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[[Bild:Photo fraese.JPG|thumb|200px|Die Platinenfräse]]
 
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Version vom 25. März 2006, 18:24 Uhr

Datei:Photo fraese.JPG
Die Platinenfräse

Der CCCB verfügt über eine Platinenfräse der Firma isel-automation. Diese wurde 1998 erworben und stand lange Zeit aufgrund diverser Schwierigkeiten ungenutzt im Keller. Das Hauptproblem war die Nichtverfügbarkeit einer Seriennummer für eine mitgelieferte DOS-Software. Ein Reanimationsversuch mit dem Ziel bereits vorhandene Software-Komponenten wiederzuverwenden und fehlende Programme neu zu schreiben, wurde im Jahr 2005 unternommen. Er ist noch nicht abgeschlossen. Diese Seite dokumentiert das Projekt und die Benutzung von Hard- und Software.

Achtung: Einige Informationen hier sind nicht mehr ganz up-to-date. Der Artikel muss mal überarbeitet werden.

Bestandteile und Zubehör

Das System Platinenfräse besteht aus mehreren Komponenten:

  • Platinenfräse "isel-CNC-Modular"
  • eine Ansteuersteckkarte "isel-Microstepkarte MPK-3"
  • DOS-Computer
  • zwei Proxxon-Bohrmaschinen (unbekanntes Modell und Feinbohrschleifer FBS 240/E)
  • Gravurtiefenregler
  • Staubsauber
  • Spanner und Schienen für den Tisch
  • Messuhr

Fräs- und Bohrwerkzeuge

Dokumentation auf Papier

  • Montage- und Wartungsanleitung für die Fräse
  • Handbuch zur Microstepkarte
  • Bedienungsanleitung für ProLeiSys

Geplante Anschaffungen

  • schwer zu durchbohrende Metallplatten in ca. 1/0.5 Europlatinengrösse
  • Sperrholzplatten in ca. 1/0.5 Europlatinengrösse mit eine Stärke von xx mm
  • vielleicht mal eine zweite Linearachse, z.B.:
  • vielleicht weitere Spannschienen
  • wenn mal wieder Fräsköpfe, dann vielleicht auch welche mit 45 Grad

Allgemeines zur Benutzung

Datei:Mill workflow.png
Überblick Workflow

Achtung: Niemals die Platinenfräse ohne eine fachliche Einführung benutzen. Wenn du die Fräse benutzen möchtest, lasse sie dir vorher von Dirk oder Nitram erläutern. Betreibe die Fräse niemals unbeaufsichtigt!!!' Im Notfall schlägst Du mit etwas Schwung auf den roten Notaus-Knopf.

Um das Setup hochzufahren, legst Du den Kippschalter an der Rückseite des seitlichen Schaltkastens an der CNC-Fräse um drückst den grünen Start-Taster am Schaltkasten. Anschliessend bootest Du den DOS-Rechner mit einem entsprechenden Bootmedium. Am DOS-Rechner ist ein serielles Kabel angeschlossen, dass du mit deinem Laptop oder einem Steuer-Computer verbindest. Bitte entferne das serielle Kabel nicht.

Das Fräsen brauchbarer Platinen ist nicht trivial. Die folgenden Abschnitte erklären das Zusammenspiel von Eagle, dem DOS-Rechner und der GUI.

Erstellen eines Platinenlayouts mit Eagle

Datei:Eagle-designrules-clearance.png
Bei den Designregeln => Clearance alle Werte auf 10mil stellen
Datei:Ulp1.png
Nach Fertigstellung und Pruefung des erstellten Layouts das ULP "mil-outlines" starten, um die hpgl Datei zu erzeugen
Datei:Ulp2.png
Bei den Optionen bei "tool#1 Isolate" 0.3 mm einstellen
Datei:Ulp3.png
Den Bottom Layer spiegeln (y Koordinate wird mit -1 multipliziert!)

