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* '''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. Es muss auch noch dem Programm mitgeteilt werden, wo sich der Fräser auf dem Schlitten befindet.
 
* '''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. Es muss auch noch dem Programm mitgeteilt werden, wo sich der Fräser auf dem Schlitten befindet.
  
* '''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. Bei Öffnen wird automatisch der Nullpunkt angefahren und ermittelt, wie viele Platinen auf den Rohling passen würden. Es wird standartmäßig die erste Position auf dem Rohling angefahren, welche man mit den dem Drop-down-Menü geändert werden kann, je nachdem wie viele Platinen auf dem Rohling passen.
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* '''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. Bei Öffnen wird automatisch der Nullpunkt angefahren und ermittelt, wie viele Platinen auf den Rohling passen würden. Es wird standardmäßig die erste Position auf dem Rohling angefahren, welche man mit den dem Drop-down-Menü geändert werden kann, je nachdem wie viele Platinen auf dem Rohling passen.
  
 
* '''Layer wählen''': Man wählt den abzufahrenden Layer über die Drop-down-Box unterhalb des Vorschaufesters aus. Zuerst wird das Isolationsfräsen auf Kontur-Layer mit einer Fräsbreite  von ca. 0,3-0,4 mm durchgeführt. In diesem Schritt werden die späteren Leiterbahnen herausgearbeitet und vom Rest der Platine isoliert. Dabei fährt der Fräser um die Leiterbahnen herum, sodass die eigentlichen Leiterbahnen stehen bleiben. Man isoliert also die späteren Leiterbahnen.  
 
* '''Layer wählen''': Man wählt den abzufahrenden Layer über die Drop-down-Box unterhalb des Vorschaufesters aus. Zuerst wird das Isolationsfräsen auf Kontur-Layer mit einer Fräsbreite  von ca. 0,3-0,4 mm durchgeführt. In diesem Schritt werden die späteren Leiterbahnen herausgearbeitet und vom Rest der Platine isoliert. Dabei fährt der Fräser um die Leiterbahnen herum, sodass die eigentlichen Leiterbahnen stehen bleiben. Man isoliert also die späteren Leiterbahnen.  

Version vom 2. September 2010, 17:50 Uhr

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

  • Gravierstichel 60 und 36°, 0.10 mm Gravurbreite, 3 mm Schaftdurchmesser, 40 mm Länge [1] (GS-060-010-3-40, GS-036-010-3-40)
  • Bohrer

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

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 und 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

Bei den Designregeln => Clearance alle Werte auf 10mil stellen
Nach Fertigstellung und Prüfung des erstellten Layouts das ULP "mil-outlines" starten, um die HPGL-Datei zu erzeugen
Bei den Optionen bei "tool#1 Isolate" 0.3 mm einstellen
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 Isolationsfräser nicht beliebig dünne Isolationen fräsen -- das Minimum liegt bei etwa 0,3 mm oder 10 mil (1 mil = 1/1000 Zoll). Andernfalls kann es passieren, dass diese dann einfach weggefräst werden. Es kann zu Problemen kommen, wenn man Leiterbahnen zwischen zwei Lötpads hindurchführen 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 gemacht 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, dass der Autorouter die dünnen Leiterbahnen zwischen zwei Pads durchgeroutet bekommt, aber nicht die stromführenden, weil diese dicker sind. Somit ist ein guter Kompromiss erreichbar, 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.
    • Die BMP-Datei auswählen
    • Die Farben, die als Layer importiert werden sollen, auswählen
    • Skalieren per Pixel: "Format=scaled", "Unit=mm" einstellen. Ein Pixel entspicht nun einem mm^2. Bei "Value" einen geeigneten Skalierungsfaktor einstellen.
    • Noch einen Startlayer wählen (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 dreimal das CCCB-Logo: in klein, mittel und groß. Einfach in den Projekteordner packen 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 Fräs-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 den 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.

Achtung: In der Vergangenheit gab es immer wieder Probleme mit mill-outlines: Das ULP beendete sich unvermittelt und hinterließ auch noch ein beschädigtes Layout. Deshalb sollte man schon beim Erstellen am unfertigen Layout immer wieder testen, ob die HPGL-Datei noch ordentlich gerendert wird. Michts ist ärgerlicher als ein fertiges Layout, das nicht mehr in HPGL gerendert werden kann -- da bleibt dann wirklich nur noch das Ätzen oder Neumachen.

