Самодельные станки для сверления печатных плат. Простой станок для сверления печатных плат

Когда то давно в начале 80-х была у меня сверлилка для п/плат на базе ГДР - овского электродвигателя и маленького патрона от дрели на 1 - ом конусе Морзе.
Тип мотора не сохранился но схема была срисована в тетрадку.
В те годы домашних компьютеров не было, и все интересные схемы и мозговые изыскания заносили в общие тетради в клеточку, по 96 листов, стоимостью 44 копейки.

Схема работала по алгоритму: маленькая нагрузка – патрон крутится медленно, возрастает нагрузка – патрон крутится быстрее. Очень удобно было использовать для сверления отверстий в п/платах, попал в кернение - обороты возросли.
Лет прошло много, сверлилка давно канула в вечность. Недавно озадачился проблемой сверления отверстий в п/платах. В связи с отсутствием таких транзисторов (особенно П-701) пришлось переводить схему на современные детали:

П/плата универсальная: есть КТ972 - ставим его и перемычку от базы в эмиттер маленького транзистора, нет КТ972 - ставим КТ315 и аналог КТ805, как на фото.
Еще одна схема сложилась в голове другого автора: Edward Nedeliaev (https://www.cqham.ru/smartdrill.htm). На эту ссылку натолкнулся после недельных неудачных попыток заставить схему работать с мотором типа ДПМ. Хотя как нам известно из классики, что один хомосапиенс собрал, то другой хомосапиенс завсегда разобрать сможет. Как выяснилось с ДПМ моторами схема не работает, ей видите ли подавай только двигатели серии ДПР.

Но ДПР мотора нет и покупать его желания не возникает,зато есть вот такая коробочка и ковырялочка из неё.

С этого места начинается лабораторная работа на тему "Подбери управление КОВЫРЯЛОЧКОЙ для П/ПЛАТ". На просторах интернета полно разных схем, простых и не очень простых для управления моторами сверлилок для п/плат. Рассмотрим некоторые наиболее распространённые из них:
1. регулятор на транзисторах без применения микросхем (серия К142ЕН игнорируется)
2. регулятор на транзисторах и микросхемах.
3. регулятор на транзисторах и микроконтроллере.
4. регулятор напряжения (пропустим, он мало интересен для применения в рассматриваемых целях и задачах)

Первой попробуем схему А. Москвина, г. Екатеринбург:

Схема отлично выполняет свои функции и обязанности:
1. сенсорно управляется (пуск/регулировка/стоп)
2. изменяет обороты
3. тормозит двигатель
4. настройки практически не требует

Если в качестве сенсора применить разделённую пополам площадку размером с 1 копеечную монету, то приложением пальца очень удобно включать и регулировать обороты двигателя.
В журнале “Радио” за 2009 год была другая схема, для ДПМ моторов. Придумал её С. Саглаев, г. Москва. Мне пришлось изменить некоторые номиналы под свой мотор.

Схема работает достаточно хорошо, но как-то задумчиво. Возможно это связано с имеющимся у меня двигателем.

Вторыми для опытов возьмём так называемые ШИМ регуляторы.
Вариантов схем превеликое множество и авторов просто легион. По этой причине имена и фамилии героев здесь не приводятся.

Схемы работают, но скорее подходят для управления оборотами вентилятора с коллекторным двигателем. Более приемлемые параметры для сверлилки имеют схемы на таймере NE-555:

Одно из схемотехнических решений - применение обратной связи. На форуме “Арсенала” (https://www.foar.ru) позаимствованы две таких схемы:

Эти варианты схем достойны внимания и повторения. Следует отметить что вариант с диодом КД213 удостоился чести быть установленным в корпус, и занял пустующее место в серой коробочке наряду с ковырялочкой и свёрлами. Вероятно, простые так называемые ШИМ регуляторы, скорее всего подходят для стационарной сверлилки типа этой:

