Поворотный монтажный столик для ПП

Автор: *Trigger*
Опубликовано 08.04.2014
Создано при помощи КотоРед.

Предисловие

Как-то раз, просматривая темы на нашем Форуме, увидел я тему "Держатель ПП (PCB holder)". Там описывается устройство нашего коллеги ppp. За основу он взял продукт фирмы Weller под названием ESF-120. Вот такой:

Вот видео, на котором видна работа с этим механизмом:

Вещица интересная. Но мне она показалась не слишком жёсткой и не особо удобной. Представьте: вам нужно поле монтажа каждой выводной детали оттягивать в сторону ручку, поворачивать на определённый угол, отпускать, потом брать паяльник, запаивать, опять поворачивать, вставлять новую деталь и т.д. по циклу. Я решил автоматизировать процесс и при нажатии педали с помощью двигателя поворачивать плату, а с помощью ещё одного двигателя и передачи винт-гайка передвигать стойку. Такому решению также способствовало огромное количество деталей от принтеров.

Сразу скажу любителям чертежей: они практически не делались, всё размечалось по месту, да и зачем нужны чертежи, если у всех исходные детали (моторы, направляюцие и т.д.) разные?

Сборка механической части

Покопавшись в куче деталей от принтеров, я нашёл многое из того, что необходимо для данного устройства:

Перечислю некоторые из них: сверху - направляющая от принтера, снизу - вал 8 мм, в среднем ряду слева направо: каретка от принтера, электромагнитная муфта от лазерного принтера, шкив и двигатель от счётчика купюр, два подшипника 8 мм из личных запасов.

Для начала вырезаем их фанеры 8 мм прямоугольник 300*150, это будет основание устрйства. Далее из фанеры 6 мм делаем два прямоугольника 200*150 мм для стоек держателя. Разрезаем каретку от принтера, чтобы получить две боковины с отверстиями для направляющих. Напрявляющую разрезаем пополам. Из кусочков фанеры и стеклотекстолита вырезаем подкладки под направляющие, чтобы их центры были примерно на высоте 26 мм относительно основания. Делаем 4 скобы для сжатия всех этих бутербродов. В скобах делаем крепёжные отверстия так, чтобу винт в них перемещался перпендикулярно оси направляющей. Направляющие устанавливаем на расстоянии 100 мм друг от друга. При этом не забываем на них надеть части каретки. Если вы ещё не поняли, что имелось в виду, смотрите на фото:

Устанавливаем части каретки  примерно по середине направляющих. Берём фанерный прямоугольник для стойки, снизу вырезаем пазы, чтобы туда вошли напрявляющие. Устанавливаем его на части каретки, угольниками выставляем вертикальность краёв и перпендикулярность направляющим. Фиксируем с помощью струбцин и размечаем положение частей каретки на стойке маркером. С одной стороны снимаем крепежи направляющих и стаскиваем части каретки. Совмещаем их по разметке на стойке и сверлим отверстия. Далее крепим винтами. Возвращаем готовую стойку на место, закрепляем направляющие.

Теперь, передвигая концы напрявляющих (тут нужны специальные отверстия в скобах), настраиваем систему так, чтобы каретка свободно двигалась в обе стороны при нажатии пальцем в середину на уровне направляющих. От этого зависит правильность работы устройсва, поэтому сделайте это особенно тщательно. После настройки можно залить крепежи клеем.

Далее делаем упор для стойки, чтобы при зажимании платы на направляющие приходилась меньшая нагрузка. Под карекой между направляющими крепим два металлических "рельса". Я свои сделал из детали принтера. Собираем две одинаковых детали, состоящих из уголка, резьбовой шпильки 4 мм, держателя подшипника и самого подшипника. Держатель и подшипник я добыл из счётчика купюр, там они прижимали купюры к датчику. Крепим это на каретке вертикально так, чтобы подшипники при вертикально стоящей каретке катились по рельсам. Снизу шпильки двумя проволочными скобами фиксируем на некотором расстоянии от каретки.

Для изготовления передачи винт-гайка сверлим отверстие под мебельную гайку 6 мм в середине стойки на уровне направляющих (там, куда тыкали пальцем при настройке). У гайки отгибаем острия и крепим её шурупами. Теперь изготавливаем держатели подшипников вала привода.