Eagle kann hier für die gängigen Betriebssysteme heruntergeladen werden. Die kostenlose Version erlaubt Layouts für die Größe einer halben Europlatine. Um die mit ihr erstellten Platinen auch verkaufen zu dürfen, ist eine entsprechende Lizenz für ungefähr 50 Euro verfügbar.


Schritt 1: Schema und Board

Zuerst muss natürlich das Eagle-Schema aufgebaut werden. Aus diesem wird das Platinenlayout erstellt. Für das Isolationsfräsverfahren sind dann ein paar Einschränkungen notwendig. So kann etwa der Isolationfraeser nicht beliebig dünne Isolationen fraesen -- das Minimum liegt bei etwa 0,3 mm oder 10 mil (1 mil = 1/1000 de:Inch). Anderenfalls kann es passieren, dass diese dann einfach weggefräst werden. Es kann zu Problemen kommen, wenn man Leiterbahnen zwischen zwei Lötpads hindurch führen möchte. Hier können dann die Leiterbahnen verschwinden, weil um die Lötpads ja auch gefräst wird. Hier müssen also Mindestabstände für Leiterbahnen, Pads, Vias und Holes gemacht werden. Der empfohlende Mindestabstand beträgt 10 mil, das ist auch die minimale Isolationfräsbreite. Dies ist auch der mindestabstand zwischen zwei Kupferflächen/bahnen. Bei den Designregeln => Clearance sollten alle Werte deshalb auf mindestens 10 mil eingestellt werden.

Desweiteren sollte auch gebrauch von der Class-Funktion von Eagle macht werden, damit kann man Klassen für die Leiterbahnen einstellen. So kann man Stromführende Leiterbahnen dicker machen (z.B. 20 mil) und Datenleitungen dünner (z.B. 10 mil). Damit erreicht man das der Autorouter die dünnen Leiterbahnen zwischen zwei Pads durchgeroutet bekommt, aber nicht die Stromführenden, weil diese dicker sind. Somit ist ein guter Kompromiss zu erreichen, und man kann wärend des Projektes diese Werte auch noch verändern um bessere Ergebnisse zu erreichen. Diese Funktion sollte aber schon beim Entwickeln der Schematic benutzt werden. Einfach mit Class den Standardwert auf 10 mil einstellen und eine neue Class Power anlegen die dann 20mil breit ist. Jetzt sollte man beim Verlegen der Versorungsspannung Power als Class einstellen und Eagle benutzt beim Autorouten dann diese Einstellung der Leiterbahnbreite. Wenn man die Class-Funktion konsequent benutzt hat, bekommt man meist eine formschöne Platine wo die Versorgungsspannung gleich zu erkennen ist.

Eine Bitmap Datei in Eagle importieren

  • Eine geeignete Bitmap Datei erzeugen (jede Farbe wird/kann als eigener Layer ausgegeben).
  • Im Boardfile das ULP "import-bmp.ulp" aufrufen.
    • Das bmp auswaehl
    • Die Farben die als Layer importiert werden sollen auswaehlen
    • Skalieren per Pixel: "Format=scaled", "Unit=mm" einstellen. Ein Pixel entspicht nun einem mm^2. Bei "Value" einen geeigneten Skalierungsfaktor einstellen.
    • Noch einen Startlayer waehlen (1 fuer den Toplayer)
    • OK!
  • Das Ergebnis wird am Koordinatenursprung abgeliefert - und kann leichter gruppiert und verschoben werden, wenn dieser Platz vorher frei war.

Und für die Leute die sich die arbeit nicht machen wollen um das CCCB-Logo auf hier Platinchen zu bekommen, hier die Eagle-Lib. Sie enthält drei mal das CCCB logo in klein, mittel und groß. Einfach in den Projekteordner und schon sollte es klickbar sein mit den Eaglebrowser.

Schritt 2: HPGL-Datei generieren

Mittels Outline-Plugin von Eagle werden die Daten für das Isolationsfräsen generiert.