Probleme mit der neusten (5.1.0) Eagle-Version lösen:

  • Das Clearance-Problem:

Wer bei der neuen Eagle-Version seine Platine mit einem Polygon versehen hat, stößt auf ein Problem: Das ULP-Skript beendet sich mit der Fehlermeldung: "Clearance from CLASS 0 default = 0.0000. Must be 0.005mm > Tool#1 0.2000". Die Lösung ist denkbar einfach: Man gibt an der Eagle-Befehlszeile den Befehl "class" ein und ändert den Wert für Clearance einfach auf einen Wert, der größer 0.2 + 0.005 ist. z.B.: 0.3mm. Wichtig: Man muss das "mil" auch in "mm" ändern, sonst gibt es Probleme.

  • Das Rank-Problem:

Ist der Rank eines Polygons falsch eingestellt gibt es ebenfalls Probleme. Es gibt dann folgende Fehlermeldung: "S$1 Polygon in Layer 16 at (57.9115 49.7168)mm has Rank 6. Do not use Rank 6 while working with this ULP. Change the rank to 1..5 before using this ULP again." Die Lösung ist schon in der Meldung enthalten. Der Rank muss einfach geändert werden, zum Beispiel in 1. Das kann man mit Schraubenschlüssel-->Rank-->1 und einem Klick auf das Polygon geschehen.

zweiseitige Platinen, Massenproduktion, drehen und spiegeln

Mehrere gleiche Platinen auf einem Nutzen

Um zweiseitige Platinen, Massenproduktion, drehen, spiegeln usw. zu implementieren, müssen 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 anhand der Fräsdaten die Ausmaße der Platine errechnet und entsprechend 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 dass 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 Rohlings, die der zu fräsenden Platine und -- wie schon rechts im Bild angedeutet -- der Versatz zwischen den Platinen bekannt sein. Mit diesen Werten kann man dann errechnen, unter Beachtung des Versatzes, wie viele Platinen auf einen Rohling passen. Das Fräsen von mehreren Platinen auf einem Rohling sollte auf diese 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 Perlmodul 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 Paket-Abhängigkeit automatisch installiert werden.

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

Benutzung

PerlTk-Programm (Version 0.2)
PerlTk-Programm (Version 0.1)
  • 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. Es muss auch noch dem Programm mitgeteilt werden, wo sich der Fräser auf dem Schlitten befindet.
  • 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. Bei Öffnen wird automatisch der Nullpunkt angefahren und ermittelt, wie viele Platinen auf den Rohling passen würden. Es wird standardmäßig die erste Position auf dem Rohling angefahren, welche man mit den dem Drop-down-Menü geändert werden kann, je nachdem wie viele Platinen auf dem Rohling passen.
  • Layer wählen: Man wählt den abzufahrenden Layer über die Drop-down-Box unterhalb des Vorschaufesters aus. Zuerst wird das Isolationsfräsen auf Kontur-Layer mit einer Fräsbreite von ca. 0,3-0,4 mm durchgeführt. In diesem Schritt werden die späteren Leiterbahnen herausgearbeitet und vom Rest der Platine isoliert. Dabei fährt der Fräser um die Leiterbahnen herum, sodass 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.
  • Bohren: Hierbei empfehlt es sich erst einmal Körnungen zu machen, dies erhöht die genaue Trefferquote enorm, da hierbei der Bohrer beim Bohren besser zentriert wird. Die Unterscheidung, ob der Fräser oder Böhrer genommen werden muss, kann mit einen kleinen Häkchen getroffen werden. Die Maschine macht der Werkzeugwechsel selber.

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

Hier eine kleine Anleitung zum Fräsen einer Platine bzw. eines Layouts. Vor dem Fräsen/Bohren bitte darauf achten, dass der Fräser unten ist, d.h.: nicht am Magneten eingerastet ist.

Konturen fräsen.

  • Maschine -> "Mit Maschine verbinden" klicken
  • Zu fräsendene .plt Datei öffnen.
  • Layer wählen unter: Bearbeitung -> wir wollen den "Contur"-Layer.
  • Staubi an.
  • evtl. Fräsproxxon einschalten.
  • Bearbeitung -> "Bearbeiten starten" klicken. Bitte eine Hand sicherheitshalber in der Nähe des Notaus-Tasters der Fräse verweilen lassen.
  • fertig bearbeiten lassen
  • Staubsauger aus.

Bohrlöcher körnen.

