Setting FlatCAM untuk milling PCB dengan CNC

  1. Buka file gerber untuk jalur PCB layer bawah biasanya file .GBL, atau buka layer atas biasanya file .GTL
  2. Buka file Excellon untuk lokasi pengeboran, biasanya file .XLN
  3. Selanjutnya jika layer yang akan digurat adalah layer bawah, perlu dibalik dengan perintah mirror. Biasanya dipilih di titk 0,0 pada sumbu X.
  4. Jika inggin menggunakan CNC untuk memotog PCB bisa buka file outline, biasanya file .GKO

Cara ubah desain eagle ke flatcam, bisa lihat artikel berikut: Eagle to FlatCAM

Isolation routing

  1. Buka file gerber, dengan klik 2x, misalnya file .GBL dan pilih tombol isolation routing.
Tombol Isolation Routing
Menu Isolation Routing

Isikan parameter tersebut, mulai dari ukuran milling (bor) 0.7 mm dengan jenis C1. Passes diisi 1 menandakan 1 kali guratan. Overlap biasanya 10%, jadi jika passesnya lebih dari 1, jaur yang overlaping 10% (Dalam hal ini jika milling 0.7mm, mmaka overlapnya 0.07mm). Centang bagian combine jika iki menyatikan file hasil geometry-nya. PAstikan untuk mencentang Check Validity untuk memastikan semua jalur dapat dibentuk geometry-nya. Jika sudah komplit isiannya, klik tombol [Generate Geometry]

File geometry akan tebentuk dan lanjutkan dengan membuat object CNC.

Isikan parqameter di atas untuk kasus bor 0.7mm s.d 0.8mm. Diameter mill adalah 0.7 dengan bentuk C1. Cut Z adalah seberapa dalam tembaga PCB akan dikelupas. Untuk PCB dengan tebal 1 oz, sejatinya adalah 0.035mm tebal tembaganya. Namun, saat mill sudah mulai tumpul atau PCB tidak rata, maka di atas ditambahkan dalamnya guratan sebesar -0.050mm. Centang Multi-Depth agar guratan pertama adalah -0.040 dilanjutkan guratan kedua untuk membersikan sisa tembaga -0.050mm.

Travel Z adalah seberapa tinggi mill bergerak saat pindah ke titik lain. Pastikan tingginya melebihi dari ketebalan PCB. Untuk PCB 1 oz, bisa gunakan 2 atau lebih, dimana tebal PCB hanya 1.78mm. Feedrate X-Y adalah kecepatan gerak mill. Gunakan 180 mm/s untuk kecepatan sedang. Feedrate Z 60 mm/s untuk kecepatan pengeboran sedang. Untuk CNC yang ketinggiannya kurang dari 5 cm, disarankan mengganti End Move Z menjadi 10mm. Lanjutkan dengan klil tombol [Generate CNCJob Object]

Pembuatan Kode GCODE

Menu CNC Job Object

Lanjutkan dengan membuat kode GCODE untuk dapat dibaca oleh CNC. Cukup dengan membuka menu CNC Job Object dan klil tombol [Save CNC Code]

Excellon Object, atau titik pengeboran

Excellon Object

Buka menu Excellon Object, tentukan lubang dengan ukuran berapa yang akan dibor. Jika semua lubang, cukup klik tanda pagar, semua lubang akan terpilih. Lanjutkan dengan klik tombol [Drilling Tool]

Pembuatan CNC Object untuk pengeboran

Pilih ukuran lubang PCB atau cukup klik # untuk pilih semua lubang. isikan Cut-Z dengan tebal PCB, untuk pcb dengan tebal 1 oz bisa gunakan -1,78mm atau -1,80mm. Travel Z gunakan 2mm atau sesuaikan dengan ketebalan PCB. Feedrate Z atau kecepatan pengeboran, isikan 120mm/s untuk kecepatan tinggi atau 60mm/s untuk kecepatan sedang. Ganti tool change ke 10mm dan End move Z ke 10mm untuk CNC ketinggian rendah. Klik [Generate CNCjob Object] untuk membuat object CNC

Pembuatan GCode untuk pelubangan PCB

Cukup Klik Save CNC Code simpan GCode

Proses Autoleveling

Proses ini digunakan untuk mendeteksi ketinggian PCB yang nantinya disematkan di GCode. Proses ini dibantu dengan software autoleveler.