Das Outlinetool erstellt eine HPGL-Datei (Dateieindung: .plt). Diese kann von den Fraes-Programmen verarbeitet werden. Der Outline-HPGL-Plot wird mittels

use => file => run => outline.ulp oder use => file => run => mill-outline.ulp

angeworfen.

Beim Einstellen der Fräserstärke für das Outline-Plugin wählt man 0.3 mm für unseren Fräskopf.

Den Bottom Layer spiegeln (y Koordinate wird mit -1 multipliziert!).

HPGL-Dateien können mit hp2xx in gängige Grafikformate konvertiert werden. Hier sollte man auch gleich kontrollieren ob zwischen Leiterbahnen und Lötpads auch tätsächlich gefräst wird bevor man die HPGL-Datei der Fräsmaschine gibt, denn jetzt sind noch korrekturen möglich, auf der fertigen Platine nicht mehr.

zweiseitige Platinen, Massenproduktion, drehen und spiegeln

Datei:Nutzen.png
Mehrere gleiche Platinen auf einem Nutzen

Um zweiseitige Platinen, Massenproduktion, drehen, spiegeln usw. zu implementieren muessen die XY Koordinaten manipuliert werden. Leider wirft das eine menge Probleme auf die auf den ersten Blick nicht zu erwarten sind. So ist es ein Problem zweiseitige Platinen zu fertigen. Beide Seiten sollen in etwa auf 1/10mm Deckungsgleich sein. Die Frage die sich stellt, ist wie man so etwas bewerktstelligt.

Ein Lösungsvorschlag ist das Bohren von Referenzpunkten, damit könnte man jetzt die Platine drehen und neu ausrichten. Jetzt stellt aber das ausrichten ein Problem dar, es wäre eine ganz "schöne" arbeit das genau auszurichten. Denkbar wäre aber das man an hand der Fräsdaten die Ausmaße der Platine errechnet und entsprechent eine Symetrieachse erstellt auf der sich zwei Bohrungen befinden. Beim drehen der Platine richtet man einfach diese zwei Bohrungen aus, fertig. Für die Bohrungen könnte man auch ein festes Maß nehmen, so das man eine Vorrichtung bauen kann mit welcher die Platine fixiert werden kann. Damit wird das wenden noch einfacher, und es besteht kaum Gefahr die Platine falsch auszurichten. Beim fräsen muss jetzt nur noch auf das richtige drehen und spiegeln geachtet werden.

Zum fertigen von mehreren Platinen auf einem Rohling sind einige Sachen zu beachten. Es müssen die Abmaße des Rohling bekannt sein, und die der zu fräsenden Platine und wie schon rechts im Bild eingedeutet der Versatz zwischen den Platinen. Mit diesen Werten kann man dann errechnen, unter Beachtung des Versatzes, wie viel Platinen auf einen Rohling passen. Das fräsen von mehreren Platinen auf einen Rohling sollte auf die Art und Weise kein Problem sein.

Werkstücke mit dem GUI-Programm bearbeiten

Ein einfaches Programm zum Fräsen und Bohren von Platinen wird im Rahmen des Projektes erstellt. Das Programm basiert auf PerlTk und ist somit unter den unixoiden Betriebssystemen nutzbar. Über RS232 werden Kommandos an den DOS-Rechner geschickt.

Installation

Die GUI-Applikation ist im SVN-Repository enthalten und benötigt noch ein paar Perl-Module, die nicht per default vorhanden sind. Die Perlmodule können über die CPAN-Shell nachinstalliert werden.

Das Starten der CPAN-Shell erfolgt über den Aufruf:

perl -MCPAN -e shell

Ggf. sollte man sudo benutzen, um die Module systemweit zu installieren. In der CPAN-Shell kann man mittels install <modulname> das Permodul aus dem Netz ziehen und in das Perl-System installieren.

