FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELECTRÓNICA Y SISTEMAS

Escuela profesional de ingeniería electrónica

Proyecto ii

INFORME FINAL DE PROYECTO:

Sistema de control numérico aplicado al perforado de circuitos de placas impresas

DOCENTE

Presentado por:

PUNO-PERU

2015

Tabla de contenidoI.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA OBJETO DE ESTUDIO Y/O DE SOLUCION:...............................4

I.- ANTECEDENTES............................................................................................................................4

III.- JUSTIFICACION..........................................................................................................................5

IV.- MARCO TEORICO CONCEPTUAL................................................................................................6

V.- HIPOTESIS..................................................................................................................................9

VI.- OBJETIVOS DE ESTUDIO..........................................................................................................11

VII.- UTILIDAD DE LOS RESULTADOS DE ESTUDIO.........................................................................11

VIII.- METODOLOGIA....................................................................................................................11

IX.- AMBITO DE ESTUDIO Y DESARROLLO......................................................................................13

X.- RECURSOS..................................................................................................................................14

XI PRESUPUESTOS........................................................................................................................15

XII.- CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES...........................................................................................17

XIII.- CONCLUSIONES:....................................................................................................................18

XIV.- WEBGRAFÍA:..........................................................................................................................19

RESUMEN

Este proyecto incluye el diseño e implementación de una máquina de CNC para la fabricación PCB (Printed Placa de circuito). La primera parte del proyecto incluye una historia de CNC en el caso general. El segundo parte del proyecto incluye el análisis sobre el diseño de nuestra máquina. A continuación, se explica la mecánica en detalle con fotos. A continuación, se muestra el mecanismo de movimiento de nuestra máquina y qué tipo de motor que usamos con que circuito se conduce. y finalmente, se explica la etapa de software para programar nuestro microcontrolador por un algoritmo apropiado.

Sistema de control numérico aplicado al perforado de circuitos de placas impresas

I.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA OBJETO DE ESTUDIO Y/O DE SOLUCION:

El desarrollo de este proyecto se basa en integrar la elaboración manual de placas impresas con la aplicación de un sistema de control numérico para el acabado de las mismas, ya que el tiempo que toma la elaboración manual completa de estos productos toma demasiado tiempo además q podrían matar de cansancio y aburrimiento de la persona encargada de esta tarea.

La integración de los elementos antes mencionados se llevara a cabo mediante hardware y software según sea necesario.

I.- ANTECEDENTES1955 - John Parsons y la Fuerza Aérea de Estados Unidos definen la necesidad de desarrollar una herramienta de máquina capaz de piezas de aviones tolerancia complejas y cerrar de mecanizado con el mismo tiempo de calidad después de la hora (repetición). MIT es el subcontratista y construye la máquina para el proyecto.

1959 - MIT anuncia Herramientas programadas automática lenguaje de programación (APT).

1960 - Directo Control Numérico (DNC). Esto elimina programas de perforación de cinta de papel y permite a los programadores para enviar archivos directamente a la máquina-herramienta.

1968 - Kearney y Trecker fabricantes de máquinas herramienta de mercado el primer centro de mecanizado.

1970 - máquinas herramientas CNC y Distributed Control Numérico.

1980 - CAM Gráficos basados introducidos. UNIX y PC basado en sistemas disponibles.

1990 - caída de precios en la tecnología CNC.

1997 - PC-Windows / NT "Open Modular Architecture Control (OMAC)" sistemas introducidos para reemplazar los controladores de "firmware".

No obstante, el resultado con las varillas roscadas ha sido más que aceptable. Desde el inicio del proyecto se han sacrificado ciertos aspectos de precisión con el fin de hacer la máquina rentable económicamente. Además, como también se indicó, el objetivo es conocer los fundamentos de los dispositivos CNC, no lograr mecanizar piezas con tolerancias dimensionales y geométricas de micras. El conjunto de transmisión se muestra a continuación, aunque obviamente en la máquina se han empleado varillas roscadas de mayor longitud. Este sistema se ha triplicado a lo largo de los tres ejes.

III.- JUSTIFICACIONEl fin del proyecto está basado y pensado principalmente en la gente que se dedica a la producción de circuitos impresos y cortes de materiales suaves mediante laser o corte por calor, ya que el manejo de la tecnología de control numérico es indispensable para optimizar la producción de un taller o laboratorios con fines anteriormente mencionados.

IV.- MARCO TEORICO CONCEPTUAL

Placas de control y comunicación

Las placas pueden ser hechas a mano o compradas montadas de fábrica, el software puede ser descargado de forma gratuita. Los ficheros de diseño de referencia (CAD) están disponibles bajo una licencia abierta.

