene assegnare loro:

  • Clearance: รจ la spaziatura minima tra le varie componenti del disegno: piste, pad e vias.
    Nel nostro caso abbiamo usato un valore di 8 mils, pari a circa 0,2 mm, che รจ un valore standard usato anche per i service; questo significa che bisogna avere una discreta manualitร  col saldatore, altrimenti lo stagno puรฒ invadere piste o pad adiacenti o il piano di massa, provocando cortocircuiti.
    Il valore di 0,2 mm coincide con le dimensioni della punta del bulino che abbiamo usato con la nostra CNC, quindi una sola passata sarร  sufficiente a rimuovere il rame in eccesso dalla piastra ramata, durante lโ€™incisione (Fig. 2).
    Se pensate di non avere sufficiente abilitร  nella saldatura, allora vi consigliamo di raddoppiare questo valore, portandolo a 16 mils; in questo caso potrete usare un bulino da 0,4 mm oppure sempre quello da 0,2 mm, col quale la CNC farร  due passate adiacenti.
    In ogni caso, in fase di saldatura, un buon aiuto puรฒ venire dallโ€™uso del flussante; passandolo con un pennello, prima della saldatura, si ottiene una facilitazione della saldatura e si evita che lo stagno tocchi piste o pad vicini.

Fig. 2 Impostazione delle distanze

 

 

  • Sizes: sono le dimensioni minime delle piste e il diametro minimo dei fori; usando un valore troppo piccolo di larghezza delle piste, si corre il rischio che una sbavatura del taglio del bulino possa generare piste estremamente sottili o anche interrotte. Noi abbiamo usato 24 mils, pari a circa 0,6 mm, mentre il diametro dei fori รจ ininfluente per le nostre necessitร , comunque va bene un valore di 16 mils (Fig. 3).

Fig. 3 Impostazione della larghezza delle piste

 

  • Annular ring: sono le dimensioni di pad e vias; i valori standard delle librerie dei vari componenti vanno bene per un service, ma quando si opera con la CNC, facilmente il bordo esterno perde qualcosa, mentre la foratura senza metallizzazione toglie altro materiale nella parte centrale; questo puรฒ comportare uno eccessiva riduzione dello spazio di saldatura attorno ai reofori, con le difficoltร  che ne conseguono.
    Le dimensioni sono definite in percentuale rispetto al diametro interno del foro, allโ€™interno di un valore minimo ed uno massimo.
    Per i pad questi valori sono settabili separatamente per le superfici superiore (Top), inferiore (Bottom) ed interna (Inner) della piastra ramata, ma questโ€™ultimo valore รจ ininfluente, in quanto puรฒ essere usato solo per PCB professionali multistrato, che non sono realizzabili con tecniche artigianali. Per quanto riguarda i vias le dimensioni sono uniche per le due facce (Outer), mentre per il valore interno (Inner) vale quanto detto per i pad.
    Anche i microvias rientrano nelle tipologie professionali. Nel nostro caso abbiamo impostato un aumento delle dimensioni del 50% rispetto a quello previsto dalle librerie dei componenti, con un range di valori tra 10 e 40 mils (Fig. 4).

Fig. 4 Impostazione delle dimensioni di pad e vias

 

Nella sezione download qui sotto troverete il file CNC_THT.dru che andrร  copiato nella cartella โ€œdruโ€ di Eagle.

Una volta aperto il file del disegno del PCB, bisogna usare il comando menu โ€œTools โ€“ DRCโ€ฆโ€, cliccare sul pulsante โ€œLoadโ€ฆโ€ e caricare il file. Cliccando prima su โ€œApplyโ€ e poi su โ€œCheckโ€, Eagle applicherร  le impostazioni e poi verificherร  che il disegno abbia caratteristiche corrispondenti a quelle previste nel DRU, in caso negativo si aprirร  una maschera con tutti gli errori riscontrati.

Nella Fig. 5 abbiamo volutamente applicato un DRU per la CNC ad un disegno di un PCB realizzato per la stampa presso un service.

