Стабілізація оборотів свердлувального верстата для свердління плат. Загальна інформація про свердлильні верстати. Свердлилка для друкованих плат Моторчик для свердління друкованих плат
Набридло свердлити плати ручною свердлилкою тому вирішено було виготовити невеликий свердлильний верстат виключно для друкованих плат. Конструкцій в інтернеті повним повно, на будь-який смак. Подивившись кілька описів подібних свердлилок, вирішив повторити свердлильний верстат на основі елементів від непотрібного, старого CD ROM'a. Зрозуміло, для виготовлення цього свердлильного верстата доведеться використовувати матеріали, що знаходяться під рукою.
Від старого CD ROM'a для виготовлення свердлильного верстата беремо тільки сталеву рамку зі змонтованими на ній двома напрямними та каретку, яка пересувається напрямними. На фото нижче все добре видно.
На рухомій каретці буде укріплено електродвигун свердлилки. Для кріплення електродвигуна до каретки було виготовлено Г-подібний кронштейн зі смужки сталі товщиною 2 мм.
У кронштейні свердлимо отвори для валу двигуна та гвинтів його кріплення.
У першому варіанті для свердлильного верстата було обрано електродвигун типу ДП25-1,6-3-27 з напругою живлення 27 і потужністю 1,6 Вт. Ось він на фото:
Як показала практика, цей двигун слабенький для виконання свердлильних робіт. Потужності його (1,6 Вт) недостатньо-при найменшому навантаженні двигун просто зупиняється.
Ось так виглядав перший варіант свердлилки з двигуном ДП25-1,6-3-27 на стадії виготовлення:
Тому довелося шукати інший електродвигун-потужніший. А виготовлення свердлилки зупинилося.
Продовження процесу виготовлення свердлильного верстата.
Через деякий час потрапив до рук електродвигун від розібраного несправного струминного принтера Canon:
На двигуні немає маркування, тому його потужність невідома. На вал двигуна насаджено сталеву шестерню. Вал цього двигуна має діаметр 23 мм. Після зняття шестерні, на вал двигуна був одягнений цанговий патрончик і зроблено кілька пробних свердлінь свердлом діаметром 1 мм. Результат був обнадійливим - «принтерний» двигун був явно потужніший за двигун ДП25-1,6-3-27 і вільно свердлив текстоліт товщиною 3мм при напрузі живлення 12 В.
Тому виготовлення свердлильного верстата було продовжено.
Кріпимо електродвигун за допомогою Г-подібного кронштейна до рухомої каретки:
Основа свердлильного верстата виготовлена зі склотекстоліту завтовшки 10мм.
На фото – заготовки для основи верстата:
Для того, щоб свердлильний верстат не сміявся по столу під час свердління, на нижній стороні встановлені гумові ніжки:
Конструкція свердлильного верстата-консольного типу, тобто рамка, що несе, з двигуном закріплена на двох консольних кронштейнах, на деякій відстані від основи. Це зроблено для того, щоб забезпечити свердління доволі великих друкованих плат. Конструкція ясна з ескізу:
Робоча зона верстата, видно білий світлодіод підсвічування:
Ось так реалізовано підсвічування робочої зони. На фото спостерігається надмірна яскравість освітлення. Насправді-це помилкове враження (це блищить камера)- насправді все виглядає дуже добре:
Консольна конструкція дозволяє свердлити плати шириною не менше 130 мм та необмеженою (у розумних межах) довжиною.
Вимір розмірів робочої зони:
На фото видно, що відстань від упору в основу свердлильного верстата до осі свердла становить 68мм, що забезпечує ширину оброблюваних друкованих плат не менше 130мм.
Для подачі свердла вниз при свердлінні є натискний важіль-виден на фото:
Для утримання свердла над друкованою платою перед процесом свердління і повернення його у вихідне положення після свердління служить зворотна пружина, яка надята на одну з напрямних:
Система автоматичного регулювання обертів двигуна в залежності від навантаження.
Для зручності користування свердлильним верстатом було зібрано та випробувано два варіанти регуляторів частоти обертання двигуна. У первісному варіанті свердлилки з електродвигуном ДП25-1,6-3-27 регулятор було зібрано за схемою з журналу Радіо №7 за 2010 рік:
Цей регулятор працювати як годиться не захотів, тому був безжально викинутий у сміття.
Для другого варіанта свердлувального верстата, на основі електродвигуна від струминного принтера Canon, сайті котів-радіоаматорівбула знайдена ще одна схема регулятора частоти обертання валу електродвигуна: 
Цей регулятор забезпечує роботу електродвигуна у двох режимах:
- За відсутності навантаження або, тобто, коли свердло не стосується друкованої плати, вал електродвигуна обертається зі зниженими оборотами (100-200 об/хв).
- При збільшенні навантаження на двигун регулятор збільшує оберти до максимальних, забезпечуючи тим самим нормальний процес свердління.
Регулятор частоти обертання електродвигуна, зібраний за цією схемою, запрацював відразу без налаштування. У моєму випадку частота обертання на холостому ході становила близько 200 об/хв. У момент торкання свердла друкованої плати-обороти збільшуються до максимальних. Після завершення свердління цей регулятор знижує обороти двигуна до мінімальних.
Регулятор оборотів електродвигуна був зібраний на невеликій друкованій хустці:
Транзистор КТ815В має невеликий радіатор.
Плата регулятора встановлена в задній частині свердлильного верстата:
Тут резистор R3 номіналом 3,9 Ом замінили на МЛТ-2 номіналом 5,6 Ом.
Випробування свердлильного верстата пройшли успішно. Система автоматичного регулювання частоти обертання валу електродвигуна працює чітко та безвідмовно.
Невеликий відеоролик про роботу свердлувального верстата.