Das GUI benötigt diese Perl-Module:

  • Device::SerialPort
  • Tk
  • Tk::Splashscreen

Andere benötigte Perl-Module sollten aufgrund der Packet-Abhängigkeit automatisch installiert werden.

Desweiteren müssen convert aus den ImageMagick-Tools und hp2xx installiert werden.

Benutzung

Datei:Cnc2 screenshot.png
PerlTk-Programm (Version 0.2)
Datei:CNCscreen.png
PerlTk-Programm (Version 0.1)

Textbearbeitungshinweis: Das hier muss mit dem naechsten "Kapitel" in Einklang gebracht werden.

  • Starten und Initialisieren: Nach dem Start muss man die serielle Schnittstelle über den Menüpunkt Einstellungen auswählen. Alternativ kann beim Start des Perl-Scriptes der Kommandozeilenparamter -device=/dev/cuXXX gesetzt werden. Der Menüpunkt Mit Maschine verbinden stellt die Verbindung zum DOS-Rechner her.
  • Datei auswählen: Über den Datei öffnen-Dialog wählt man die zu fräsende HPGL-Datei aus. Alternativ kann die Datei mit dem Kommandozeilenswitch -file=xxx.plt festgelegt werden.
  • Werkstückdimensionen: Anschliessend definiert man zwei gegenüberliegende Eckpunkte des Werkstücks. Die Software kennt dann Lage und Dimension der Platine. Man muss nicht exakt die Eckpunkte anfahren. Wesentlich ist, dass man einen Arbeitsbereich festlegt, der beim Fräsen nicht verlassen wird. Die Höhenposition des Werkzeugs spielt keine Rolle -- wichtig sind die X- und Y-Koordinaten.
  • Werkstücknullpunkt: Innerhalb des Werkstückbereiches legt man den Nullpunkt der zu fräsenden Schaltung fest. Dazu ruft man den Menüpunkt Manuelle Steuerung auf, positioniert den Fräskopf und übernimmt die angefahrenen Koordinaten mittels Nullpunkt setzen. Das Programm testet noch nicht, ob der Werkstücknullpunkt innerhalb des definierten Werkstückbereiches liegt. Die Z-Achsenposition ist hier wichtig (wirklich? wird das nicht aus den Z-Werten übernommen???). Der Fräser sollte die Platine leicht berühren.
  • Z-Achsen-Werte: Jetzt müssen die Z-Achsen-Werte festgelegt werden. Wenn der Fräskopf leicht die Platine berührt, kann man den Ist-Z-Achsenwert als Frästiefe übernehmen. Mittels Manueller Steuerung fährt man den Werkzeugschlitten soweit nach oben, dass das eingespannte Werkzeug nicht mehr die Platine berührt. Diese Z-Achsen-Position wird als Bewegungshöhe übernommen. Die Bohrtiefe kann man nicht direkt anfahren, da das Werkstück im Wege ist. Entweder Positioniert man den Fräskopf neben dem Werkstück auf die passende Bohrtiefe, oder man rechnet die Bohrtiefe vom Aufschlagspunkt aus, indem man vom Ist-Z-Wert nochmal -XXX (minus!!!) addiert. Konzentration, bitte! Nicht den Tisch anbohren!
  • Layer wählen: Man wählt den abzufahrenden Layer über die Drop-down-Box unterhalb des Vorschaufesters aus. Zuerst wird das Isolationsfräsen auf Countour-Layer mit einer Fräsbreite von ca. 0,3-0,4 mm durchgeführt. In diesen Schritt werden die späteren Leiterbahnen herausgearbeitet und vom Rest der Platine isoliert. Dabei fährt der Fräser um die Leiterbahnen herum, so das die eigentlichen Leiterbahnen stehen bleiben. Man isoliert also die späteren Leiterbahnen.
  • Los: Mit einem Klick auf Bearbeiten starten geht der Bearbeitungsvorgang los.
  • Nächster Layer mit gleichem Tool: Ist der Bearbeitungsvorgang beendet und möchte man einen weiteren Layer mit dem bereits eingespannten Tool fräsen, muss man den Werkstücksnullpunkt nicht erneut anfahren. Das Programm hat diesen gespeichert und wird ihn wiederverwenden.
  • Nächster Layer mit anderem Tool: Wechselt man das Werkzeug (siehe Wechseln des Werkzeugs), muss man wohl mindestens die Z-Achsen-Werte anpassen. Der Werkstücknullpunkt bleibt gespeichert und kann praktisch wiederverwendet werden.
    • Rub-Out: Im folgendem Schritt, der aber nicht notwendig ist, wird mit einem neuen, beiteren Fräser das sogenannte Rub-out durchgeführt. Dabei werden Flächen auf denen sich kein Kupfer befinden soll frei gefräst. Das ist beim Bau von Platinen notwendig, die Netzspannung führen, da hier ein Mindestabstand vom VDE vorgeschrieben wird.
    • Bohren: Die folgenden Schritte haben alle mit dem Bohren zu tun, welches die Fräsmaschine ja mit am besten kann, und auch am schnellsten. ...