Fig. 5 Errori segnalati dal controllo DRU

 

Il risultato รจ quello di ben 387 errori e 30 avvisi. Nello specifico abbiamo:

  • 31 Clearance: significa che in 31 casi non sono state rispettate le distanze minime tra le piste;
  • 1 Drill Size: significa che in un caso le dimensioni di un foro sono inferiori a quelle minime previste;
  • 5 Overlap: significa che ci sono 5 problemi di sovrapposizione di piste, dovuti al fatto che le impostazioni del DRU utilizzate aumentano le dimensioni dei PAD e li sovrappongono tra loro; in realtร  questo errore uscirebbe
  • anche con il DRU corretto, infatti li abbiamo provocati volontariamente;
  • 350 Width: significa che in 350 punti le piste non rispettano le dimensioni minime previste dal DRU;
  • 30 Wire Stub: sono ripassi ripetuti in alcuni punti delle piste, succede facilmente quando si cancella una pista per ricrearla, ma non ci si accorge di non averla cancellata completamente, specialmente allโ€™interno dei PAD.

Eagle ci aiuta a trovare e rimuovere gli errori, in quanto basta selezionarli singolarmente e si aprirร  un riquadro evidenziatore, che indicherร  il punto o tratto interessato dallโ€™errore selezionato. La Fig. 6 mostra appunto lโ€™indicazione di un errore di clearance, la pista che passa tra i due PAD รจ troppo vicina e non rispetta i parametri del DRU; quindi va ridotta o spostata fino ad eliminare lโ€™errore.

Fig. 6 Localizzazione di un errore DRU

 

In alcuni casi potreste decidere che lโ€™errore indicato dal controllo DRU sia ininfluente ai fini della realizzazione del vostro prototipo, in tal caso potrete selezionare quellโ€™errore e cliccare sul pulsante โ€œApproveโ€, in modo da eliminarlo dallโ€™elenco, ma questa opzione va usata solo se sapete esattamente cosa state facendo, altrimenti potreste avere poi problemi nellโ€™incisione e, probabilmente, nel funzionamento del circuito dopo il montaggio dei componenti.

Generazione del file Gerber

Una volta rimossi (o approvati) tutti gli eventuali errori indicati dal DRU, si puรฒ passare alla fase della creazione dei file gerber, operazione piuttosto semplice con Eagle.
Di seguito lโ€™elenco dei passaggi:

  • cliccare su CAM Processor (Fig. 7);
  • selezionare TOP COPPER per controllare lโ€™anteprima della faccia superiore del PCB (utile per circuiti SMT o THT a doppia faccia);
  • selezionare BOTTOM COPPER per controllare lโ€™anteprima della faccia superiore del PCB (utile per monofaccia THT);
  • attivare โ€œBoard shapeโ€ per ottenere un bordo attorno al PCB (sarร  utile in fase di taglio finale del PCB);
  • attivare โ€œCutoutsโ€ per ottenere le cerchiature interne dei fori grandi; NON toccare la sezione โ€œAdvancedโ€, che serve fondamentalmente per il mirror dei PCB THT, la tratteremo usando il FlatCAM;
  • cliccare su Process Job, istantaneamente Eagle crea, nel percorso selezionato, la cartella โ€œCAMOutputsโ€ con tutti i file necessari per la lavorazione del PCB da parte di un service.
    Potete lasciare la cartella dove รจ stata creata o spostarla in un percorso piรน comodo, per i prossimi passaggi.