  • Bearbeitung -> PadDrill Layer anwählen
  • Bearbeitung -> "Anstatt Bohrer den Fräser benutzen, um Körnungen zu machen" aktivieren
  • Staubsauger an.
  • evtl. Fräsproxxon einschalten.
  • Bearbeitung -> "Bearbeiten starten".
  • fertig bearbeiten lassen
  • Staubsauger aus.

Bohrlöcher bohren.

  • Bearbeitung -> "Anstatt Bohrer den Fräser benutzen, um Körnungen zu machen" deaktivieren
  • Fräsenproxxon ausschalten und Bohrerproxxon einschalten
  • Bearbeitung -> "Bearbeiten starten" klicken
  • fertig bearbeiten lassen
  • Bohrproxxon ausschalten.

DOS-Seite

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 hart codiert. Die Steuerkarte benutzt die IO-Ports von 0x340 bis 0x346.

  • Fräsbox-DOS-Bootdiskette Version 1.0 (existiert)
  • Original-DOS-Treiber für die MPK3-Microstepkarte und andere mitgelieferte DOS-Tools (existiert)
  • Doku zum DOS-Treiber (existiert)

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
svn co http://wiki.neo-guerillaz.de/usvn/svn/Fraese

Username und Passwort sind "anonymous".

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 usw. Für jeden Arbeitsgang ist also ein Werkzeugwechsel nötig. Bei diesem Werkzeugwechsel ist Sorgfalt Pflicht!

Links am Z-Achsen-Schlitten befindet sich der 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 ausspannen, neues einspannen und Bohrmaschine wieder einspannen und schauen, 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, sodass der Fräskopf ein winziges Stückchen aus der Öffnung herausreicht. Die seitliche Metallschraube soll das Verdrehen des Plastikteils verhindern. Sie darf nicht zu fest geschraubt 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, sodass ein Neupositionieren häufig entfallen kann.

Da die Unterseite des Gravurtiefenreglers tiefer hängt als der Original-Halter, muss für den Bohrvorgang 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 auf das fertige Werkstück/Platine hat. Wenn die Platine nicht nahzu hunderprozentig plan eingespannt wird, kommt es zu fehlgeschlagenen Fräsversuchen. Physikalisch äußert sich das in verschieden breiten Isolationsbreiten beim Fräsen. Das zerstört die Leiterbahnen, die isoliert werden sollen. Die Isolationsbreite ist im Wesentlichen von der Eintauchtiefe des Fräsers abhängig. Ziel ist, dass der Fräser immer gleich tief in das Werkstück/die Platine eintaucht. Dies 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, dass sich jetzt die Platine in der Mitte hebt. Hier kann man die Platine nicht mal eben einspannen. Hier muss vorher die Platine leicht verformt werden, sodass 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 Frästisch 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 mit dem arbeiten weitermachen will. Es ist nahezu unmöglich, das Werkstück so weiter 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 Fräsen können, wenn man doch immer die gleiche Frästiefe braucht? Das Werkstück wird in so einer Vorrichtung nie plan sein. Umgekehrt kann man das Werkstück aber auch nicht auf den Frästisch spannen, denn kann man nicht mehr bohren. Aber es gibt eine Lösung für das Problem! Es gibt extra für das Isolationsfräsen einen sogenannten Tiefenregler. Dieser Tiefenregler wird vor den Isolationsfräser gebaut. Er sorgt dann dafür, dass der Fräser immer mit der gleichen Tiefe eintaucht, egal ob das Werktück jetzt ein bischen schief eingespannt ist oder sich druchbiegt, weil es in der Luft eingespannt ist. Mit diesem Tiefenregler bekommt man dann das Kunststück hin. Es muss jetzt nur noch einmal das Werkstück eingespannt werden, sodass man bohren und fräsen kann. Jetzt muss man nur das Werkzeug wechseln und kann mit dem nächsten Arbeitsgang weitermachen. Das Werkstück muss jetzt nicht mehr fehlerträchtig für den nächsten Gang umgespannt werden. Glücklicherweise haben wir einen solchen Tiefenregler.


Genauigkeit

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 die 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. Das Gleiche passiert auch bei einer zu starken 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

Eine der ersten Platinen
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, der den Bohrer oder Fräser versenkten und in den Stahlhimmel beförderte, 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 dem DIL-Raster basierten. Leider war es zum damaligen Zeitpunkt aus den oben beschriebenen Gründen noch nicht möglich, zwei Arbeitsgänge zu fahren. Deswegen fehlen auf der unten abgebildeten Platine die Bohrungen.