Step by Step Anleitung zur Fraesenbedienung mit CNC-Frase2.pl

(erstmal als braindump)

Konturen fraesen.

  • Maschine -> "mit maschine verbinden" klicken
  • Zu fraesendene plt Datei oeffnen.
  • Layer waehlen unter: Bearbeitung -> wir wollen den"contur" Layer.
  • Positionierung -> "Nullpunkt berechnen, anfahren und speichern" klicken
  • Maschine -> Manuelle Steuerung
  • Bewegungstiefe mittels der manuellen Steuerung (z-) einstellen so dass Fraeskopf hinreichend hoch ueber dem Metallrahmen ist.
  • Werkzeug -> "Bewegungstiefe aus Ist-Wert uebernehmen" klicken
  • Fraestiefe mit der Manuellen Steuerung (z- ) einstellen so dass der Fraeskopf auf die Platine aufkommt und der Schlitten ein bisschen hochgeht.
  • Werkzeug -> "Fraes/Bohrtiefe aus Ist-Wert uebernehmen" klicken
  • Positionierung -> "Gespeicherten Nullpunk anfahren und setzen" klicken. Die Fahrt fuer einen Bearbeitungsvorgang muss dann von dieser Nullpunktposition erfolgen, anderenfalls kommt es zum Unfall!
  • Staubi an.
  • Fraesproxxon einschalten.
  • Bearbeitung -> "Bearbeiten starten" klicken. Bitte eine Hand sicherhaltshalber in der Naehe des Notstop der Fraese verweilen lassen.
  • Staubsauger aus.

Bohrloecher koernen.

  • Bearbeitung -> PadDrill Layer anwaehlen
  • Bearbeitung -> "Anstatt Bohrer den Fraeser benutzen um Koernungen zu machen" aktivieren
  • Positionierung -> "Nullpunkt berechnen und anfahren und speichern" klicken. Die Fahrt fuer einen Bearbeitungsvorgang muss dann von dieser Nullpunktposition erfolgen, anderenfalls kommt es zum Unfall!
  • Staubsauger an.
  • Bohrproxxon einschalten.
  • Bearbeitung -> "Bearbeiten starten".
  • Staubsauger aus.

Bohrlocher bohren.

  • Bearbeitung -> "Anstatt Bohrer den Fraeser benutzen um Koernungen zu machen" deaktivieren
  • Fraesproxxon mit Schlitten herausnehmen.
  • Maschine -> Manuelle Steuerung. Den Bohrer in der Hoehe nun so einstellen (-z) das der Bohrer die Platine durchbohrt aber nicht den Bohrtisch kaputt macht.
  • Werkzeug -> "Fraes/Bohrtiefe aus Ist-Wert uebernehmen" klicken
  • Positionierung -> "Nullpunkt berechnen und anfahren und speichern" klicken
  • Fraesenproxxon ausschalten und Bohrerproxxon einschalten
  • Bearbeitung -> "Bearbeiten starten" klicken
  • Positionierung -> "Nullpunkt berechnen und anfahren und speichern" klicken
  • Bohrproxxon ausschalten.
  • Zum Schluss den Fraesproxxon mit Schlitten wieder einschieben.

