DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UNA FRESADORA CNC DE 3 GDL PARA FABRICACIÓN DE TARJETAS ELECTRÓNICAS USANDO ARDUINO Y UBUNTU LINUX

DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A CNC MILLING 3 DOF TO MANUFACTURE OF ELECTRONIC CARDS USING ARDUINO AND UBUNTU LINUX

Jhan Oré D1. y Ricardo J. Palomares 1

ResumenLa presentación investigación tuvo como objetivo el diseño e implementación de una fresadora

CNC de 3 GDL con la capacidad de maquinar en una placa de cobre el diagrama de pistas de un cir-cuito impreso utilizando el software Inkscape. El diseño e implementación de la fresadora contem-plo cinco áreas: estructura mecánica, alimentación eléctrica, electrónica de potencia, adquisición de datos, control y monitoreo HMI. La fresadora fabricó circuitos impresos de 1 x 1 hasta 10 x 10 cm de forma automática, acortando el tiempo de fabricación y obteniendo una mejora en la calidad del producto frente a otros métodos tradicionales.Palabras clave: Arduino, Fresadora, Linux, circuito impreso.

AbstractResearch presentation aimed at the design and implementation of a CNC milling machine 3

DOF with the ability to machine at a copper plate diagram of a printed circuit tracks using the sof-tware Inkscape. The design and implementation of the milling contemplate five areas: mechanical structure, power supply, power electronics, data acquisition, monitoring HMI and control. The mi-lling printed circuits manufactured 1 x 1 up 10 x 10 cm automatically, shortening the manufacturing time and obtaining an improvement in product quality over other traditional methods.Keywords: Arduino, Milling Machine, Linux, Printed Circuit Board.

Presentado: 16/10/2015Aceptado: 17/12/2015

1 Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (Untels)

Untelsciencia-Perú,1(1),2016, LimaISSN 2414-2751Depósito legal 0000-0000© Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (Untels)

IntroducciónEl diseño y la fabricación de tarjetas elec-

trónicas PCB es un proceso muy importante para las industrias ya que influyen en su compe-titividad, al brindar dispositivos electrónicos de alta calidad. Asimismo, son de gran importancia para la investigación y otros fines académicos.

Si bien existen métodos tradicionales y equipos modernos para el diseño de las tarje-tas PCB la Universidad Nacional Tecnológica

de Lima Sur (Untels) no cuenta con este equi-pamiento en sus laboratorios. Por lo tanto, con la finalidad de dar una solución se formula el siguiente problema, ¿Cómo se podrá fabricar tarjetas electrónicas PCB de buena calidad, en un menor tiempo y costo, con la finalidad de brindar una herramienta para los estudiantes de la Untels?

Se busca brindar una solución para la fabri-cación de placas de circuito impreso, además de

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buscar reducir los tiempos de fabricación de las mismas, así como, brindar una solución econó-mica, que puede ser implementada en la Untels.

MetodologíaEtapas dela investigación

La investigación contiene 05 áreas, las cua-les se muestran en la Figura 1.

Figura 1. Áreas de interés de la investigación. Figura 3. Fuente de alimentación tipo ATX.

Figura 2. Diseño mecánico de la fresadora de 3GDL.

• Etapa mecánicaSe consideró un sistema robótico cartesiano de 3GDL [1]. La implementación se reali-zó bajo el diseño de Mantis-CNC [2], fre-sadora de madera, la cual se muestra en la Figura 2.

• Etapa de alimentaciónLa fuente de alimentación seleccionada es del tipo ATX, con la que se alimenta desde los circuitos integrados hasta los motores y la fresadora. Una fuente ATX, la cual se muestra en la Figura 3, es la más económica y de fácil adquisición.

Figura 4. Circuito de control de motor paso a paso bipolar.

• Etapa de potenciaPara el control de motores paso a paso bi-polar se utiliza un driver L298N, que per-mite controlar motores de más potencia que el driver L293D, pero con la desventaja de que no tiene integrados diodos de protec-ción en la salida, [3] tal como se muestra en la Figura 4.