Ех, давно я сюди нічого не писав. Мабуть, настав час відроджувати тему "очумілих ручок", якраз накопичилося кілька проектів різного ступеня завершеності по радіоелектроніці. Ну, приступимо.Гадаю, кожен радіоаматор має інструмент для свердління отворів у друкованих платах. Я особисто використовую двигун ДПМ-35-Н1-02 із набором цанг, підключений до адаптера на 18 вольт. Однак дещо в цій системі мене не влаштовувало, а саме відсутність можливості плавно регулювати оберти двигуна. Часом, для дуже тонкої роботи або щоб уникнути «биття» свердла або фрези, хочеться трохи зменшити швидкість обертання валу, та й верхню межу зробити більше не завадить, все ж таки 30-тивольтовий двигун. Хочеться – зробимо. Після пари-трійки вечорів з комп'ютером та паяльником вийшло приблизно таке.
Готовий виріб живиться від побутової електромережі, поєднує в собі блок живлення, стабілізатори напруги для силових та сигнальних ланцюгів та ШІМ-контролер, зібраний на базі таймера NE555. Чому саме ШІМ? Звичайно ж, обороти двигуна можна плавно змінювати, застосовуючи регульований параметричний стабілізатор, або дуже потужний реостат, але втрати потужності і нагрівання елементів схеми при цьому будуть абсолютно неприйнятними. Якщо є бажання дізнатися більше про предмет, рекомендую звернутися до відповідних матеріалів за принципами ШІМ в мережі. У двох словах, широтно-імпульсна модуляція дозволяє досягти більшої економічності та мізерного тепловиділення. Тому основним вузлом схеми є 555-й таймер, що працює в режимі генератора прямокутних імпульсів, з регульованим відношенням тривалості їх до шпаруватості. До виходу таймера через транзисторний драйвер підключено затвор ключа, що комутує силові ланцюги.
Як видно, шляхом невеликих модифікацій схема може бути перероблена для управління будь-якими навантаженнями постійного струму з широким діапазоном потужностей, від кімнатного вентилятора до електропечі. Необхідно лише забезпечити навантаження відповідним джерелом живлення, і підібрати силовий ключ на потрібні значення напруги і струму.
Загалом розглянемо роботу схеми. Блок живлення трансформаторний даному випадкутороїд, 220 на 35 вольт), містить випрямляч VDS1 і конденсаторний фільтр C1-C2. Потім, за допомогою стабілізатора LM338T, формується живлення електродвигуна 30 вольт (обрізання всього 3-5 вольт не накладає додаткові обмеження на вихідний струм мікросхеми і майже не розігріває її), і за допомогою L7812 - 12 вольт живлення для таймера і драйвера ключа. Частотозадающий конденсатор C10 підключений до порогового виведення 6 таймера таким чином, що відношення часу його заряду до часу розряду, а отже, і тривалості імпульсів на виведенні 3 до їх шпаруватості, задається дільником на змінному резистори R3 і парою діодів VD2-VD3. Резистор R4 служить для виключення короткого замикання між плюсом живлення і виведенням 7 таймера розряду при крайньому положенні змінного резистора. З третього виведення таймера отримані імпульси надходять у драйвер на комплементарній парі транзисторів T1 і T2: BD139-BD140. Драйвер служить для посилення сигналу та забезпечення форсованого відкриття/закриття силового MOSFET T3. В принципі, можна було обійтися і без драйвера, «підтягнувши» вихід NE555 до плюсу живлення через резистор кілоомний — все ж тут схема однотактна, і частота порівняно невелика. Нам не такі важливі тимчасові характеристики та стабільність спрацьовування ключа «з точністю до міліметра», та й власна ємність затвора ключа невелика. Однак схема розроблялася як універсальне рішення, для застосування її надалі як регулятор різних навантажень, тому драйвер я все ж залишив. Далі посилений сигнал подається на затвор польовика, що комутує силову лінію. Мною обраний IRF530 виключно за мізерну ціну і за те, що з меншим робочим струмом у наявності були польовики тільки в «безногих» корпусах, а зв'язуватися з SMD у цьому виробі не хотілося. А так 14 ампер за очі вистачає – ДПМ споживає 700мА максимум. Чим менша тривалість керуючих сигналів, а отже і імпульсів на движку, тим нижча швидкість його обертання, і навпаки. Ось загалом і всі основні елементи схеми. Захисний діод на виході - про всяк випадок, світлодіоди для контролю напруг у силовій та сигнальній частинах схеми. Якщо виникнуть проблеми зі стабільністю швидкості обертання двигуна, можна встановити паралельно вихідним клем конденсатор на чверть мікрофаради, правда при цьому діапазон регулювання злегка звузиться, але це вже на ваш розсуд, я особисто ставити не став. 
Так виглядає друк. Файл для Spring Layot додається наприкінці статті. Дзеркати перед роздруком не треба. Габарити плати 190х75 мм. Розведена спеціально під радіатор, що є у мене.
Що можна спростити? Не рекомендую, але можна зменшити кількість фільтруючих електролітів, викинути драйвер, захист та світлодіоди. Ще можна ліквідувати блок живлення, якщо навантаження має свій. Далі спрощувати вже нема куди. 
Так виглядає зовні плата та готовий пристрій. Радіаторів у мене купа, тому на них економити не став, хоча практичні випробування показують, що додаткового тепловідведення немає потреби.
Далі вже "косметика": помістити плату в корпус, вивести на "морду" ручку змінника та роз'єм для підключення двигуна. У мене нічого компактнішого за COM-івські DB09 в коморі не знайшлося, тому довелося використовувати їх. Який-небудь міні-джек виглядав би набагато симпатичніше. На задній стінці мережевий вимикач та провід з вилкою. Додатковий вимикач розміщений безпосередньо на корпусі двигуна для швидкої зупинки.
Звичайно про компактність тут говорити не доводиться - важка цегла вийшла, але не слід забувати, що цей готовий виріб «включив і працюй», до того ж найпростішої конструкції та зібраний з дешевих комплектуючих. При бажанні, застосовуючи SMD деталі та безтрансформаторний блокхарчування, можна вкластися в габарити пачки сигаретної, проте вартість і складність такого блоку будуть такими, що простіше придбати вже готовий, фабричний.
Ходові випробування свердлилка пройшла на відмінно: обороти плавно регулюються від 100% до 10%, момент на валу рівний, без просідання. Після тривалої роботи, майже всі елементи схеми залишаються холодними, крім 7812 — трохи тепла.