DOS-Seite

Datei:Screenshot dos programm.png
Screenshot vom DOS-Programm

Auf einem DOS-Computer läuft der Treiber für die Isel Microstep MPK3-Karte. Ein Assembler-Programm nimmt von der Tastatur bzw. von der RS232-Schnittstelle Kommandos entgegen und setzt sie um. Dieses Programm befindet sich auf einer startfähigen DOS-Diskette und wird nach dem Booten von der selbigen auch automatisch gestartet. Eine Festplatte ist für das DOS-Setup nicht notwendig.

Die von der Steuerkarte benutzten IO-Ports sind in der DOS-Software hardgecoded. Die Steuerkarte benutzt IO-Ports von 0x340 bis 0x346.

Ideen:

  • Das DOS-Setup kann auch von CD-ROM gebootet werden. CD-Rohlinge sind meistens verfügbar und haben nicht das disketten-typische Badblock-Problem.
  • Ein DOS-System kann mittels QEMU auf einem Unix-Host emuliert werden. Der Unix-Host kann dann als Hardwareentwickler-Workstation benutzt werden.


Subversion-Repository

Zur Versionskontrolle benutzen wir subversion. Code-Tree und Tickets können über das Web-Interface geklickt werden. Nitram vergibt Accounts für Entwickler.

Anon-SVN:

svn co svn://anonsvn.h3q.com/svn/fraese

Entwickler-SVN:

svn co svn+ssh://svn.h3q.com/svn/fraese

Die Fräsmaschine

Wechseln des Werkzeugs

Das Erstellen einer Platine erfordert einige Arbeitsschritte. Jeder dieser Arbeitsschritte braucht sein eigenes Werkzeug. Das Isolationsfräsen der Leiterbahnen braucht einen Isolationsfräser (wer hätte es gedacht). Das Bohren braucht verschieden starke Bohrer u.s.w.. Für jeden Arbeitsgang ist also ein Werkzeugwechsel nötig. Bei diesem Werkzeugwechsel ist Sorgfalt Pflicht.

Links am Z-Achsen-Schlitten befindet sich Original-Halter, der am besten mit einem Bohrer bestückt wird. Rechts befindet sich der Gravurtiefenregler, der für eine definierte Eindringtiefe des Fräskopfes in das Kupfer sorgt. Der Tiefenregler sollte mit einem Isolationsgravierer oder mit einem Rub-Out-Fräskopf bestückt werden.

Werkzeugwechsel mit einem Halter

Das Wechseln an sich ist recht einfach: Bohrmaschine ausspannen, Werkzeug auspannen, neues einspannen und Bohrmaschine wieder einspannen und schaun ob alles wieder lotrecht ist. Da der Mensch so seine Schwächen hat, und man also nicht genau sagen kann wo das Werkzeug jetzt arbeitet, muß jetzt das Werkzeug wieder ausgerichtet werden. Anderenfalls ist nicht sichergestellt, dass man an der richtigen Stelle weiterarbeitet. Man stelle sich nur vor, wenn man den Bohrer für das Bohren ein bischen anders eingespannt hat. Jetzt kann man zu tief bohren oder überhaupt nicht. Oder man bohrt daneben, wenn man die Bohrmaschine schräg in den Halter eingespannt hat. Dann kann der Bohrer sogar abbrechen. Wichtig ist also, dass jetzt wieder ein Punkt angefahren wird, von dem man die Koordinaten hat. Dieser Punkt muss absolut sein. Am besten eigenet sich ein Punkt auf/am Werkstück, den man nach einem Werkzeugwechsel anfährt. Jetzt ist garantiert, dass der Bohrer/Fräser den Bearbeitungsprozess an einem definierten Punkt fortführt.