Следующий на очереди - микропроцессорный вид сверлилок. Запад как обычно нам помог в схемотехническом решении: https://mondo-technology.com/dremel.html Делал эту схему года три назад, в качестве подопытного кролика выступил убитый Dremel. Внутри был установлен импортный двигатель на 24 вольта и запитан от этой схемы:

Замечательно работающая получилась конструкция, используется на работе до сих пор и заслуживает только похвальных отзывов. Кстати отверстия в п/платах на фотографиях сделаны именно ей.
Как вариант для сверлилки опробовалась схема на ATtiny13 (автор hardlock, https://www.hardlock.org.ua/mc/tiny/dc_motor_pwm/index.html):

Симпатичная и неплохо работающая конструкция, но хочется снова подчеркнуть что она скорее подходит для стационарной сверлилки.

И в завершение конструкция, которая покорила своей повторяемостью и удобством использования. Придумал и реализовал схему в далёком 1989 году болгарин Александър Савов.

С момента изобретения станка производство различных механизмов и деталей значительно продвинулось. Теперь они являются настоящими помощниками человека, занимающегося обработкой металлов, пластмасс, дерева и других материалов.

Данные устройства позволяют выполнять довольно специфические работы на более качественном уровне.
К данному типу оборудования можно отнести и самодельный сверлильный станок для печатных плат, используемый в радиоэлектронике и смежных областях.

Станки для печатных плат

Печатные платы являются основой всех микросхем. Она предназначена для механического и электрического соединения разных электронных компонентов.
Производят такие платы из диэлектрического материала, на который в последствии и устанавливаются все элементы микроэлектроники.

На платы устанавливаются транзисторы, тиристоры и др. микроэлектроника, т.е. большое количество миниатюрных деталей, которые трудно рассмотреть не вооруженным глазом.

На самые простые платы добавляют дополнительные элементы, путем их прикручивания с последующей пайкой. Естественно для того, чтобы прикрутить элементы, необходимо в плате просверлить отверстия. Проделывать такие отверстия необходимо с ювелирной точностью. При расхождении даже в пару сотен микрон может быть очень ощутимым или же привести к браку изделия, если вы собираетесь расположить на плате большое количество электронных компонентов.

Любители радиоэлектроники часто занимаются изготовлением печатных плат, в которых требуется сверлить большое количество отверстий малого диаметра. Сверление мелких отверстий, диаметром 0,5-1,0 мм, с использованием классического настольного сверлильного, дрели или шуруповерта, является не очень удобным занятием, в ходе которого легко поломать сверло. Как следствие, производить сверление микроотверстий в печатных платах целесообразно при помощи специализированного мини сверлильного станка, с использованием твердосплавных сверл, диаметром 0,7-0,8 мм.
Использование мини сверлильного станка значительно упрощает работу, делая её практически механической, повышая тем самым производительность труда. При этом конструкция не отличается особой сложностью, по этим причинам многие предпочитают собирать их своими руками.
Таким самодельным сверлильным мини станком можно сверлить как печатные платы, так и любые другие заготовки, однако из-за конструкции станка есть ограничения по глубине отверстия.

Конструкция

На первый взгляд схема кажется сложной, однако, это не так. По сути, мини станок не сильно отличается от классического, он меньшего размера с некоторыми нюансами в схеме компоновки конструкции.

Так как данное оборудование обладает не большими размерами, его стоит рассматривать как настольное.
Самодельный вариант оборудования обычно слегка больше, чем покупной, из-за того что при сборке своими руками не всегда есть возможность оптимизировать конструкцию подобрав малогабаритные комплектующие. Но и в таком случае самодельный станок будет иметь малые габариты и вес не более 5 кг.

Видео по сборке

Элементы сверлильного станка

Чтобы собрать мини устройство своими руками, вам потребуется следующее:

1. Станина;
2. Переходная стабилизирующая рамка;
3. Планка для перемещения;
4. Амортизатор;
5. Ручка-регулятор высоты;
6. Крепление для двигателя;
7. Двигатель;
8. Цанга (или патрон);
9. Переходники.