Загалом кому треба користуйтеся на здоров'я. Якщо виникнуть якісь питання, пишіть тут, подумаємо.
Ах так, ціна питання по кошторису виходить близько 400 рублів, якщо купувати всі деталі за ринковою ціною. Чи треба говорити, що більше половини запчастин діставалося із загашників і нічого не коштувало.
І, насамкінець, архів з печаткою та специфікацією.
Доповнення з питань із коментів. Про всяк випадок, розписував досконально, чи мало :)
Давай по-порядку:
1) Як організувати плавний запуск двигуна?
Для реалізації плавного запуску скористаємося функцією control voltage, що є в таймері NE555. Однойменний висновок таймера, за номером 5, дозволяє управляти опорною напругою компаратора, що використовується при заряді-розряді конденсатора, що задає час. Номінально, опорна напруга становить 2/3*Uпит, але подаючи на 5 ногу мікросхеми напруга від 0 до Uпит, ми можемо змінювати цей поріг на власний розсуд. Що при цьому відбувається? Не вдаючись у подробиці, конденсатор, що задає час заряджається до тих пір, поки напруга на ньому не досягне порога спрацьовування компаратора, після чого включається ланцюг розряду. Якщо збільшити значення порога, то «зуб'я пилки» на конденсаторі стануть ширшими і рідшими — відповідно ширина імпульсів на виході таймера також збільшиться, якщо поріг зменшити, ширина «зуб'їв» також зменшиться — імпульси на виході стануть уже. Причому цей ефект хіба що накладається ті зміни коефіцієнта заповнення ШИМ, що ми задаємо змінним резистором, і має ними вищий пріоритет.
Що ж, значить нам потрібно, щоб напруга на 5-му виведенні таймера плавно наростала від нуля до 2/3 * Uпит за деяку величину часу Т, що визначає тривалість плавного старту.
Найпростіше це реалізувати за допомогою RC ланцюжка. Як ми пам'ятаємо з курсу фізики, напруга на конденсаторі зростає не миттєво, а поступово в міру його заряду. Для визначення часу заряду існує величина Т - постійна часу заряду конденсатора. Т обчислюється за формулою Т=R*C, де R — опір резистора, послідовно включеного з конденсатором, а С — ємність цього самого конденсатора. За час Т, конденсатор встигає зарядитися на 63%, відповідно і величина напруги між його обкладками досягне 63% від прикладеного ззовні. За час 3*Т конденсатор заряджається на 95%. У нашому випадку, у розрахунках ми «відштовхуватимемося» від величини Т, оскільки їй відповідає найбільш крута ділянка кривої заряду/розряду конденсатора, а отже найбільш яскраво виражений вплив на тривалість періоду м'якого старту.
Таким чином, нам потрібно підключити наш RC ланцюжок так, щоб з верхньої обкладки конденсатора знімати напругу на 5 ногу таймера, нижню обкладку заземлити, а резистор ланцюжка підключити до джерела напруги, величина якого дорівнює такій у ІОН компаратора NE555, тобто двом третинам від напруги харчування. Оскільки величина опорної напруги визначається лише простим співвідношенням, а не конкретним паспортним значенням, це сильно полегшує нам життя — не потрібно переживати з приводу коливань напруги живлення, городити стабілізатор на стабілітроні, досить простого резистивного дільника. Резистори дільника повинні мати опори щодо один до двох, наприклад, 5 і 10 кілоом. Резистор RC ланцюжка одним висновком підключаємо на середню точку дільника, а другим на верхню обкладку конденсатора. Краще відразу поставити підстроювальний резистор, щоб мати можливість плавно змінювати тривалість перехідного процесу. Наприклад, використовуючи 50 кОм підстроєчник і 100 мкФ конденсатор, отримаємо діапазон регулювання від 0,5 до 5,5 с. "Зайві" півсекунди з'являються за рахунок того, що в ланцюгу заряду конденсатора бере участь також резистор верхнього плеча дільника, номіналом 5 кОм. Якщо така величина нижньої межі регулювання не влаштовує і хочеться поменше, зменшуємо або ємність конденсатора, або опір плечей дільника (пропорційно). Але скажу відразу - для електродвигуна перехідний процес менш ніж півсекунди буде практично непомітний, тому що його повністю «зжере» інерція спокою якоря. Якщо регулювання не потрібне, ставимо постійний резистор на розрахунковий номінал, а саме, у нашому випадку, на кожні 10 ком ~ 1 секунда часу заряду.
В принципі вже можна залишити все як є, і плавний старт працюватиме, але тут є один неприємний нюанс. Припустимо, ми подали живлення сигнальну частину схеми, конденсатор повністю зарядився, і двигун плавно вийшов номінальні обороти. Що буде, якщо вимкнути живлення таймера? Двигун почне зупинятися вибігом, а конденсатор RC ланцюжка почне плавно розряджатися через змінний резистор та нижнє плече дільника. Засідка тут у тому, що час розряду буде навіть більшим, ніж час заряду, оскільки резистор нижнього плеча має вдвічі більший опір, ніж верхній резистор. Відповідно, якщо тепер ми знову включимо таймер, не почекавши деякий час, то перехідний процес почнеться не з нуля, а з певного значення напруги на конденсаторі, до якого він встиг розрядитися. Тому необхідно передбачити спосіб швидкого розряду конденсатора. Найпростіше, що можна зробити, це поставити діод паралельно змінному резистори, анодом до кондера. Таким чином, заряд йде через резистор, а при розряді цей резистор шунтується діодом і час розряду залежить тільки від номіналу нижнього плеча дільника. А вже за секунду (при номіналі 10 кОм), вал двигуна не встигне повністю зупинитися, тому короткочасне увімкнення/вимкнення ніяких ривків не створить.
Остаточний варіант частини схеми, що реалізує плавний запуск, вийде таким:
(Все інше залишається як в основній схемі).
Плату під цю справу перерозводимо самі, це не складно.