Fig. 7 Il CAM Processor di Eagle

Generazione file CAM delle piste

Dopo aver installato FlatCAM occorre eseguirlo e, la sola prima volta che lo si usa, bisogna effettuare questi semplici passaggi:

  • posizionarsi nella riga vuota che si trova alla base della shell del programma (Fig. 8);
  • se la shell non รจ visibile, eseguire il comando โ€œTool โ€“ Command lineโ€;
  • scrivere: get_sys excellon_zeros e premere INVIO sulla tastiera;
  • scrivere: set_sys excellon_zeros T e premere INVIO sulla tastiera;

Queste due righe di codice servono per poter vedere i fori in modo chiaro, nel momento in cui caricherete un file di tipo โ€œdrillโ€, ne parleremo piรน avanti. Questa operazione modifica definitivamente le opzioni del programma, quindi non andrร  piรน eseguita in futuro. A questo punto la shell si puรฒ anche chiudere per lasciare tutto lo spazio possibile al riquadro principale, รจ sufficiente eseguire di nuovo il comando โ€œTool โ€“ Command lineโ€.
Eseguire il comando โ€œFile โ€“ Open Gerber โ€ฆโ€ e cercare il file da aprire nella cartella โ€œCAMOutputs/GerberFilesโ€, poichรฉ stiamo lavorando con un circuito THT monofaccia, ci interessa solo quella inferiore (file โ€œcopper_bottom.gbrโ€), nel caso dei circuiti SMT ci servirebbe il file โ€œcopper_top.gbrโ€.

Fig. 8 Il riquadro della linea di comando

 

La Fig. 9 mostra il tipo di immagine che si vedrร  nel riquadro centrale, dopo il caricamento del file.
Aprire la scheda โ€œOptionsโ€ e impostare il campo โ€œUnitsโ€ su mm.

Fig. 9 Immagine del file gerber

 

Poichรฉ il disegno del PCB รจ sempre realizzato dal lato dei componenti, cosรฌ comโ€™รจ lโ€™incisione risulterebbe rovesciata, quindi bisogna effettuare lโ€™inversione a specchio (mirror). Occorre eseguire il comando โ€œTool โ€“ Double-Sided PCB Toolโ€ e impostare questi parametri (Fig. 10):

  • Bottom layer = copper_bottom.gbr;
  • Mirror axis = Y;
  • Axis location = Box;
  • Point/Box = copper_bottom.gbr.

Fig. 10 Il mirror del PCB

 

Cliccare su โ€œMirror Objectโ€, il PCB sarร  ora visibile direttamente dal lato saldature (faccia inferiore).

Nota bene: Naturalmente la scheda Tool non andrร  modificata nel caso in cui dovessimo lavorare con la faccia superiore (circuiti SMT).

Aprire la scheda โ€œProjectโ€ e fare doppio clic sul progetto โ€œcopper_bottom.gbrโ€, si aprirร  la scheda โ€œSelectedโ€, bisogna impostare tutte le seguenti opzioni:

Plot options:

  • Attivare le caselle โ€œPlotโ€ e โ€œSolidโ€.

Isolation routing:

  • Tool dia: qui bisogna inserire il diametro della punta del bulino che useremo per lโ€™incisione.
    Il DRU che abbiamo usato noi prevede una distanza tra le piste, o tra le piste ed il piano di massa, di 8 mils (circa 0,2 mm) quindi occorre scegliere un bulino con diametro uguale o sottomultiplo di tale valore; noi disponiamo di bulini da 0,1 mm e 0,2 mm. Se adottiamo il bulino da 0,2 mm la CNC farร  un solo passaggio incidendo esattamente lo spazio previsto dal DRU; se invece usiamo il bulino da 0,1 mm la CNC farร  automaticamente due passaggi affiancati per incidere lo stesso spessore; impostiamo โ€œ0.2โ€.
  • Width: serve per aumentare lโ€™isolamento delle piste; ha significato usare questo campo quando non si puรฒ intervenire a monte sul DRU applicato al PCB, ma nel nostro caso si imposta a 1 (singola passata). Se si imposta un numero di passate maggiore il FlatCAM crea un file grbl per ogni passata, quindi occorre incidere il PCB piรน volte; ad ogni nuova passata il bulino viene spostato di una frazione pari al valore dato al successivo campo Pass overlap. Per esempio se lโ€™isolamento previsto dal DRU รจ di 0,2 mm, ma noi vogliamo aumentarlo a 0,3 mm, disponendo del solo bulino da 0,2 mm, impostiamo questo campo a 2 e il campo successivo (Pass overlap) a 0,5 (50%), in modo che la seconda passata sia sovrapposta per il 50% alla prima, di conseguenza la seconda incisione sarร  di 0,1 mm.
  • Pass overlap: questo campo viene usato solo se Width รจ maggiore di 1, in caso contrario viene ignorato.
  • Combine passes: puรฒ essere utile attivare questa opzione, quando Width>1, in quando il FlatCAM genera un unico file invece di un numero di file pari al valore di Width.
  • Cliccare su โ€œGenerate Geometryโ€, apparirร  una linea rossa allโ€™interno delle tracce di isolamento, ad indicare che una sola passata sarร  sufficiente per eliminare il rame in eccesso; nella Fig. 11 abbiamo ingrandito lโ€™immagine, e simulato sia lโ€™uso del bulino da 0,2 mm (sopra) che quello da 0,1 mm (sotto) in modo da rendere evidente il fatto che nel secondo caso la CNC dovrร  fare due passate per garantire lโ€™isolamento previsto dal DRU.