По этому чертежу делаем 2 детали из фанеры 12 мм. В них сверлим отверстие 19 мм сверлом-пёркой. Далее делаем 2 детали из фанеры 4 мм. Теперь во всех деталях сверлим отверстие такого диаметра, чтобы там свободно вращалась гайка М6.

Вставляем подшипники и зажимаем бутерброды шурупами:

Теперь крепим их вертикально по середине между направляющими с двух сторон с помощью шурупов и дополнительно прижимаем скобами. Отрезаем нужной длины резьбовую шпильку 6 мм. Вставляем её в правый подшипник, надеваем со стороны второго подшипника обычную и разрезную шайбы и накручиваем гайку. Теперь вкручиваем шпильку в мебельную гайку на стойке, надеваем на неё гайку, шайбу, шестерню привода, ещё шайбу и ещё гайку. Затем накручиваем ещё одну гайку, надеваем разрезную и обычную шайбы и вставляем шпильку во второй подшипник, прокручивая её в мебельной гайке. На оба конца шпильки с внешней стороны надевем обычные и разрезные шайбу и накручиваем гайки. Теперь затягиваем гайки около подшипников и, вращая шпильку, добиваемся мягкого хода, подкладывая под крепежи подшипников тонкий стеклотекстолит. Одновременно, изменяя расстояние между внутренними гайками, добиваемся того, чтобы крепежи подшипников при вращении не тянуло внутрь и не выпирало наружу. Также следует установить мебельную гайку так, чтобы её ось была горизонтальна тоже с помощью подкладок из стеклотекстолита. После завершения настройки зажимаем шестерню гайками в нужном месте:

На этом месте первый этап изготовления завершён.

Далее переходим к левой стойке. Её закрепляем с помощью аллюминиевого уголка. Винтов не жалеем:

Основной элемент левой стойки - тормоз. Он должен фиксировать плату при выключении двигателя поворота. Его делаем из электромагнитной муфты. Если закрепить её за шестерню, то при включении электромагнита вал будет зафиксирован. Ксати, о вале: я использовал странную шестерню из того же принтера. Эта шестерня зареплена на вале, при этом она подпружинена. Просто идеальный вариант для этого устройства!

Чертёж ниже.

 Делаем 3 таких детали: 2 из фанеры 8 мм и одну из фанеры 4 мм. Центральное отверстие в одной из деталей 8 мм имеет диаметр, равный внешнему диаметру подшипника 8 мм, т.е. 22 мм, а в двух других деталях - 18 мм. Деталь с большим отверстием нужно на фрезерном станке обработать до толщины, равной толщине подшипника. В шестерне муфты бормашиной делаем пропилы для винтов и сверлим отверстия. Далее собираем всё это в такой последовательности: в деталь с большим отверстием вставляем подшипник. Её с одной стороны накрываем фанерой 8 мм, а с другой - 4 мм. Со стороны фанеры 8 мм устанавливаем муфту. Четырьмя винтами (теми, что ближе к центру) скрепляем всё это вместе, но сильно не затягиваем. Вставляем вал с шестернёй и, двигая среднюю деталь с подшипником, добиваемся лёгкого вращения вала. Далее, не вынимая вала, зажимаем бутерброд. Теперь вал можно вынуть и просверлить отверстия по углам.

Из стали делаем 2 детали для зажима платы. Их стягиваем винтами и вклеиваем в шестерню. Вал фиксируем стопорными кольцами. Подробнее - на фото.

 Сверлим необходимые отверстия в левой стойке и закрепляем там тормоз, предваритеьно сняв вал. Затем опять ставим его.

Теперь нужно изготовить привод для поворота платы. Это весьма сложная конструкция, поэтому я сделал её 3D-модель. Вот она:

Чертежи:

 "Синие" детали делаем в количестве четырёх штук из фанеры 4 мм, "зелёные" - 2 штуки из фрезерованной до толщины подшипника фанеры 8 мм, "красная" деталь в одном экземпляре из фанеры 4 мм. В последней нужно разметить и просверлить отверстия для крепления двигателя. Расстояние между передним крепежом и деталью для двигателя - 25 мм, а сзади - 45 мм.  Процеес сборки виден на фото:

На последнем фото вставлен для пробы вал 8 мм.