2) Як зробити включення/вимкнення навантаження за низьковольтною схемою. Тут якраз простіше нікуди. Найправильніше місце, куди варто врізати вимикач, що забезпечує при цьому найменші витоку при вимкненому низьковольтному навантаженні, це після діода VD1 (за схемою). Але слід врахувати, що у цій точці потенціал високий, за схемою 30 вольт. Також можна поставити кнопку після LM7812 (там буде вже 12 вольт), але при цьому навіть у вимкненому стані схема споживатиме невеликий струм - струм холостого ходу стабілізатора. Є ще менш економічні точки установки вимикача: можна встановити його «в розрив» у будь-якому місці між 3-м виведенням NE555 та затвором транзистора Т3, або в тому ж проміжку, але замикаючи «на землю». При цьому генератор таймера працюватиме, але імпульси з виходу не доходитимуть до затвора транзистора. Але це вже з розряду "шкідливих порад". :)
І особняком, останній варіант: все ж таки поставити вимикач у високовольтному ланцюгу. Тут основний недолік у тому, що при включенні / відключенні індуктивного навантаження, якою є обмотка електродвигуна і навіть просто довгі дроти, утворюються сплески напруги, тому захисний діод VD4 у схемі обов'язковий. За те є одна велика перевага: коли споживач знаходиться на відстані від блоку управління, можна розмістити кнопку включення/вимкнення прямо поруч з ним, не підтягуючи додаткових проводів. Саме так я і зробив на своїй свердлилці - кнопка прямо під пальцем, на корпусі мікродриля, щоб оперативно зупинити її, не нашаруючи вимикач на блоці.
Не рекомендую використовувати всі установки кнопок крім першого і другого. До речі, решта не дозволяють використовувати вищеописану схему плавного старту.
І ще такий момент, який я не відобразив в основній схемі та її описі в силу того, що в ній силова та сигнальна частини включаються та вимикаються строго одночасно.
Затвор польового транзистора слід підтягнути до землі резистором на 50 - 100 кОм. Це потрібно для того, щоб без керуючих сигналів з генератора, полевик залишався надійно закритим. Якщо підтяжку не зробити, то на затвор може навестися перешкода з навколишнього ефіру (наприклад, наведення високовольтної частини схеми), і полівик мимоволі відкриється або зависне у напіввідкритому стані. При цьому між витоком і стоком вийде еквівалент резистора з якимось опором, струм навантаження розігріє транзистор і спалить його. Підтяжка до землі потрібна як при використанні драйвера, так і без нього - при такій підтяжці виходу таймера до плюсу живлення резистором. Слід лише виконувати умову, щоб номінал «верхнього» резистора був на порядок-два нижчим за «нижній». Також не забуваємо про струмообмежуючий резистор перед затвором польовика, номіналом 50-100 Ом. Це знизить навантаження на драйвер та генератор. Схеми обох варіантів нижче.
Працюючи з вивідними компонентами доводиться виготовляти друковані плати з отворами, це, мабуть, одна з найприємніших частин роботи, і, здавалося б, найпростіша. Однак, дуже часто при роботі мікродриля доводиться то відкласти убік, то знову взяти її в руки, щоб продовжити роботу. Мікрорель розташована на столі у включеному стані створює досить багато шуму через вібрацію, до того ж вона може злетіти зі столу, а найчастіше і двигуни пристойно нагріваються при роботі на повну потужність. Знову ж таки, через вібрацію досить важко точно прицілюватися при засвердліванні отвору і нерідко буває так, що свердло може зісковзнути з плати і зробити борозну на сусідніх доріжках.
Вирішення проблеми напрошується таке: потрібно зробити так, щоб мікродриль мала маленькі оберти на холостому режимі, а при навантаженні частота обертання свердла збільшувалася. Таким чином, потрібно реалізувати наступний алгоритм роботи: без навантаження – патрон крутиться повільно, звело потрапило в кернення – обороти зросли, пройшло наскрізь – обороти знову впали. Найголовніше, що це дуже зручно, по-друге, двигун працює в полегшеному режимі, з меншим нагріванням і зносом щіток.
Нижче наведено схему такого автоматичного регулятора оборотів, виявлену в інтернеті та трохи доопрацьовану для розширення функціоналу:
Після збирання та тестування з'ясувалося, що під кожен двигун доводиться підбирати нові номінали елементів, що зовсім незручно. Також додали розрядний резистор (R4) конденсатора, т.к. з'ясувалося, що після відключення живлення, а особливо при відключеному навантаженні, він розряджається досить довго. Змінена схема набула наступного вигляду:
Автоматичний регулятор обертів працює наступним чином - на холостих обертах свердло обертається зі швидкістю 15-20 обертів/хв., як тільки свердло стосується заготівлі для свердління, оберти двигуна збільшуються до максимальних. Коли отвір просвердлено і навантаження на двигун слабшає, оберти знову падають до 15-20 оборотів/хв.
Зібраний пристрій виглядає так:
На вхід подається напруга від 12 до 35 вольт, до виходу підключається мікродриль, після чого резистором R3 виставляється необхідна частота обертання на холостому ході і можна приступати до роботи. Тут треба сказати, що з різних двигунів регулювання буде відрізнятися, т.к. у нашій версії схеми було скасовано резистор, який потрібно підбирати для встановлення порога збільшення обертів.
Транзистор Т1 бажано розміщувати радіаторі, т.к. при використанні двигуна великої потужності може досить сильно нагріватися.
Ємність конденсатора C1 впливає на час затримки увімкнення та відключення високих оборотів і вимагає збільшення якщо двигун працює ривками.
Найважливішим у схемі є номінал резистора R1, від нього залежить чутливість схеми до навантаження та загальна стабільність роботи, до того ж через нього протікає майже весь струм, споживаний двигуном, тому він має бути досить потужним. У нашому випадку ми зробили його складовим, із двох одноватних резисторів.
Друкована плата регулятора має розміри 40 х 30 мм і виглядає так:
Завантажити малюнок плати у форматі PDF для ЛУТ: "завантажити"(Під час друку вказуйте масштаб 100%).