Стоит отметить, что мы описываем самодельный мини сверлильный станок, собираемый из подручных средств своими руками. Заводская конструкция отличается использованием специализированных узлов, которые изготовить собственноручно практически невозможно.
Основой сверлильного мини агрегата, как и любого другого, является станина. Она выполняет функцию основания, на которой будут держаться все узлы. Станиной может являться подручное устройство, например: скелет микроскопа; стойка для проведения линейных измерений цифровым индикатором.

А можно изготовить самому, например легкую деревянную станину – соединив дощечки саморезами, либо же тяжелую и устойчивую – приварив стальной профиль к металлическому листу. Лучше когда вес станины выше основного веса остальных узлов, это позволяет повысить устойчивость агрегата и снижает его вибрацию во время работы.

В качестве двигателя для могут послужить электродвигатели от: кассетных магнитофонов, принтеров, дисководов и другой офисной техники. В качестве крепления для сверл выбирается патрон или цанги. Однако патрон более универсальный, цанга же предусматривает установку сверл только определенных размеров.

Еще одна интересная схема на основе запчастей от CD-ROM и фена с автоматической регулировкой частоты вращения двигателя в зависимости от нагрузки.

Самодельная станина

При изготовлении стальной станины своими руками, под нее можно прикрутить ножки, для фиксации её положения.
Стабилизирующую рамку можно изготовить, например, из рейки или уголка, при этом лучше применять сталь.
Вид планки для перемещения можно подобрать любой, наиболее удобный, при этом лучше совместить её с амортизатором. В некоторых случаях, амортизатор может сам быть такой планкой. Функции этих деталей заключаются в вертикальном смещении оборудования во время работы.
Амортизатор можно изготовить самому или снять с офисной мебели раздвижные рейки, либо прибрести в магазине.
Ручка-регулятор высоты устанавливается на корпус, стабилизирующую рейку или амортизатор.
Крепление для двигателя устанавливают к стабилизирующей рамке, ею может быть, например, простой деревянный брусок. Она нужна для вывода двигателя на нужное расстояние и его надежной фиксации.
Затем двигатель устанавливают непосредственно на крепление.
К двигателю непосредственно присоединяют патрон или цанги, к которым крепятся переходники, используемые для установки сверл. Переходники подбираются индивидуально, в зависимости от вала двигателя, его мощности, типа сверл и т.п.
В заключении можно сказать, что собранный сверлильный мини станок, можно постоянно дорабатывать в ходе эксплуатации. Например, можно наклеить на патрон светодиодную ленту, для подсветки просверливаемых образцов.

Самый простой способ сверления печатных плат, держа двигатель с насаженным патроном для сверла в руках. При этом не раз ломались свёрла, и каждый радиолюбитель в мыслях ругал себя, и в следующий раз при изготовлении "печатки" - обязательно хотел что-то изменить в этом процессе. Каждый для себя решает сам, или что-то сделать из подручных средств, или приобрести готовое. Всё зависит от места жительства радиолюбителя. Например в сельской местности вдали от крупных центров, лучшим выходом из этого положения, это сделать станок своими руками.

Основное требование к такому станку, это чтобы он справлялся со своей задачей, ну и при его изготовлении не требовалось сложных токарных деталей, так как не у всех есть возможность иметь доступ к токарному станку. Предлагаю Вам простую конструкцию сверлильного станочка для домашней мастерской, которую я увидел на просторах "инета", и которую повторить в домашних условиях не составит особого труда. Автора данной конструкции к сожалению не знаю, и если объявится, то с удовольствием укажу здесь его имя и выражу благодарность за простой конструктив. Размеры станочка; основание 140х90 мм, высота 150 мм. Со своей задачей он вполне справляется и на рабочем столе занимает очень мало места. При таких размерах он позволяет сверлить отверстия в платах, шириной до 150-170 мм. (длинна платы не ограничена), что вполне достаточно в радиолюбительской практике.