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ResultadosLa prueba de funcionamiento de la fresado-

ra CNC, se inicia con el diseño de un circuito eléctrico en el software ISIS de Proteus 8 Pro-fessional, el cual se muestra en la Figura 7.

Figura 6. Tarjeta de control Arduino Uno R3.

Figura 7.Circuito eléctrico para pruebas en sof-tware ISIS PROTEUS.

Figura 8. Circuito eléctrico para pruebas en software ISIS PROTEUS.

Figura 5. Circuito de control para finales de ca-rrera.

• Etapa de adquisición y envío de datosSe consideró para la adquisición de datos, finales de carrera para cada eje X, Y, Z, por lo cual, se utilizó un total de 6 unidades, cuya distribución se muestra en la Figura 5.

• Control y monitoreo HMIEl control y monitoreo (HMI) es realizada por una plataforma Atmel consistente de un módulo Arduino Uno R3, el cual se mues-tra en la Figura 6. El control y monitoreo de la fresadora se realiza por medio de un programa realizado en Gambas 3.5.3 bajo el sistema operativo Ubuntu Linux.

Se traslada el diseño con un software de di-seño de placas como el Ares Proteus 8 profes-sional, tal como se muestra en la Figura 8.

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Ya con la tarjeta electrónica diseñada y en formato PDF se tiene que importar al programa Inkscape para poder generar el archivo de me-canizado en formato SVG. Finalmente, se abre el archivo en el programa de la fresadora, tal como se muestra en la Figura 9.

Para el trazado de pistas se ubica la herra-mienta de fresado en el punto de inicio y se ve-rifica que funcione así como los finales de ca-rrera, tal como se muestra en la Figura 10.

Finalmente, se completa la tarjeta electró-nica colocando sus componentes electrónicos para verificar el correcto proceso de fabricación de las pistas y el funcionamiento del circuito propuesto, tal como se muestra en la Figura 11.

Figura 9. Archivo de mecanizado en software de fresadora.

Figura 10. Fabricación de las pistas en placa de cobre.

Figura 11. Pruebas de funcionamiento de tarjeta electrónica.

Discusión de los resultadosDespués de haber realizado todo el proceso

de fabricación de la placa con el prototipo de fresadora se observa que el circuito propues-to funciona correctamente por lo que se puede afirmar que el diseño y la fabricación del meca-nizado funcionan correctamente.

El proceso de fabricación de las placas pue-de tomar menos tiempo, acortando el tiempo de fabricación y obteniendo una mejora en la cali-dad frente a otros métodos tradicionales.

Conclusiones1. Se diseñó e implementó una fresadora

CNC de 3 GDL para la fabricación de tar-jetas electrónicas usando Arduino y Ubuntu Linux.

2. Se diseñó e implementó de manera exitosa la estructura mecánica, alimentación, etapa de potencia, adquisición de datos, control

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y monitoreo HMI para una fresadora de 3GDL.

3. Se fabricó tarjetas electrónicas PCB de bue-na calidad, reduciendo el tiempo y costos.

4. La fresadora CNC de 3 GDL para fabrica-ción de tarjetas electrónicas puede ser utili-zada por los estudiantes de la Untels.

Referencias bibliográficas[1] Barrientos, A. (2007). Fundamentos de Ro-

bótica. McGraw-Hill. 2da Edición. España.

[2] Herrera, D. (2012). Diseño y construcción de una máquina para la elaboración de circuitos impresos basado en control nu-mérico computarizado. Tesis de ingeniería publicada por la Escuela Politécnica Nacio-nal, Quito, Ecuador.

[3] Muñoz, M. (2010). Prototipo electromecá-nico para dibujar circuitos impresos sobre una placa de cobre. Tesis de ingeniería pu-blicada por la Universidad Tecnológica de la Mixteca, Oaxaca, México.

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