Wird das Werkzeug am Tiefenregler gewechselt muss das Plastikteil durch Drehen neu justiert werden, so dass der Fräskopf ein winziges Stückchen aus der Öffnung herausreicht. Die seitliche Metallschraube soll das Verdrehen des Plastikteils verhindern. Sie darf nicht zu festgeschraubt werden.

Werkzeugwechsel mit zwei Haltern

Unter Verwendung des Gravurtiefenreglers und der Originalhalters sowie zweier Proxxons lässt sich der Werkzeugwechsel deutlich vereinfachen. Es lassen sich zwei Werkzeuge für Bohren und Fräsen einspannen, so dass ein Neupositionieren häufig entfallen kann.

Da die Unterseite des Gravurtiefenreglers tiefer hängt als der Original-Halter, muss für den Bohr-Vorgang der Schlitten mit dem Tiefenregler nach oben abgezogen werden.

Einspannen des Werkstücks

Das einspannen des Werkstückes/der Platine ist wohl der Teil der die meiste Auswirkung hat auf das fertige Werkstück/Platine. Wenn die Platine nicht nahzu hunderprozentig plan eingespannt wird, kommt es zu felgeschlagenden Fraesversuchen. Physikalisch äußert sich das in verschieden breiten Isolationsbreiten beim frasen. Das zerstört die Leiterbahnen die Isoliert werden. Die Isolationsbreite ist im wesentlichen von der Eintauchtiefe des Fraesers abhängt. Ziel ist das der Fraeser immer gleich tief in das Werkstück/die Platine eintaucht. Die ist aber nicht garantiert wenn das Werkstück/die Platine nicht plan ist. Die Kunst besteht nun darin das Werkstück plan einzuspanngen, dies mag bei rein metallischen Werkstücken noch wunderbar gehen, aber bei Platinen ist schon ein wenig Geduld mitzubringen. So kommt es vor, das man eine Seite der Platine einspannt und sich die andere Seite dadurch hebt. Dies kann man mit dem einspannen der anderen Seite kompensieren, wirft aber meist das Problem auf, das jetzt in der Mitte sich die Platine hebt, hier kann man die Platine nicht mal eben einspannen. Hier muß vorher die Platine leicht verformt werden, so das sie komplett aufliegt, sprich plan ist.

Ein anderes Problem betrifft das bohren. Hier muß man in der Luft arbeiten. Das Werkstück muß ein bischen in der Luft hängen, sonst bohrt man womöglich den Fraestisch an, welches dann Schaden verursachen würde. Das Werkstück kann mit speziellen Vorrichtungen auch in der Luft gespannt werden. Damit ist dann auch das bohren möglich.

Aufmerksame Leser werden sich jetzt sicherlich fragen ob man für jeden Arbeitsgang das Werkstück umspannen muss? Die anwort ist eindeutig "jein". Es wird schwer wenn man nach dem umspannen des Werkstückes genau an der Stelle weitermachen will mit dem arbeiten. Es ist nahezu unmöglich das Werkstück so wieter zu bearbeiten. Hier muß also eine etwas bessere Lösung her. Das bringt wie zu erwarten aber Probleme mit sich, die auch noch ineinander greifen. So kann man das Werkstück wie oben schon beschrieben für das bohren in der Luft einspannen, aber wie soll man so fraesen können wenn man doch immer die gleiche Fraestiefe braucht. Das Werkstück wird nie plan sein in so einer Vorrichtung. Umgekehrt kann man das Werkstück aber auch nicht auf den Fraestisch spannen, dann kann man nicht mehr bohren. Aber es gibt eine Lösung für das Problem! Es gibt extra für das Isolationsfraesen einen sogenannten Tiefenregler. Dieser Tiefenregler wird vor den Isolationsfraeser gebaut. Er sorgt dann dafür das der Fraeser immer mit der gleichen Tiefe eintaucht, egal ob das Werktück jetzt ein bischen schief eingespannt ist, oder sich druchbiegt weil es in der Luft einbespannt ist. Mit diesen Tiefenregler bekommt man dann das Kunststück hin. Es muss jetzt nur noch einmal das Werkstück eingespannt werden, so das man bohren und fraesen kann. Jetzt muss man nur das Werkzeug wechseln und kann mit den nächsten Arbeitsgang weiter machen, das Werkstück muß jetzt nicht mehr Fehlerträchtig für den nächsten Gang umgspannt werden. Leider haben wir solch einen Tiefenregler noch nicht, also ist eigentlich zur Zeit nur eins von bieden möglich. Platine fraesen oder bohren.