Fig. 11 Le linee di incisione

 

Nel caso vi accorgiate di qualche errore dopo aver eseguito lโ€™operazione di generazione, occorre eseguire questi passaggi:

  • Aprire la scheda โ€œProjectโ€;
  • Selezionare il progetto โ€œcopper_bottom.gbr_isoโ€ appena creato dal programma;
  • Premere โ€œCancโ€ sulla tastiera per eliminarlo;
  • Fare doppio clic sul progetto โ€œcopper_bottom.gbrโ€;
  • Ripetere la sequenza di operazioni precedenti.

Se invece รจ tutto a posto aprite la scheda โ€œProjectโ€ e fate doppio clic sul progetto โ€œcopper_bottom.gbr_isoโ€, si aprirร  nuovamente la scheda โ€œSelectedโ€, e bisognerร  impostare i seguenti valori:

  • Plot: attivare la casella;
  • Cut z: profonditร  dellโ€™incisione in millimetri; di norma lo spessore del rame รจ di 0,035 mm, quindi occorre inserire un valore maggiore, considerando anche tolleranze di movimento dello spindle, in genere va bene da โ€“0.06 a โ€“0.08;
  • Travel z: รจ il sollevamento del bulino durante gli spostamenti, quando non incide, si possono impostare 1,5 mm;
  • Feed rate: velocitร  di incisione in mm/min, un valore basso impiega molto tempo ma garantisce grande affidabilitร , un valore alto genera una incisione veloce ma con qualche rischio per il bulino o di perdita di passi; noi abbiamo trovato un buon compromesso con un valore compreso tra 50 e 80;
  • Tool dia: 0.2 (uguale al valore inserito in precedenza);
  • Spindle speed: velocitร  massima di rotazione del mandrino; questo valore serve per la gestione del segnale PWM generato dal controller della CNC, il nostro modello prevede questa possibilitร , e dal datasheet dello spindle ricaviamo che a 36 V puรฒ raggiungere 9000 RPM, quindi inseriamo tale valore. Se il controller da Voi usato invece ha la semplice commutazione a relรจ, questo campo puรฒ essere ignorato e restare vuoto. (Fig. 12).

Fig. 12 Le impostazioni per lo spindle

 

Cliccare su โ€œGenerateโ€, le linee rosse saranno sostituite da linee blu che copriranno esattamente tutto lo spazio di isolamento, in pratica sarร  possibile controllare quanto rame sarร  eliminato con lโ€™incisione. Inoltre si vedrร  una complessa serie di linee semi-trasparenti che rappresenteranno il percorso che farร  il bulino durante la CNC. Questa immagine si puรฒ ingrandire ed osservare attentamente, per verificare che il risultato sia quello atteso, in caso contrario si potranno prendere i necessari provvedimenti, visto che qui siamo ancora a livello di generazione dei file e possiamo sempre iniziare tutto daccapo (Fig. 13).