Теперь подготавливаем шкив. Делаем держатель шкива из деревянного бруска:

Сверлим в шкиве отверстие для нарезки резьбы М3:

Нарезаем резьбу. Отрезаем шляпку винта М3 и вкручиваем его.

Теперь делаем датчик поворота. На одном из винтов крепежа заднего подшипника с помощью уголка крепим маленькую оптопару от принтера. К пластинке из стеклотекстолита специальной формы с просверленным отверстием припаиваем предварительно высверленную гайку М8. В гайке сверлим отверстие, нарезаем резьбу так же, как и в шкиве. Обрезаем вал и делаем канавки для стопорных колец. С одной стороны делаем пропил и вклеиваем такой же держатель, как тот, что мы вклеивали в шестерню тормоза.

Собираем всё это. В качестве пассика я использовал водопроводную прокладку, обрезаннную ножом. До этого проверял работу механизма обычной резинкой. Устанавливаем привод на правую стойку, следим за высотой вала. Она должна совпадать с высотой вала тормоза (относительно основания).

Следующий важный этап - установка привода для движения правой стойки. Я использовал мотор с редуктором от принтера Epson. Я криво закрепил шестерню на резьбовой шпильке, поэтому пришлось придумывать крепёж привода. Я его закрепил так: с одной стороны силиконовой шайбой и длинным винтом, а с другой - пружиной и винтом. Для выравнивания потребовалась ещё одна пружина. Подробнее - на фото.

Так это выглядит сверху:

И наконец, осталось закрепить концевые выключатели (концевики) справа и слева и металлическую пластинку на каретке, нажимающую на них.

Общий вид получившейся механической части:

Сборка электронной части

Схема контроллера приводов ниже:

Пояснять особо нечего. Управляет всем микроконтролер ATTiny2313. Двигатель перемещения каретки включен через Н-мост на транзисторах. Диоды D7 и D9 кроме защитной выполняют ещё одну функцию. Они используются для торможения двигателя открытем транзисторов Q2 и Q5 одноременно. (Подумайте, как течёт ток при вращении мотора в разные стороны при открытии этих транзисторов.) K1 - обмотка электромагнита тормоза. SW3 - переключатель педали (см. ниже). Из-за нехватки стандартных внешних прерываний испоьзован не по прямому назначению вывод ICP (PD6).

Фьюз-биты ATiny2313 выставляем на внутренний генератор 8 МГц:

AN6651 - стабилизатор для двигателя. Схема его включения была срисована с платы, стоящей на моторе поворота.

Саму эту плату я отпаял, так как доступа к двигателю после сборки не будет, а скорость, возможно, потребуется отрегулировать.

Печатная плата сделана методом ЛУТ. Вот она:

Несколько фотографий процесса монтажа:

Для удобства дальнейшей сборки я использовал различные разъёмы из принтеров.

Теперь стоит подумать о том, как всё это питать и где поставить. Первая проблема быстро решилась: был найден импульсный БП о принтера. Обратная связь была пределана на 24 В, а 5 В там и так делались импульсным стабилизатором на выходе, так что ничего менять не пришлось. Фото БП:

Электронику я решил разместить в металлической коробочке, тоже изъятой из какого-то принтера. В ней я просверлил все отверстия, закрепил разъём питания. На днище наклеил изоляционную плёнку.

Передняя панель - согнутая крышка от дохлого FDD. На ней закреплены тумблер для включения питания, 3 кнопки, 4 светодиода в держателях.

На следующем фото видна передняя панель на основном корпусе:

Сзади пришлось поставить распорку для придания жёсткости конструкции.

Я также установил разъём для подключения педали (о ней позже):

Вот так выглядит всё вместе:

Вернёмся к механике. Подпаиваем провода к концевикам. Их я приклеил на задний торец фанеры основания. Для подачи питания на мотор поворота и снятия сигнала с оптопары нужен шлейф, как в принтере. Оттуда его и возьмём, вместе с разъёмами. Один из них впаиваем в плату, второй приклеиваем к каретке. К нему припаиваем провода от оптопары и двигателя. Располагаем шлейф так, чтобы каретка могла свободно двигаться, приклеиваем его двусторонним скотчем и прижимаем кусочком стеклотекстолита для надёжности.