Existen multitud de tarjetas Arduino, cada una con unas características determinadas que las hacen idóneas para una aplicación u otra. En este proyecto, se ha empleado probablemente la tarjeta más genérica, Arduino UNO Rev3.

Shield arduino cnc

Es un placa que va montada sobre un arduino uno rev. 3 esta placa está preparada para el montaje de los drivers para 4 motores paso a paso de los cuales solo hemos aprovechado tres,

para los ejes x , y , z.

Driver de motor A4988,

Tiene el siguiente aspecto permiten controlar micropasos

Motores paso a paso

El motor a paso es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de impulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que significa que es capaz de avanzar una serie de grados (paso) dependiendo de sus entradas de control. El motor paso a paso se comporta de la misma manera que un conversor digital-analógico (D/A) y puede ser gobernado por impulsos procedentes de sistemas lógicos.

Rodamientos

Estos son los que hacen de soporte en los tres ejes, como también sirven de guías para las correas dentadas (fajas).

Tubo rectangular de aluminio

Mecanicamente son los ejes x , y sobre estos van montados los carritos que tienes los rodamientos, estos tuvos sirven de soporte a los ejes.

Taladro dremel

Es el mecanismo encargado del maquinado, el cual es movido y desplazado en los tres ejes, el taladro puede ir por toda la suerficie de trabajo del la maquina cnc

V.- HIPOTESISHipótesis General

Interfase máquina – ordenador

Se trata del programa encargado de mostrar información sobre el estado de la máquina en una pantalla, así como permitir una comunicación bidireccional entre ambos. Existen multitud de soluciones. La más famosa es sin duda Mach3 (Mach4

actualmente en desarrollo) totalmente compatible con cualquier versión desde Windows 2000. Para usuarios de Linux la más recomendable es EMC2, proyecto totalmente “Open Source”, aunque existen otras muchas como KCAM, solución perfecta para usuarios de Windows 98.

La solución optada en este proyecto es GRBL, otro trabajo totalmente Open Source optimizado para trabajar sobre Arduino, soportado por una comunidad muy preparada que lo mejora día a día. Los autores de este software lo definen como:

“Grbl is an opensource software that turns your Arduino development board into a full blown G-Code interpreter.”

Para comunicar el controlador con el ordenador se ha optado por GRBL Controller 3.6.1, un software libre y gratuito producido por el maravilloso autor de Zapmaker.org. El programa puede ser descargado gratuitamente desde esa misma web. Su interfaz es la siguiente:

VI.- OBJETIVOS DE ESTUDIOObjetivo General

Implementar un sistema de control numérico con fines de hacer el acabado de las placas de circuitos impresos, tales como corte, perforado, fresado de los materiales de acrílico y baquelita que se usa en la industria de la producción de circuitos impresos.

Objetivos específicos Implementar el funcionamiento del sistemas de control

numérico Lograr controlar el sistema de control numérico

mediante la computadora. Optimizar la eficiencia del sistema de control numérico

mediante la computadora. Demostrar la eficiencia de sistema

VII.- UTILIDAD DE LOS RESULTADOS DE ESTUDIO Los resultados de estudio Nos llevaron a que comprender una mejor manera de construir un sistema de maquina cnc mucho más económica, como también tomar decisión e por mejores sistemas de control electrónico con lo cual conseguimos mayor fidelidad en el control.

VIII.- METODOLOGIATipo de Investigación Por ser un proyecto de tecnología nos hemos limitado a una investigación netamente en la nube (internet) ya no hay mucha bibliografía sobre esto en los libros.

1 tener listo un diseño de Eagle, luego ejecutar el proceso ULP desde Eagle.

2 buscar el fichero ULP.

3 configurar los parámetros en la ventana de PCB GCODE, una vez configurado los parámetros de maquinado, aceptar. Después de esto se generaran archivos de fresado, perforado y corte de área de toda la placa (los archivo se generan en la misma ubicación del diseño de la placa).

4 desde G CODE SENDER ya se puede abrir los archivos generados por PCB GCODE para su posterior maquinado.

IX.- AMBITO DE ESTUDIO Y DESARROLLOEl proyecto se realizó durante el segundo semestre del presente año 2015. Iniciando en el mes de octubre y culminado a finales del mes de diciembre.El desarrollo del proyecto fue en los laboratorios de la EPIE-UNA PUNO y en uno de los domicilios de los proyectistas, durante cada proceso realizado.