Fig. 13 Anteprima dello spazio di isolamento

 

Nel caso vi accorgiate di qualche errore dopo aver eseguito lโ€™operazione di generazione, occorre eseguire questi passaggi:

  • Aprire la scheda โ€œProjectโ€;
  • Selezionare il progetto โ€œcopper_bottom.gbr_iso_cncโ€ appena creato dal programma;
  • Premere โ€œCancโ€ sulla tastiera per eliminarlo;
  • Fare doppio clic sul progetto โ€œcopper_bottom.gbr_isoโ€;
  • Ripetere la sequenza di operazioni precedenti.

Se invece รจ tutto a posto aprite la scheda โ€œProjectโ€ e fate doppio clic sul progetto โ€œcopper_bottom.gbr_iso_cncโ€, si aprirร  nuovamente la scheda โ€œSelectedโ€, bisogna attivare lโ€™opzione โ€œPlotโ€ e inserire nel campo โ€œTool diaโ€ lo stesso valore usato nelle maschere precedenti (nel nostro caso 0.2), quindi cliccare su โ€œUpdate Plotโ€, attendere alcuni secondi, anche se apparentemente non succede nulla, poi cliccare su Export G-Code e salvare il file come โ€œNome_PCB.ncโ€, in cui Nome sarร  il nome del vostro progetto; non รจ obbligatorio dare un nome specifico, ma se lo fate potrete creare una cartella contenente tutti i vostri file, per usi futuri; lโ€™unica cosa indispensabile รจ la desinenza โ€œ.ncโ€, altrimenti il file non sarร  visto dal software Candle.
Arrivati a questo punto, se il vostro progetto prevede componenti SMD, e quindi non ci sono fori, potete chiudere FlatCAM e passare direttamente alla fase dellโ€™incisione, altrimenti bisogna proseguire con il passaggio successivo di questo programma.

Generazione file CAM dei fori

Eseguire il comando โ€œFile โ€“ Open Excellonโ€ฆโ€ e aprire il file โ€œdrill_1_16.xlnโ€, presente nella cartella โ€œCAMOutputs/DrillFiles. Se in precedenza avete eseguito il mirror del PCB, vedrete che i fori (rappresentati da cerchietti rossi) non combaceranno con i sottostanti pad o vias (Fig. 14);
Bisogna eseguire il comando โ€œTool โ€“ Double-Sided PCB Toolโ€ e impostare questi parametri:

  • Bottom layer = drill_1_16.xln;
  • Mirror axis = Y;
  • Axis location = Box;
  • Point/Box = copper_bottom.gbr.

Fig. 14 Esempio di fori disallineati

 

Cliccare su โ€œMirror Objectโ€, istantaneamente i fori risulteranno perfettamente centrati rispetto ai sottostanti pad e vias (Fig. 15).

Fig. 15 Allineamento dei fori

 

Nel caso vi accorgiate di qualche errore dopo aver eseguito lโ€™operazione di mirror, occorre eseguire questi passaggi:

  • Aprire la scheda โ€œProjectโ€;
  • Eliminare il progetto โ€œdrill_1_16.xlnโ€ premendo โ€œCancโ€ sulla tastiera;
  • Eseguire il comando โ€œFile โ€“ Open Excellonโ€ฆโ€ e aprire il file โ€œdrill_1_16.xlnโ€
  • Ripetere la sequenza di operazioni precedenti.

Se invece รจ tutto a posto aprite la scheda โ€œProjectโ€ e fare doppio clic sul progetto โ€œdrill_1_16.xlnโ€, si aprirร  nuovamente la scheda โ€œSelectedโ€, e bisognerร  impostare i seguenti valori:

Plot options

  • Plot: attivare la casella;

Tools

  • Tools: controllare lโ€™ordine dei diametri, deve essere crescente, in caso contrario cliccare su #. Questi valori sono i diametri delle punte che saranno necessarie per la foratura del PCB; come potrete notare alcuni valori sono fuori standard, ma si tratta di decimi o centesimi di millimetro, lโ€™unica cosa che dovete fare รจ arrotondarli virtualmente e poi usare la punta di valore piรน vicino, nel momento in cui sarร  richiesta.
    Per esempio: per 0,61 userete una punta da 0,6 mm, per 0,686 e 0,7 userete sempre la punta da 0,7 mm;