Весь процес виготовлення та збирання регулятора для мінідрелі займає близько години.
Після травлення плати та очищення доріжок від захисного покриття (фоторезиста або тонера, залежно від обраного методу виготовлення плати) необхідно засвердлити в отворі плати під компоненти (зверніть увагу на розміри висновків різних елементів).
Потім доріжки та контактні майданчики покриваються флюсом, що дуже зручно робити за допомогою флюс-аплікатора, при цьому достатньо флюсу СКФ або розчину каніфолі у спирті.
Після лудіння плати розставляємо та припаюємо компоненти. Автоматичний регулятор обертів для мікродриля готовий до експлуатації.
Цей пристрій було перевірено з кількома видами двигунів, парою китайських різної потужності, і парою вітчизняних, серії ДПР і ДПМ - з усіма типами двигунів регулятор працює коректно після підстроювання змінним резистором. Важливою умовою є щоб він був у стані, т.к. поганий контакт щіток з колектором двигуна може викликати дивну поведінку схеми та роботу двигуна ривками. На двигун бажано встановити конденсатори, що іскрогасять, і встановити діод для захисту схеми від зворотного струму при відключенні живлення.
Здоров'я всім читачам Муськи!
Завдяки цьому чудовому сайту обзавівся безліччю корисних речей та знань і у відповідь вирішив написати перший звіт про нещодавно розроблений пристрій. У процесі розробки пристрою зіткнувся з низкою проблем і успішно вирішив їх. Можливо, комусь із колег-новачків опис деяких рішень допоможе у творчості.
Для виготовлення друкованих плат обзавівся мікродрилем і стійкою для неї, що перетворює дриль на свердлильний мікроверстат. Необхідність цього виникла після купки переламаних свердл 0.5-1мм при використанні в шуруповерті та китайському дрімелі. Але, як виявилося, користуватися таким інструментом без регулятора обертів неможливо. Регулятор вирішив зробити самостійно, принагідно отримавши нові знання.
Радіоаматорський досвід у мене невеликий. У дитинстві за книгою Борисова зібрав кілька приймачів та моргалок на мультивібраторах. Потім пішли інші захоплення та справи.
А тут з нагоди помітив Arduino, хвацько вивів макетів метеостанцій, роботів, і захотілося автоматизувати за допомогою мікроконтролерів все, до чого дістануся. Розміри контролерів йшли за зменшенням розмірів і полегшення вбудовування - Arduino UNO, Arduino Pro Mini, потім купка ATMega328P, і для найдрібніших і найпростіших пристроїв придбав ATtiny85.
Тіньки купував більше року тому і вони лежали і чекали на свою чергу.
Скріншот замовлення
(Там ще термоусадка в замовленні була, тому загальна ціна вища)
МК приїхали як завжди в пакеті з пухирцем, самі купкою в окремому поліетиленовому пакетику. Краще б, звичайно, в жорсткій коробці або в пінку, але й так нічого не погнулося і всі робітники.
Спочатку паяв схемки на макетних платах, але почитавши про ЛУТ, зрозумів, що цілком реально і набагато зручніше все збирати на нормальних друкованих платах.
Також потроху почав збирати корисний інструмент, серед якого виявилася мікродерючка МД-3 з цанговим патроном і верстатом для свердління дрібних отворів. Можна було б звичайно купити тільки цангу, а двигун звідкись виколупати, але вирішив придбати готове в місцевому магазині.
Друкуємо на лазернику малюнок на глянцевому фотопапері Lomond для струминного друку. Але пхати в новий принтер зовсім не призначений для нього папір було стрімко. Знайшов у мережі попередження, що глянсове покриття струминного паперу може розплавитись, прилипнути до печі та загробити принтер. Для впевненості провів експеримент - покатав по поверхні цього паперу нагрітий до 200С паяльник (точну температуру пічки так і не знайшов, але близько того), папір трохи покоробився, але нічого не плавилося і не прилипало - отже можна і в принтер.
Напрасував малюнок на плату, змив папір. На платі залишився дуже якісний малюнок провідників і глянсовий шар паперу, що прилип. Автор технології рекомендував видаляти його не сильно липкою ізолентою, але як я не намагався, або глянець нітрохи не видалявся, або разом із ним відривалися провідники. Написи теж одразу на ізоленту перейшли. Намучившись, узяв шило, і, подряпавши між провідниками, здер майже весь глянець. Справа тонка і втомлива, треба щось вигадувати. Потім, роблячи другу та третю плати, шукав спосіб позбутися проклятого глянцю, але друк ні на журнальній сторінці, ні на основі самоклейки не давали такої якості малюнка, доріжки розпливалися чи відвалювалися. Зате зрозумів, що й глянець фотопаперу зчищати під нуль не обов'язково - досить хоч трохи подряпати між доріжками для доступу розчину до міді, а подекуди стравилося і без подряпин, крізь глянець.
Труїти мідь вирішив розчином перекису водню та лимонної кислоти як найбільш доступним складом. Можливі варіанти хімії для травлення з розрахунками можна подивитися тут
Перекис взяв з аптечки, куплена була 3 роки тому, термін придатності вийшов 2 роки як, думав вже видихнулася і працювати взагалі не буде. Однак помилився, плату протруїло дуже бадьоро - хвилини за три. Ось результат: 
Одна доріжка постраждала від дряпання шилом, її відновив відкусаним висновком резистора. Плюс незначні дірки від спроби застосування ізоленти. Треба обзавестися відповідним маркером, а поки де зміг підмастити лаком.
Плату залудив паяльником із застосуванням обплетення. Напаяв деталі. 
Високі латунні стійки вкручені в один одного з обох боків плати через отвори кріплення - зручна штука, можна плату без корпусу під час монтажу і налагодження ставити на стіл будь-якою стороною не побоюючись чогось пом'яти або замкнути.
З найбільш трудомісткого було підлізти та припаяти вивідні світлодіоди з боку провідників. Як лицьову сторону вирішив використати бік паяння, т.к. на ній висота деталей набагато менша, а пропуск крізь плату вала змінного резистора зменшує його довжину до потрібної.