Tampilan Autoleveller versi 7

Pilih software cnc yang akan digunakan, misalnya Mach3. Buka file GCODE dengan extensi .tap atau .nc maka ukuran otomatis akan msuk ke setting. Isikan ZFeed dengan 100mm/s untuk kecepatan mill mendeteksi ketinggian. Probe depth -1, sehingga saat kedalaman -1mm tidak ditemukan tambaga, maka dianggap jarak tembaga dengan probe maksimal adalah 1mm. Probe clearance diisi 2mm untuk probe bisa bergerak. Isikan nilai ini > ketebalan PCB. Probe spacing 10mm untuk melakukan probe 10mm atau isikan 5mm untuk melakukan probing setiap 5mm. Isikan Z safe height dengan 10mm untuk mesin CNC yang ketinggian rendah. Klik [Create Levelled GCode] untuk membuat kode GCode yang sudah tebenam autoleveling.

Pemotongan ukuran PCB dengan outline

Buka file outline, biasanya file .GKO, dan pilih tombol [Cutout Tools]. Selanjutnya mebu berikut akan muncul.

Menu Cutout PCB

Isikan parameter sesuai dengan gambar di atas. Pilih Kind: Gerber, Type:Gerber. Set diamater mill 0.8mm atau sesuaikan dengan ukuran mill yang digunakan. isikan Cut Z dengan ketebalan PCB, misalnya -1.8mm untuk PCB 1 oz. Dianjutkan untuk menggunakan Multi-depth untuk mill yang berukuran kecil dengan nilai 3mm s.d 5mm dan margin 0.1mm atau sesuai dengan keinginan sebagai batas pemotongan. Isikan Gap size 1mm agar PCB mudah dilepas, atau setidaknya sesuai ukuran mill yang digunakan. Pilih Gaps: LR untuk gap di kiriri dan kanan. LAnjutkan dengan [Generate Geometry] selanjutnya buat Object CNC dan simpan kode CNC sesuai contoh geomatry lain untuk pengeboran.

Setting konfigurasi cepat

Gunakan setting berikut untuk penyetikan cepat dengan klik menu File => Backup => Import Setting dengan file berikut. File berikut untuk ketebalan PCB 1oz dengan mill 0.8mm

Password untuk semua file:latiful hayat

Jika letak lubang PCB tidak sesuai dengan jalur, cek artikel berikut: Setting Trailing Zeros

Eagle uses Trailing Zeros in its Excellon number format but does not properly report this format in the Excellon file. To tell FlatCAM to use this format by default set this system option excellon_zeros to T by using the set_sys command in the Shell Command Line Interface as shown below:

Ketikkan set_sys excellon_zeros T pada Cmd Line lalu restart FlatCAM

Set agar mata bor CNC berada pada titik Nol dengan ketinggian tepat diatas PCB

Brikut cara menset agar mata bor CNC berada pada titik Nol. Jika menggunakan software Mach3 maka cukup aktifkan CNC lalu pindah mata bor ke tempat yang diinginkan sebagai titik nol. Memindahkannya cukup menggunakan tombol panah kiri/kanan/atas/bawah pada keyboard. Tidak perlu mengiraukan ketinggiannya. Cukup sumbu X dan Y nya saja.

Ketinggian diatur dengan tombol PageUp dan PageDown. Pengturan harus hati hati agar tidak terlalu turun sehingga bor patah. Cukup di-tap (tekan sedikit demisedikit saja) jangan ditekan terus menerus. Jika sudah hampir menabrak media yang akan di-bor, maka hentikan pada kurang lebih ketinggian 10mm.

Pemasangan probe cukup mudah, namun butuh pengecekan dan mungkin pengaturan. Selanjutnya pasang probe yang biasanya dalan bentuk konektor jepit buaya. Jika tidak tersedia, bisa dibuat sendiri dengan munghubungkan panel probe-nya. Untuk meyakinkan bahwa probe berfungsi, maka buka bagian Diagnostics (Alt+F7) lalu tempelkan probe pada PCB. Jika pada pilihan Digitize berubah warna, maka probe telah berfungsi dengan baik. Namun jika belum berubah warna, coba cek bagian Config dan centang Probe dan Active Low.