Create CNC Job

  • Cut z: profonditร  della foratura; il PCB in genere รจ 1,6 mm, il valore da inserire รจ tipicamente โ€“2.5, se il PCB sarร  fissato su supporti sopraelevati rispetto al piatto, come nel nostro caso;
  • Selezionare con il mouse tutti gli ID dei tools, operazione fondamentale per la generazione del file grbl;
  • Travel z: mm di sollevamento della punta per passare al foro successivo, impostare 1,5;
  • Feed rate: velocitร  dellโ€™asse Z durante la foratura, in unitร  per minuto, il programma propone un valore 3.0, ma per i nostri scopi si puรฒ benissimo impostare un valore da 30 a 50;
  • Tool change: attivare la casella in modo che la CNC si fermi ad ogni cambio di punta;
  • Tool change z: 30 (mm di sollevamento del mandrino per permettere la sostituzione della punta)
  • Spindle speed: velocitร  di rotazione del mandrino, vale quanto spiegato in precedenza, quindi per la nostra CNC impostiamo 9000, se invece disponete di un altro modello di mandrino, dovete far riferimento al suo datasheet.

Nella Fig. 16 abbiamo riportato la sezione appena descritta con i valori impostati.

Fig. 16 Impostazioni per la foratura

 

Cliccare su โ€œGenerateโ€, tutti i fori saranno numerati in base alla sequenza di foratura (Fig. 17); se ciรฒ non dovesse verificarsi, totalmente o solo per alcuni fori, significa che non sono stati selezionati correttamente gli ID dei tools. Nel caso vi accorgiate di qualche errore dopo aver eseguito questโ€™ultima operazione, occorre eseguire questi passaggi:

  • Aprire la scheda โ€œProjectโ€;
  • Selezionare il progetto โ€œdrill_1_16.xln_cncโ€ appena creato dal programma;
  • Premere โ€œCancโ€ sulla tastiera per eliminarlo;
  • Ripetere la sequenza di operazioni precedenti.

Fig. 17 Numerazione dei fori in base alla sequenza di foratura

 

Se invece รจ tutto a posto aprite la scheda โ€œProjectโ€ e fare doppio clic sul progetto โ€œdrill_1_16.xln_cncโ€, si aprirร  nuovamente la scheda โ€œSelectedโ€, e bisognerร  impostare il seguente valore:

  • Tool dia: 0.6 (diametro punta iniziale di default);
  • ed eseguire i seguenti passaggi:
  • Cliccare su Update Plot, lโ€™immagine mostrerร  ora anche il percorso delle forature (Fig. 18);
  • Cliccare su Export G-Code;
  • Salvare con Nome_FORI.nc, in cui Nome sarร  il nome del vostro progetto, come spiegato in precedenza per il file delle piste; anche in questo caso รจ indispensabile usare la desinenza โ€œ.ncโ€, altrimenti il file non sarร  visto dal software Candle.

Fig. 18 Anteprima del percorso della sequenza di foratura

 

Con questโ€™ultimo passaggio abbiamo completato le operazioni CAM ed ora disponiamo di due file in formato grbl, con i quali andremo a lavorare la nostra piastra di rame, togliendo prima il rame in eccesso e praticando poi i necessari fori per i componenti.

Nota bene: รจ importante salvare il progetto FlatCAM, magari nella stessa cartella dei file grbl, in modo da poterlo riaprire per effettuare rapide modifiche a qualche parametro, senza dover rifare tutti i passaggi visti finora. Il comando da usare รจ โ€œFile โ€“ Save Project As โ€ฆโ€, fornendo percorso e nome (in genere lo stesso usato per i due file grbl) tipo โ€œNome_prjโ€ senza desinenza, in cui Nome sarร  sempre il nome usato in precedenza. Nella prossima puntata passeremo alla parte pratica, con lโ€™approfondimento dello studio del programma Candle e la realizzazione del nostro primo PCB.

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