Pruebas realizadas

La primeras prueba se realizaron sobre triplay, como se ve en las imágenes se diría q se tubo buenos resultados.

X.- RECURSOS10.1. Recursos Computacionales y de HardwareHardware:

Computadora o laptop. Micro controlador atmega328. Drivers de motores P.A.P. Terminales USB. Grabador de atmel. Motores P.A.P. Estructura del C.N.C. Taladro, cautín, entre otros dispositivos.

Software:

Sistema Operativo Microsoft Windows. ARDUINO IDE. MATCH 3 O SIMILARES. Proteus ISIS UniversalGcodeSender-v1.0.5-all32 CadSoft Eagle 4.6 pcb-gcode-3.6.0.4 Aspire 8.0

10.2.- Recursos Humanos Proyectistas. Material didáctico: libros, Internet. Asesores de los proyectistas

10.3.- recursos de prueba. Materiales de fibra de vidrio y baquelita para corte y

perforado. Instrumentos de laboratorio Fuentes de poder Computadora o laptop Estructura del sistema cnc.

XI PRESUPUESTOS

11.1 Estructura del Proyectomaterial Cant. origen aplicación p. unid

S/.p. total

S/.Varilla de aluminio

1/4 Tienda de aluminios

Ejes del cnc 60.00 20.00

Varilla de aluminio

1 Tienda de aluminios

Guía de rodamiento

s

16.00 16.00

Lamina de met. 4mm

40*40cm reciclaje Soporte de ejes

10.00 10.00

Varilla roscada

50cm Ferretería Movimiento del Eje Z

2.00 2.00

Madera (tabla)

200*20 cm

Barraca Área de maquinado

14.00 7.00

11.1 Componentes eléctricos y electrónicosmaterial Cant. origen aplicación p. unid p. totalDriver motores

4 Ebay Control de motor PAP

9.00 36.00

Board arduino

1 Ebay Comunicación PC a CNC

15.00 15.00

Switches 6 Tienda de electrónica

Finales de carrera

2.00 12.00

Cables 120mtrs Tienda de electrónica

Conexiones multiples

0.30 36.00

Tira de pines

2 Tienda de electrónica

Conexiones multiples

2.00 4.00

11.1 Componentes mecánicosmaterial Cant. origen aplicació

np. unid

p. total

Motor PAP 5 Reciclaje Mov. De ejes

5.00 25.00

Faja dentada

3 Reciclaje Mov. De ejes

2.00 6.00

RodamientosTornillos varios

30 o mas

Ferretería

Unión de partes

0.25 10.00

11.1 Variosmaterial Cant. origen aplicación p. unid p.

totalTaladro dremel

1 ferretería

Maquinado

200.00 200.0

Cautin 1 Tienda de electrónica

corte 15.00 15.00

XII.- CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES REALIZADAS

ACTIVIDADES SEMANAfech

aMES

Investigación bibliográfica I 12

OCTUBRE

Investigación y estudio de

componentesII 19

Implementación de hardware (estructura) III 26

Pruebas mecánicas de hardware(estructura) IV 02

Desarrollo y optimización del

programa para el uCV 09

Desarrollo y optimización del

programa para el uCVI 16

NOVIEMBREPruebas de

funcionamiento de programa y hardware

VII 23

Pruebas sobre materiales suaves o circuitos impresos

VIII 30

Contrastación de resultados X 7

DICIEMBRERedacción del informe final XI 14

Presentación del Proyecto de Fin Curso. XII 31

XIII. - CONCLUSIONES:

Los ficheros a generar deben ser los correctos, ya q en las pruebas realizadas estos nos llevaron a estropear las brocas.

se llegó a la conclusión de q para el fresado necesitamos adquirir una broca especial (broca de carburo) para estos fines.

Nuestra maquina carece un poco de robustez por lo que para el maquinado en metal se debe bajar la velocidad de maquinado.

El taladro que estamos usando no soporta altas revoluciones, lo cual limita el maquinado de algunos materiales.

Los programas usados para la elaboración del proyecto fueron los adecuados y no causaron muchos problemas.

El programa vectric aspire es un programa con licencia, el cual se debe comprar, entonces este no es gratuito comolos demás mensionados.

El programa vectric aspire es especialmente para generar ficheros GCODE para las maquinas CNC, el cual no se puede descargar fácilmente de internet.

XIV.- WEBGRAFÍA:

www.linuxcnc.org www.wikipedia.org/wiki/G-code www.cnczone.com http://reprap.org/wiki/Main_Page Arduino CNC Shield – 100%25 GRBL Compatable _

Protoneer.co.nz.html