Конденсатор C2 на схемі підключений до Reset запаювати не став, т.к. він хоч і підвищує надійність запуску пристрою, але при перепрошивці МК може збожеволіти.
Мікроконтролер запаював в останню чергу, перед цим підключивши плату до БП та переконавшись, що нічого одразу не вигорить і стабілізатор видасть штатні 5В. Нічого не задимилося і тому підключаємо на штирі ICSP програматор та заливаємо тестову прошивку.
Прошивку для пристрою будемо писати у знайомому багатьом середовищі програмування Arduino, попередньо додавши до неї підтримку мікроконтролерів ATtiny, завантаживши та розпакувавши їх у папку Arduino/hardware.
Тестовий скетч (наводити сенсу не бачу) просто зчитував стан вхідних сигналів і відображав їх на вихідних з підключеними світлодіодами. Т.к. вхідних у нас 4 канали, а вихідних лише 2, довелося провести перевірку у кілька етапів.
Все запрацювало як і очікувалося, за винятком одного - не читалася кнопка, підключена до одного каналу із зеленим світлодіодом, а світлодіод горів помітно яскравіше за червоний. Виміри тестером показали, що у стані PB0 як вихід через світлодіод тече понад 20мА і падає всього 2.1В. А в стані входу з внутрішньою підтяжкою на нозі всього 1.74 при відпущеній кнопці і 0.6 при натиснутій. Не дивно, що постійно читається 0. Низьковольтний зелений світлодіод навіть не світячись при протіканні мікроамперного струму просаджував напругу на нозі. Тепер зрозуміло для чого у вихідній статті послідовно підключали два світлодіоди.
Але ставити другий світлодіод світити всередину коробки тупо як баласт (і на лицьовій панелі 2 однакових теж не потрібні) видалося дещо кривим рішенням. Задумався як ще можна підняти напругу в ланцюзі світлодіода і згадав про ВАХ стабілітрона. Якщо підключити послідовно зі світлодіодом зустрічно йому стабілітрон на 2В (щоб працював штатно, на зворотній гілці ВАХ), то вийде саме те, що нам треба. Коли горить світлодіод на струмі 10мА - стабілітрон пробивається і не заважає протіканню струму, а лише стабілізує напругу, що падає на ньому, на заданому рівні. Потрібно лише замінити струмообмежуючий резистор, з розрахунку, що необхідно вже придушити напругу Uрез=5В-2.1В-2.0В=0.9В на 10мА, тобто. R=90 Ом. А коли нога переключена на вхід з підтяжкою - завдяки крутості гілки ВАХ до моменту пробою переходу, стабілітрон еквівалентний високоомному резистори і на ньому впаде знову ж таки близько 2В, піднявши напругу на нозі МК при відпущеній кнопці до 4В, що вже прочитається як TRUE. При натисканні кнопки нога виявиться підтягнутою до 5В внутрішнім резистором опором близько 40КОм (за моїми розрахунками), а землі - резистором 5КОм (який зашунтує ланцюг світлодіода), тобто. на ній буде ті ж 0.6В і вважається FALSE.
Підпаяв стабілітрон навісом послідовно з резистором і кнопка заробила як слід.
Тепер настала черга перевірки роботи ШІМ і тут також виникли проблеми. Стандартна Ардуїнська команда AnalogWrite(нога, заповнення) працювати не хотіла. Значить щось не так із бібліотекою для тіньки. Поліз шерстить даташит на МК та простори інтернету.
З'ясувалося цікаве:
- на висновки 5, 6 (PB0, PB1) можуть бути виведені 2 канали ШІМ (OC0A, OC0B), що працюють кожен зі своєю уставкою заповнення (але однаковою частотою) від Таймера 0;
- на висновки 2, 3 (PB3, PB4) може бути виведений третій канал ШІМ, що працює від Таймера 1, причому на ногу 3 може бути виведений прямий сигнал ШІМ (OC1B), а на ногу 2 - його інверсна версія (/OC1B). Але висновок йде або тільки на 3 ногу, або на обидві одночасно. А нам треба ШИМ на 2 нозі, хоча б інверсний (програмно його інвертуємо назад), так що доведеться конфігурувати виведення на 2 та 3 ноги, і на 3 сигнал не пройде лише тому, що вона оголошена входом.
Так ось, наскільки я зрозумів, у пакеті підтримки ATtiny для Ардуїно канал ШІМ від Таймера 1 може виводитися тільки на ногу 3. Мабуть, висновок його ж інверсної версії вважали за надмірність. Доведеться налаштувати таймер і ШІМ самостійно (див. код, функція PWM3_init) замість використання AnalogWrite.
Ще зауважив, що при перенастроюванні Таймера 1 збивається робота функції millis() – виявляється, за умовчанням для внутрішніх годин використовується Таймер 1. Але можна переналаштувати час на Таймер 0 за допомогою макровизначення у файлі Arduino\hardware\tiny\cores\tiny\core_build_options. h
/* Для різних умов, Timer 1 є найкращим вибором для таймера "Милис" на "85 процесор. */ #define TIMER_TO_USE_FOR_MILLIS 0
Чим ми й скористаємося, оскільки Таймер 0 у цьому проекті якраз повністю вільний.
Також виникло питання щодо діапазону уставки оборотів, що читається зі змінного резистора. Автор вихідної схеми додав послідовно зі змінником 10K постійний резистор 36K, мабуть з розрахунку, щоб код АЦП вписався в діапазон 0-255. Реально вийшло 0-230, до того ж максимум плавав. А хотілося б саме 0-255 для відповідності повної шкали уставки із 8-бітним ШИМом. Для цього я випаяв постійник і замінив перемичкою на +5В, АЦП став читати весь діапазон, а 4 молодших біти відкидаємо програмно. І навіщо була потрібна зайва деталь?
Після тестових випробувань каналів введення виводу завантажуємо в мікроконтролер бойову прошивку, написану на С в середовищі Arduino за мотивами вихідників на Бейсику автора вихідної схеми.