Set semua menjadi titik Nol, biasanya cukup menekan tombol REFF ALL HOME, namun kadangkala ada sumbu X, Y, Z yang tidah mau berubah jadi 0. Maka tekan saja tombol tersebut. Selanjutnya buka file findzero.nc ini untuk memindah dan set ketinggian tepat diatas PCB.

G0 Z0  (Pindah ke posisi 0,0,0)
G31 Z-10 F100 (Cari probe dengan arah Z negatif atau turun 10mm dengan kecepatan 100mm/det)
G92 Z0 (Jika probe telah ditemukan, maka set Z=0)
G0 Z2 (Pindah ke posisi Z=2 atau naik 2mm)
G31 Z-1 F50 (Cari probe lagi dengan kecepatan 50 mm/det)
G92 Z0 (Set ulang ketinggian menjadi 0)
G0 Z1 (Pindah ke posisi naik 1mm)
M1 (Pause atau berhenti sejenak)

Selanjutnya tinggal lepas Probe dan CNC siap untuk digunakan.

Routing PCB dengan CNC (YOOCNC 3020ZD)

Buka File Layout

Buka file skema (.sch) dan juga board (.brd) dengan Eagle. Arahkan pada tampilan Board.
disarankan untuk mengubah latar belakang menjadi hitam dengan cara pilih menu

Option --> User Interface --> Pilih pada Layout--> Background --> Black.

Cek posisi dan kesalahan layout dengan DRC

Cek desain dengan DRC, pada menu tool –> DRC lalu isikan parameter jika diperlukan.

Penting: Untuk penggunaan VBit ukuran ujung 0.5 mm maka isikan di bagian clearance 20mil. untuk ujung 0.2 mm maka isikan di bagian clearance 10 mil. Jika sudah memunyai simpanan seting DRC, tinggal di-Load aja. Berikut contohnya: File DRC Yoo CNC

Klik tombol Check dan jika ada Error atau Warning akan muncul di bagian kanan bawah. Benahi  dahulu error! Jika yakin tidak ada masalah, maka dapat di klik tombol Clear All atau langsung ditutup.

Buat kode GCode dengan PCB GCode

Klik tombol dengan tulisan ULP (di bagian atas, di bawah menu library). Pilih file PCB-Gcode-Setup.ulp lalu buka setingan default pada menu tab GCode Style.

Penting: harus memilih software yang digunakan untuk CNC terlebih dahulu sebelum mengisi parameter. Jika memilihnya setelah mengisi parameter, maka isian parameter akan ter-reset!

Pada tab Generation Option: (pilih GCode yang akan dibuat, centang yang dipilih)
——————

cnc-t1

  • Top Side: Layer atas
  • Outline: Guratan
  • Drill: Lubang
  • Bottom Side: Layer Bawah
  • Outline: Guratan
  • Drill: Lubang
  • Mirror: dibalik (gunakan fitur ini untuk YOOCNC, karena koordinat x+ dan x- mesin terbalik)
  • Show preview: tampilkan preview, isikan sesuai ukuran PCB
  • Generate milling: -1.27mm / sesuaikan dengan tebal PCB (pilihan ini untuk membuat GCOde milling/bentuk PCB sesuai layer 46. Tandai centang jika diperlukan)
  • Generate text: -0.127mm (pilihan untuk membuat GCOde guratan text yang ada pada layer 46. Tandai centang jika diperlukan)
  • Spot drill hole: -0.05mm (Tandai lubang pada PCB.  Gunakan jika akan dibor secara manual untuk memudahkan pengeboran. Jika dibor dengan CNC, tidak perlu ditandai, hilangkan tanda centang)
  • Isolation: centang single pass jika ingin sekali guratan saja. (Gunakan fasilitas singgle pass  ini untuk mengecek preview guratan)
  • Minimum: 0.005mm (isikan jarak guratan terdekat dengan jalur PCB)
  • Maximum: 0.5mm (Isikan dengan ukuran ujung bor/bits)
  • Stepsize: 0.127mm (isikan jarak antar guratan pertama dengan guratan selanjutnya)
  • Etching tool size: 0.20 (idealnya adalah ukuran ujung bor/bits, namun biarkan ke angka default)