Genauigkeit

Datei:Platinenfraese messuhr.jpg
Uhr zum Messen der XY-Abweichung

Die Wiederholgenauigkeit wurde mit Hilfe zweier Messuhren auf einer X/Y Strecke von 2 cm ermittelt. Nach dem Zurückfahren der Strecke wurden folgende Abweichungen von der Ausgangsposition festgestellt:

  • X-Achse: +/- 0.02 mm ( die 0.02mm sind das Spiel der Mechanik )
  • Y-Achse: +/- 0.02 mm
  • Z-Achse: konnte mit der vorhandenen Messuhr nicht ermittelt werden

Die Wiederholgenauigkeit ist eine Eigenschaft mit der man das Zusammenspiel der einzelnen Konstruktionteile bewerten kann. Bei der Wiederholgenauigkeit spielen Sachen wie Dynamik und Statik der Maschine und deren Konstruktion eine wichtige Rolle. So kommt es beim abbremsen oder anfahren der Achsen zu spannungen die aus der Trägheit resultieren und anderen "Effekten", das Ergebnis ist dann die Ungenauigkeit während und nach der Bewegung. Diese Ungenauigkeit addiert sich mit der Zeit und wird immer größer, was dann zu Folgefehlern führt. Ein gutes Beispiel ist wenn die Maschine zu schnell anfährt, dann können Schritte beim verfahren ausgelassen werden und der Rahmen verzieht sich beim verfahren. Das gleiche passiert auch bei zu starker Beanspruchung beim Fräsen. Das hat zwei Fehler zur folge:

  • die tatsächlichen Koordinaten stimmen nicht mehr mit den Rechnerischen Koordinaten im Computer überein
  • die Bahnen werden nicht mehr gerade gefräst, sondern haben beim anfahren und abbremsen leichte "Dellen" drin, dies merkt man besonders bei Diagonalen.

Diese Fehler kann man teilweise kompensieren, indem man beim verfahren eine sogenannte An/abfahrrampe einbaut, welche die Konstruktion langsam beschleunigt und abbremst. Bleibt dann immer noch ein Restfehler, der nur noch beim anfahren und bremsen durch das verziehen der Konstruktion zu merken ist, der dann aber eine untergeordnete Rolle auf Grund der Größenordnung hat.

Ergebnisse

Datei:First platine.jpeg
Eine der ersten Platinen
Datei:First.png
Sehr gute Platine, sogar mit Funktion

Ja,ja. Auch die ersten Ergebnisse sollten nicht verschwiegen werden. Diese bewegten sich von "wieso ist der Bohrer jetzt so kurz" bis "es riecht nach Kunststoff". Meist waren logische Softwarefehler der Grund die den Bohrer oder Fräser versenkten und in den Stahlhimmel beforderten, aber wozu sind Fehler da? Aber es waren in letzter Zeit auch Erfolge zu sehen. Es wurden erfolgreich SMD-Platinen gefräst und auch normale die auf DIL-Raster basierten. Leider ist es noch nicht möglich zwei Arbeitsgänge zu fahren aus den oben beschriebenden Gründen. So fehlen aus diesem Grund die Bohrungen auf der unten abgebildeten Platine.