Текст програми
// Attiny85 at 1MHz // Не забути задати таймер 0 для millis та ін! // Arduino\hardware\tiny\cores\tiny\core_build_options.h -> TIMER_TO_USE_FOR_MILLIS 0 #include
Підключаємо як шунт 5 ватний резистор 2.2 Ом. Для захисту схеми від індуктивних викидів напруги на задньому фронті ШІМ підключаємо паралельно двигуну діод Шоттки SS34, а для придушення перешкод від комутації обмоток - конденсатор 100нФ. І починаємо випробування з керування мотором дрилі.
Відразу дістає зубодробильне виття ШИМу на 4КГц (1МГц/256). Додаємо налаштування дільника /4 - відразу полегшало, хоча писк нікуди не подівся, але 1КГц чомусь переноситься набагато легше навіть за тривалої роботи.
У ручному режимі обороти двигуна нормально регулюються 0-100%, а в автоматичному АЦП ланцюга зворотного зв'язку постійно читає MAX значення і нічого не працює. Принагідно зауважую, що плата голосно пищить навіть при відключеному моторі. WTF?
Беремо тестер, відкопуємо осцилограф і починаємо вивчати, що ми видаємо і чого отримуємо. І кидаємо щелепу. На шунт замість пологих хвиль струму через індуктивність на початку імпульсів ШИМ бачимо голки в десятки вольт. Значить, через шунт тече імпульсний струм до десятка ампер! Причому навіть за відключеного двигуна. Не дивно, що плата задзвеніла. Але що замикає ланцюг без двигуна? Крихітний конденсатор 100нФ! Перешкоди при комутації обмоток він може й придушити, а поки що влаштовує короткочасне КЗ на кожному періоді ШІМ! Висновок - завадодавний конденсатор не сумісний з ШИМ управлінням і контролем за допомогою шунта, треба прибирати.
І тут до мене доходить, що ці високовольтні викиди йдуть майже прямо на АЦП тіньки (бо тут амплітудний детектор, то конденсатор на нозі заряджається до максимальної напруги в голці і благополучно зберігає його, тому що розряд тільки через витік діода) . Тінька начебто поки що помирати не збирається, але що з її ногою? Прилади показують постійну напругу на нозі 5.2В, вище напруги живлення, але куди поділося інше? Згадуємо - для боротьби з перенапругами в ньому є спеціально навчені діоди на "+" і "-" харчування, що наповнюють надлишок у БП. Але вбудовані діоди кволі і сильно розраховувати на них не варто.
Забираємо рис конденсатор, міряємо ногою напруги - працює! Надійні МК робить Atmel! Мабуть, врятувало, що ємність конденсаторів невисока була, трохи заряду прокачували.
Без конденсатора голки зникли, плата перестала музикувати, нога начебто реально міряє амплітуду струму ШІМ імпульсу. Запускаємо процедуру налаштування та пробуємо свердлити. Начебто все як треба - при навантаженні додає обертів, при виході свердла скидає. Але не тільки – кілька разів на хвилину мимоволі без навантаження розганяється та гальмується. Чому незрозуміло, прилади нічого не показують. Чи то нога підгоріла, чи ємність проводів генерує непомітні голки як той кондер, чи перешкоди від того ж колектора лізуть.
Тут вирішив боротися з проблемою кардинально, бо звернув увагу, що в жодній схемі більше піковий детектор не використовується. Навпаки скрізь контролюється інтегральне значення струму, пропущене через RC-фільтри. І такі виміри якраз нечутливі до перешкод у вигляді поодиноких викидів. Змінюємо діод на резистор – і амплітудний детектор перетворюється на ФНЧ.
Змінюване АЦП напруга впала відразу на порядок - напруга, що діє, набагато нижче амплітудного у разі сигналу у вигляді пологих хвиль з паузами між ними. Ловити довелося напруга близько 0.2 У. Можна було збільшити опір шунта, але чи тому ми городили ШИМ, щоб гріти атмосферу. А ще при великому заповненні ШІМ та навантаженні на мотор можна отримати перенапругу. Тому доведеться працювати з низьким U неодруженого ходу.
Реакція на навантаження також сповільнилася. Розгін починається приблизно через півсекунди, але великої проблеми в цьому не бачу - саме свердло виставиться і пройде мідь на малих обертах. І більше жодних хибних стартів. Можна працювати.
Фінальна схема пристрою: 
Пристрій було змонтовано в корпусі, в ролі якого виступила герметична електромонтажна «Коробка Тусо розпаювальна пластикова без сальників 120х80х50 мм, IP55 сіра 67052 Рувініл Росія». Хотілося знайти плоскішу, але нічого типу 110*60*30 не знайшов. Щоб не розводити гірлянди на столі, скрутив регулятор із БП у єдине ціле. Цегла вийшла знатна, але нам її і не в кишені носити. І хоча після свердління пари десятків отворів, скільки-небудь помітного навпомацки нагріву ключового левика, шунта та стабілізатора помітно не було, насвердлив трохи вентиляції на дні та задній стінці.
З того часу верстаток з регулятором брав участь у створенні ще 2 плат (скільки йому знадобилося свердлити можете глянути за словами «AVR Fusebit Doctor». Його роботою дуже задоволений.
Ще хочу зазначити, що твердосплавні свердла з Алі мають хвостовик 3.2 мм, а цанги були лише 3.0 та 3.5 – в одну свердло не лізе, а в іншу не затискається. Намотав на свердло мідного дроту і абияк вставив у 3.5 мм, але негарно. Якщо хтось зустрічав цангу на 3.2 діаметром 6 мм (скрізь хіба що дремелівські, зі сточеним до 5мм хвостом), підкажіть.