Основание станочка изготавливается из любого подручного материала, толщиной не менее 6-8 мм. Можно из текстолита, гетинакса, металла, фанеры. Если брать фанеру, то лучше толщиной не менее 10 мм. Размеры основания указаны выше, но Вы можете для своих нужд изменить эти размеры, как и основания, так и других деталей. В дальнейшем я просто буду указывать свои размеры. Вся конструкция собирается на П-образной стойке, для которой необходимо взять толстый материал, чтобы вся конструкция не пружинила и имела достаточную прочность.

В данной конструкции используется полоса металла, шириной 25 мм. и толщиной 4-5мм. Общая длинна её 140-150 мм. Согнута П-образно, крепление к основанию 30мм, высота 40 мм и оставшееся это длинна 70-80 мм.
В стойке просверливаются три отверстия, одно снизу для её крепления к основанию, и два сверху для вертикальных штырей. Длинный штырь длинной 100 мм, диаметр 5 мм.

На длинный штырь одевается пружина. На коротком штыре нарезается резьба с двух сторон, для крепления штыря к стойке и вверху для контргайки. На этих двух штырях двигается подвижная часть с закреплённым на ней двигателем. Пружина должна быть такой жёсткости, чтобы поднимала вес подвижной части с двигателем.

Подвижная часть изготавливается из полосы металла, толщиной не менее 1,5-2,0 мм, шириной 20 мм. Общая длинна полосы 100 мм, размеры по сгибам 20х40х40 мм. Сверлится сквозное отверстие для толстого штыря и отверстие для тонкого штыря. Кстати, штыри можно делать и одинакового диаметра, главное, чтобы материал был достаточно жёсткий, например валы от матричных принтеров. Хомут для крепления двигателя - по диаметру имеющегося двигателя, изготовлен из листового алюминия. У меня двигатель используемый для станка ДПМ-30.

Для питания такого двигателя вполне достаточно источника с напряжением 12 вольт, и самое главное, для него необходимо изготовить схему управления двигателем. Это чтобы без нагрузки двигатель медленно вращался и при касании сверлом платы - начинал работать на полную мощность. Схем таких сколько угодно, например можно выбрать отсюда . На мой взгляд лучше собирать последнюю.
Хотя, чего греха скрывать, сам пока пользуюсь без такой схемы, у меня регулируемый БП и в паузах просто убираю напряжение.

Рычаг с держателем, конструкция хорошо видна на фотографиях. Закрепляем его в держателе и крепим к стойке.

Закрепляем подвижную часть и контрим гайкой.

Ну и всё, остаётся всю эту конструкцию закрепить на основании, закрепить имеющийся в распоряжении двигатель хомутом на подвижной части, закрепить сверло и начинать работать.
Да, у жены "конфисковал" отслужившую свой срок пробковую подставку под горячую посуду, и вырезал из неё на основание насадку для печатных плат и приклеил её на основание, это чтобы при сверлении печаток сверло не доставало до основания.

Удачи всем в Вашем творчестве и всего наилучшего!

P.S. Да, ещё хочу немного сказать про свёрла.
Не поленитесь и найдите себе для работы специальные свёрла для сверления стеклотекстолита. Наши свёрла из сплава ВК6М, у них обычно хвостовик одного диаметра и сами свёрла 0,7-2,0. Отверстия сделанные ими гораздо приличнее, чем сделанные обычными свёрлами и выглядят они так;

Импортные тоже примерно так выглядят.
Это не рекламы ради, а для удобства и удовольствия работы.
Я сверлил платы сначала обычными свёрлами (по металлу), которые после нескольких дырок сильно тупятся, а после десятка - приходят в полную негодность, потом узнал про такие свёрла, нашёл их и приобрёл (цена их, кстати лежит в пределах 20-50 рэ). Попробовал сверлить ими - небо и земля. По отзывам радиолюбителей - одним сверлом можно сверлить платы несколько лет (несколько тысяч отверстий), пока не сломаешь из-за небрежного обращения.

Но, эти свёрла не подходят для ручных сверлилок. При попытке сделать ими отверстие - оно мигом ломается (из-за малейшего перекоса). То есть ими можно долго и надёжно сверлить только в станке, и зажимной патрон не должен иметь никаких биений, а сверло зажатое им должно быть хорошо отцентрировано. Тогда и долговечность их гарантирована.