Педаль

Педаль - одна из тех в общем-то бесполезных вещей, которые делают, однако, работу более удобной.

Процесс её создания я подробно не фотографировал, поэтому есть лишь фотографии отдельных узлов уже собранной педали.

Основа педали - два прямоугольника 170*80 мм из фанеры 6мм. Ось - какая-то деталь для скутера. Она закреплена с помощью аллюминиевых уголков.

Пружина использована от лампы с прищепкой.

На следующей фотографии виден механизм, ограничивающий ход педали:

В отпущенном состоянии педаль удерживается П-образной конструкцией и длинным винтом М4, на конце которого закреплена шайба с наклеенным кусочком войлока. Винт движется в прорези фанерной детали посередине. Если нажать педаль, верхняя упрётся в П-образную конструкцию сверху.

Эта войлочная полоска нужна для того, чтобы педаль не стучала при нажатии.

Конец винта нажимает на удлиннёную лапку телефонного переключателя (того, что срабатывает, если положить трубку):

Сверху на педаль наклеен лист резины от проигрывателя (ЭПУ). Снизу наклеены 4 ножки из той же резины:

К осномы блоку педаль подключается с помощью экранированного кабеля и разъёма СШ-5.

Первое включение. Налаживание.

Вот и настал этот долгожданный момент. Подсоединяем все разъёмы, в этом нам поможет то, что все они разные:

Включаем. Зажигается зелёный светодиод.

Вручную замыкаем концевики, убеждаемся, что светодиоды красного цвета зажигаются так, как надо. Нажимаем кнопки "Вправо" и "Влево". Если каретка едет в противоположную сторону, меняем местами провода мотора привода каретки. Проверяем отработку замыкания концевиков при движении каретки. Если сработал, например, левый концевик, кнопка "Влево" должна престать работать. При нажатии кнопки "Вправо" красный светодиод должен погаснуть, а кнопка "Влево" снова заработать. Аналогично с другой стороны.

Зажимаем плату.

Теперь нажимаем кнопку "Поворот". Должен зажечься жёлтый светодиод.

Проверяем срабатывание оптопары. Как только шток попадает в щель оптопары, двигатель дожнен остановиться, а жёлтый светодиод - погаснуть. При необходимости вращением штока на валу настраиваем горизонтальное положение платы. Если вас не устраивает направление вращения платы, меняем полярность двигателя поворота. После сменя полярности нужно снова настроить оптопару. Подстроечным резистором устанавливаем оптимальную скорость вращения. Проверяем срабатывание тормоза. Он должен включаться сразу после прихода сигнала с оптопары (т.е. погасания жёлтого светодиода). Если всё работает, подключаем педаль, проверяем её срабатывание.

Если нужно, подгибаем лапку переключателя.

Наконец, когда всё работает, можно закрепить электронику на устройстве.

Размечаем и сверлим отверстия на левой стойке. Закручиваем винты.

В исходном устройстве от Weller есть механизм для прижима платы. Я тоже сделал такой. Вот так он выглядит:

 Это две пластинки из стеклотекстолита. Они соединены друг с другом винтом, на которые надета пружина. Это позволяет легко их поворачивать, но в то же время они держат заданный угол.

Аналогичный крепёж применён для крепления этого механизма к валу. Для этого пришлось заменить один из винтов боле длинным.

На конце проволокой закреплён кусок термостойкой резины. Найти такую можно в "печке" лазерного принтера. Обычную резину применять нельзя, ведь паяемые детали могут сильно нагреваться.

Вот как это работает. Для примера я прижал уже впаянный в плату стабилитрон, но это не важно. Итак, прижимаем:

Далее поворачиваем. Даже если бы стабилитрон не был припаян, он бы не выпал.

Вот так выглядит уже готовое устройство:

Удачи  в сборке!

Файлы:
Проект в CVAVR (архив)
Печатная плата в Sprint Layout 6.0 (архив)
Прошивка МК

Все вопросы в Форум.