При зміні свердел процедуру налаштування доводиться проходити заново – мабуть на струмі двигуна позначається різний момент інерції «худого» звичайного свердла та твердосплавного з потовщеним хвостовиком. Але це робиться швидко і не напружує. Бажаючі можуть додати у прошивку збереження профілів свердл:)
Неодноразово зустрічала порада свердлити плати під шаром води, щоб не дихати скляною тирсою. У мене не вийшло. Точно спозиціонувати свердло, коли воно високо, заважає заломлення у воді, окомір косить. А коли свердло входить у воду, починає йти бриж і взагалі нічого не видно. Чи треба зупинений дриль виставляти, а потім включати? У результаті, миску з водою просто поставив поруч і періодично мачаю в неї плату - щоб змочити і змити тирсу. У цьому випадку тирса сира і теж не летить, збирається конусом над отвором.
І ще один ліричний відступ, про дрібне кріплення.
У пристрій вирішив поставити роз'єм живлення типу "DS-225, Гніздо живлення на панель". Для його кріплення були потрібні гвинтики з гайками з різьбленням 2.5мм. У коморі нічого придатного не знайшлося, а тут ще згадав, що в інше поділ 2мм гвинтики потрібні. Значить, варто поповнити колекцію кріплення, щоб наступного разу заради гайки на інший кінець області не летіти. У будівельних магазинах нічого менше M3 не траплялося, отже, треба шукати спеціалізовані.
Першим відносно зручним магазином виявився мережевий
Всередині очі розбіглися від усіляких корисностей, але ось невдача – найменші гвинтики були лише M2.5 однієї довжини, а ось гайок та шайб до них немає і не буває! Вразив продаж гайок поштучно за 2р/шт і ссипання всього купленого в один мішок-майку (дрібних пакетиків для різних розмірів не було). Знову ж накладно брати про запас різних розмірів.
Виручив інший магазин кріплення –
Ось там є реально все в наявності, від М1.6, з різним шліцем і головою, з продажем поштучно і на вагу, і за ціною на порядок нижчою від попереднього конкурента. Ось тільки треба одразу їхати до магазину-складу на вул. І з'ясувалося, що у них виключно нержавіюча сталь, а за звичайним кріпленням треба їхати на перекладних у промзону.
У цій статті ми поділимося з вами розробленим нами верстатом для свердління друкованих плат та викладемо всі матеріали, необхідні для самостійного виготовленняцього верстата. Все що знадобиться, це роздрукувати деталі на 3D-принтері, порізати фанеру лазером та купити деякі стандартні комплектуючі.
Опис конструкції
В основі конструкції досить потужний 12-вольтовий двигун з Китаю. У комплекті з двигуном вони продають ще патрон, ключ і десяток свердел різного діаметра. Більшість радіоаматорів просто купують ці двигуни та свердлять плати утримуючи інструмент у руках.
Ми вирішили піти далі і на його основі зробити повноцінний верстат із відкритими кресленнями для самостійного виготовлення.
Для лінійного переміщення двигуна ми вирішили використати повноцінне рішення - поліровані вали діаметром 8мм та лінійні підшипники. Це дає можливість мінімізувати люфти у найвідповідальнішому місці.
Основна станина виготовлена з фанери товщиною 5мм. Фанеру ми вибрали тому, що коштує дуже дешево. Як матеріал, так і саме різання. З іншого боку нічого не заважає (якщо є можливість) просто вирізати ті самі деталі зі сталі. Деякі дрібні деталі складної форминадруковані на 3D-принтері.
Для підняття двигуна у вихідне положення використано дві звичайні канцелярські гумки. У верхньому положенні двигун сам відключається за допомогою перемикача.
На звороті ми зробили місце для хрінення ключа невеликий пенал для свердління. Пази в ньому мають різну глибину, що робить зручним зберігання свердел з різним діаметром.
Втім, все це простіше побачити на відео:
Деталі для збирання
Складання
Весь процес складання записано на відео:
Якщо слідувати саме такій послідовності дій, збирати верстат буде дуже просто.
Ось так виглядає повний набір всіх комплектуючих для складання:
Крім них для складання буде потрібно найпростіший ручний інструмент. Викрутки, шестигранні ключі, плоскогубці, кусачки і т.д.
Перед тим починати збирати верстат бажано обробити надруковані деталі. Видалити можливі напливи, підтримки, а також пройти всі отвори свердлом відповідного діаметра. Фанерні деталі по лінії різу можуть забруднити гаром. Їх можна також обробити наждачним папером.
Після того, як всі деталі готові почати простіше з установки лінійних підшипників. Вони закрадаються всередину надрукованих деталей і прикручуються до бокових стінок:
Тепер можна зібрати фанерну основу. Спочатку бічні стінки встановлюються на основу, а потім вставляється вертикальна стінка. У верхній частині є додаткова надрукована деталь, яка задає ширину у верхній частині. При закручуванні гвинтів у фанеру не прикладайте надто великого зусилля.
У столику на передньому отворі необхідно зробити зенковку, щоб гвинт з головою таємно не заважав свердлити плату. З торця також встановлена надрукована деталь кріплення.
Тепер можна розпочати складання блоку двигуна. Він притискається двома деталями та чотирма гвинтами до рухомої основи. При його встановленні необхідно стежити, щоб вентиляційні отвори залишалися відкритими. На основу він закріплюється за допомогою хомутів. Спочатку вал просочується в підшипник, а потім на ньому замикаються хомути. Також встановіть гвинт М3х35, який у майбутньому натискатиме мікроперемикач.
Мікроперемикач встановлюється на прорізі кнопкою у бік двигуна. Пізніше його становище можна буде відклибрувати.
Гумки накидаються на нижню частину двигуна і протягуються до "рогів". Їх натяг треба відрегулювати так, щоб двигун піднімався до кінця.
Тепер можна припаяти всі дроти. На блоці двигуна і поруч із мікроперемикачем є отвори для хомутів, щоб закріпити провід. Також цей провід можна провести всередині верстата та вивести зі зворотного боку. Переконайтеся, що припаюєте дроти на перемикачі до нормально замкнутих контактів.
Залишилося тільки поставити пенал для свердління. Верхню кришку потрібно затиснути сильно, а нижню закрутити дуже слабко, використовуючи гайку з нейлоновою вставкою.
На цьому складання закінчено!
З доробок ви можете проклеїти фанерні деталі для збільшення жорсткості. Можна також зробити регулятор обертів двигуна.
Завантаження...