Сейчас аппаратура быстро устаревает. Всё, что остаётся не у дел, надо снова пускать в дело!
Например, механизмы приводов компакт-дисков применимы для постройки сверлильного станка.

Нам потребуется:
1) Кусок ДСП, лучше ЛДСП - станок должен быть красивым
2) Два механизма от CD привода
3) Уголок 25×25 … 35×35 из алюминия или дюралюминия Д16-Т, некритично
4) Труба прямоугольная 15×30 (размер важен)
5) Электродвигатель диаметром 25 мм, с максимально возможным количеством оборотов в минуту, например, типа ДПМ-25
6) Кнопка любая
7) Сверло перовое 25 мм
8) Винты М3 с гайками, саморезы
9) Кусок древесины, желательно твёрдых пород, отлично подходит 12 мм фанера - 12×27х30…50 мм

Итак, приступаем.
Размеры станка определяйте сами, они будут зависеть от максимального размера плат, которые вы будете изготавливать, плюс расстояние от механизмов до центра.
В механизмах CD приводов удалите электродвигатель привода диска, лазерную головку. Прямоугольная труба становится вместо лазерной головки идеально.

В прямоугольную трубу плотно вставьте 2 куска древесины длинной по 30-50 мм на клею или дополнительно закрепите саморезами.

В в верхней стенке прямоугольной трубы по центру просверлите отверстие 25 мм, в нижней стенке отверстие для вала двигателя.

Закрепите оба механизма саморезами на прямоугольной трубе. В куске ЛДСП сделайте 2 пропила, закрепите всё это на куске ЛДСП. Сверху закрепите уголок с кнопкой S2 (см. схему).

Несколько крупных белых светодиодов освещают рабочую поверхность.

Трансформатор питания можно применить на 20-30 Ватт, напряжение вторичной обмотки зависит от вашего двигателя.

Конструкция «педали» понятна из фотографии. Два отрезка ДСП, мебельная петля и микропереключатель.

Перекос не возникает, после подъёма происходит выравнивание автоматически, у меня после годовой эксплуатации ни разу перекоса не было, двигатели подъёма вращаются синхронно.

Цангу закрепляю на двигателе и винтами юстирую до минимальных биений , т.к. твёрдосплавные свёрла при малейших биениях ломаются.
Мне удалось выставить практически без биений.

Надоело, в общем то, сверлить платы ручной сверлилкой поэтому решено было изготовить небольшой сверлильный станок исключительно для печатных плат. Конструкций в интернете полным полно, на любой вкус.Посмотрев несколько описаний подобных сверлилок, пришел к решению повторить сверлильный станок на основе элементов от ненужного, старого CD ROM’a. Разумеется, для изготовления этого сверлильного станочка придется использовать материалы те, что находятся под рукой.

От старого CD ROM’a для изготовления сверлильного станочка берем только стальную рамку со смонтированными на ней двумя направляющими и каретку, которая передвигается по направляющим. На фото ниже все это хорошо видно.

На подвижной каретке будет укреплен электродвигатель сверлилки. Для крепления электродвигателя к каретке был изготовлен Г-образный кронштейн из полоски стали толщиной 2 мм.

В кронштейне сверлим отверствия для вала двигателя и винтов его крепления.

В первом варианте для сверлильного станочка был выбран электродвигатель типа ДП25-1,6-3-27 с напряжением питания 27 В и мощностью 1,6 Вт. Вот он на фото:

Как показала практика, этот двигатель слабоват для выполнения сверлильных работ. Мощности его (1,6 Вт) недостаточно- при малейшей нагрузке двигатель просто останавливается.

Вот так выглядел первый вариант сверлилки с двигателем ДП25-1,6-3-27 на стадии изготовления:

Поэтому пришлось искать другой электродвигатель-помощнее. А изготовление сверлилки застопорилось…

Продолжение процесса изготовления сверлильного станочка.

