Eagle と Modela を使って電子基板を作る その2


20141019_pcb_test

概要
Eagle は電子基板を作成する CAD ソフトです。
Modela は、Roland 社の切削加工機です。
その1 では、Modela でどんな加工ができるのか味見してみました。
今回は、もう少し実用的なものにしてみました。
題材は、3x3 LED マトリックス の Arduino シールドです。

EagleデータとArduinoスケッチは GitHub で公開しています。

全体の流れ
Modela の加工は、 (1)配線 (2)穴あけ (3)外形 という異なるエンドミルを使う3つのステップがありますが。
今回は、穴あけに適切なエンドミルがないので、配線と同時に穴の位置を切削して、あとでミニドリルで穴をあける手順にしました。
また、外形を加工しようとしたところ、原点がずれたようで違うところを切削しようとしたので、外形の加工は諦めて、あとでアクリルカッタで切りました。

Eagle 側の作業
(1) 回路図(sch)とボード図(brd)を作成するところは、ほぼ同じです。
配線を太くしたり、PADを大きくしたり、大きいドリル穴を追加します。
今回は、配線が交わるところがあるので、一部は表面になっています。
基板で配線されるのは、裏面だけなので、表面は手配線します。
20141019_pcb_eagle_sch 20141019_pcb_eagle_brd

(2) 配線とドリル穴のデータを bitimap で出力します。
このとき、左右反転(Mirror) して、白黒画像にします。
20141019_pcb_eagle_pat 20141019_pcb_eagle_drill

(3) Eagle が exportする画像は png形式なので、BMP形式に変換します。

Dr.Engrave 側の作業

1. 配線の加工
(1) データの作成
配線の画像を import します。
グリッドを表示して、外形に合わせて、リサイズします。
近接している PAD の間に、ハンダブリッジしないように、長方形を追加します。
20141019_pcb_engrave_pat

(3) Modelra に 1/64 のエンドミルをつけます。
(4) 加工を指示します。

2. 穴あけの加工
(1) データの作成
穴あけの画像を import します。
外形に合わせて、リサイズします。
外形を削除します。
穴の大きさを 0.1 mmに変更します。
左下は、切削できなかったところあったので、もう一度切削にするために、配線パターンを残しています。
20141019_pcb_engrave_drill

(2) エンドミルはそのままで、加工を指示します。

3. 外形の加工
(1) 配線と穴あけの画像から、配線と穴あけの削除して、外形のみにします。
(2) Modelra を 1/32 のエンドミルに変えます。
(3) 加工を指示します。
(4) 問題発生
原点がずれたようで違うところを切削しようとしたので、外形の加工は諦めて、すぐに止めました。

穴あけ
(1) 基板を Modela からはずします。
(2) 机に基板を固定します。
(3) ミニドリルに 0.8mm のドリル歯をつけて、穴をあけます。
LEDや抵抗にリード線には、この大きさでぴったりです。
ピンヘッダには、少し小さいので、穴を大きくなるようにグルグリします。
手操作のため、ちょっと穴に位置がずれて、ピンヘッダがまっすぐ入らないところもありますが、気にしないことに。
20141019_pcb_drill

外形の切削
(1) 基板をアクリルカッタで切ります。
結構大変だった上に。
途中まで切って、板を割ったところ、断面がギザギザになってしまった。(^^;
(2) 基板の側面を、やすりで磨きます。
20141019_pcb_outline

基板の研磨
(1) 基板の縁を平ヤスリで削ります。
(2) 基板の銅箔面を荒い紙ヤスリで磨いて、表面のギザギザをとります。
(3) 銅箔面を研磨剤で磨いて、ハンダが乗りやすいように、表面を滑らかにします。
20141019_pcb_board

ハンダ付け
(1) 部品をつけて、裏面をハンダ付けします。
(2) 本来の手順であれば、表面の配線は、部品をつけるときに同時に行うべきですが。
忘れてしまったので、あとから空中配線しました。(^^;
回路図とボード図にゼロオームの抵抗をダミーで置くなど、工夫が必要です。
20141019_pcb_rear 20141019_pcb_front

動作確認
(1) Arduino に今回作った基板を載せます。
(2) Arduino にスケッチを書き込みます。
(3) 全てのLEDが点灯すれば、OKです。

課題
(1) エンドミルを交換するため、電源を切ると、Modela の原点がずれます。
(2) 配線の加工で、切削できないところがありました。
20141019_pcb_milling_2


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