Через некоторое время попал в руки электродвигатель от разобранного неисправного струйного принтера Canon:

На двигателе нет маркировки, поэтому его мощность неизвестна. На вал двигателя насажена стальная шестерня. Вал этого двигателя имеет диаметр 2,3 мм. После снятия шестерни, на вал двигателя был надет цанговый патрончик и сделано несколько пробных сверлений сверлом диаметром 1 мм. Результат был обнадеживающим- «принтерный» двигатель был явно мощнее двигателя ДП25-1,6-3-27 и свободно сверлил текстолит толщиной 3мм при напряжении питания 12 В.

Поэтому изготовление сверлильного станочка было продолжено…

Крепим электродвигатель с помощью Г-образного кронштейна к подвижной каретке:

Основание сверлильного станочка изготовлено из стеклотекстолита толщиной 10мм.

На фото – заготовки для основания станочка:

Для того, чтобы сверлильный станочек не ёрзал по столу во время сверления, на нижней стороне установлены резиновые ножки:

Конструкция сверлильного станочка –консольного типа, то есть несущая рамка с двигателем закреплена на двух консольных кронштейнах, на некотором расстоянии от основания. Это сделано для того, чтобы обеспечить сверление достаточно больших печатных плат. Конструкция ясна из эскиза:

Рабочая зона станочка, виден белый светодиод подсветки:

Вот так реализована подсветка рабочей зоны. На фото наблюдается избыточная яркость освещения. На самом деле-это ложное впечатление (это бликует камера)- в реальности все выглядит очень хорошо:

Консольная конструкция позволяет сверлить платы шириной не менее 130 мм и неограниченной (в разумных пределах) длиной.

Замер размеров рабочей зоны:

На фото видно, что расстояние от упора в основание сверлильного станочка до оси сверла составляет 68мм, что и обеспечивает ширину обрабатываемых печатных плат не менее 130мм.

Для подачи сверла вниз при сверлении имеется нажимной рычаг-виден на фото:

Для удержания сверла над печатной платой перед процессом сверления, и возврата его в исходное положение после сверления, служит возвратная пружина, которая надета на одну из направляющих:

Система автоматической регулировки оборотов двигателя в зависимости от нагрузки.

Для удобства пользования сверлильным станочком было собрано и испытано два варианта регуляторов частоты вращения двигателя. В первоначальном варианте сверлилки с электродвигателем ДП25-1,6-3-27 регулятор был собран по схеме из журнала Радио №7 за 2010 год:

Этот регулятор работать как положено не захотел, поэтому был безжалостно выброшен в мусор.

Для второго варианта сверлильного станка, на основе электродвигателя от струйного принтера Canon, на сайте котов-радиолюбителей была найдена еще одна схема регулятора частоты вращения вала электродвигателя:

Данный регулятор обеспечивает работу электродвигателя в двух режимах:

1. При отсутствии нагрузки или, другими словами, когда сверло не касается печатной платы, вал электродвигателя вращается с пониженными оборотами (100-200 об/мин).
2. При увеличении нагрузки на двигатель регулятор увеличивает обороты до максимальных, тем самым обеспечивая нормальный процесс сверления.

Регулятор частоты вращения электродвигателя собранный по этой схеме заработал сразу без настройки. В моем случае частота вращения на холостом ходу составила около 200 об/мин. В момент касания сверла печатной платы-обороты увеличиваются до максимальных. После завершения сверления, этот регулятор снижает обороты двигателя до минимальных.

Регулятор оборотов электродвигателя был собран на небольшой печатной платке:

Транзистор КТ815В снабжен небольшим радиатором.

Плата регулятора установлена в задней части сверлильного станочка:

Здесь резистор R3 номиналом 3,9 Ом был заменен на МЛТ-2 номиналом 5,6 Ом.

Испытания сверлильного станка прошли успешно. Система автоматической регулировки частоты вращения вала электродвигателя работает четко и безотказно.

Небольшой видеоролик о работе сверлильного станка.