Machine:
——–

cnc-t2

  • Unit: Milimeter
  • Spin Up Time: 1 detik (Jeda waktu untuk spindle/bor berputar)
  • Feed rates:
    •     X Y: 500 mm/menit (kecepatan pindah spindle arah XY)
    •     Z: 180 mm/menit (kecepatan pindah spindle arah Z; mengebor)

Sesuaikan feed rates XY dengan kemampuan mesin. Lihat di Config -> Motor Tuning and Setup pada Mach3 dan cari bagian Velocity. Bagi nilai Velocity dengan 3 atau 4.Sesuaikan feed rates Z dengan ketajaman bor, semakin tumpul harus semakin kecil serta tidak melebihi kecepatan Motor Tuning)

  • Misc:
    • Epsilon: 0.00254 mm (jarak terdekat perpindahan spindle yang ditolelir. Sumbu X,Y maupun Z)
    • DDRF: biarkan kosong, kecuali jika CNC mampu mengganti bor otomatis
  • Z Axis:
    • Z High: 12 mm (Jarah terjauh/tertinggi bor ke PCB untuk istirahat)
    • Z Up: 2 mm (Jarak bor ke PCB saat pindah dari satu tempat ke tempat lain)
    • Z Down: -0.05 mm (kedalaman miling/guratan PCB, sesuaikan dengan ketebalan lapisan tembaga pada PCB)
    • Drill Depth: -2 mm (sesuaikan dengan tebal PCB + 0.5 mm untuk kalibrasi posisi mata bor saat  pengeboran)
    • Drill Dwell: 0.5 detik (Lamanya proses pengeboran)
  • Tool Change: (posisi spindle saat mengganti bor)
    • Position X: 0 mm
    • Position Y: 0 mm
    • Position Z: 21 mm (sesuaikan dengan panjang colet/dudukan mata bor)
  • GCOde Option, Plugins dan Other: Untuk sementara, biarkan default

Jika parameter sudah diisi semua, maka tekan tombol Accept and make my board. Jendela preview akan muncul.

contohko1

Cek kondisi preview milling/guratan. Jika ada yang tidak tergurat. Ganti/geser letak jalur atau ganti jalu yang ukuranya lebih kecil. Ukuran jalur terkecil yang diperkenankan adalah 0.6mm (25 mil)

Modifikasi file GCode untuk proses autolevelling

Autoleveling adalah menentukan ketinggian/ketebalan PCB dengan bantuan probe pada mesin CNC pada port 15 menggunakan Software Autoleveling.

Buka software Autoleveler (software ini memerlukan java) lalu pilih mesin Mach3 (Sebelah tombol About). Klik tombol Browse for Gcode dan arahkan ke file hasil pengubahan ke GCode. File ditandai dengan akhiran .bot.etch.tap untuk layer bawah dan akhiran .top.etch.tap untuk layer atas.

autolevel

Secara otomatis bagian Probe setting akan terisi. Jika ingin dimodifikasi:

  • Z Feed: 100 mm/menit (kecepatan probing, semakin kecil semakin presisi. Jangan melebihi Z feed Rate pada PCB-GCode)
  • Probe Depth: -0.1 mm (Jika PCB tidak berhasil di-probe, maka secara otomatis dianggab PCB berada di 0.1 mm dibawah mata bor)
  • Probe clearance: 2.5 mm (Mata bor akan berpindah antar titik probe dengan ketinggian 2 mm. Isikan sesuai rumus: Z UP pada PCB-GCode + Probe Depth pada autoleveler Misal: 3mm + (-0.5)mm = 2.5 mm )
  • Probe Spacing: 25 mm (Jarak antar probe. Karena ukuran PCB 100mm x 100mm maka diganti menjadi 20mm agar hasilnya: 100*100 / 25*25 = 16 kali probe saja)
  • Z Safe Heigh: 20 mm (Jarak probe terjauh ke atas untuk berhenti)

Setelah parameter diisikan, klik tombol  CreateLevelledGCode lalu disimpan. file siap dibuka di Mach3.

Modifikasi file GCode drill.tap agar ada waktu untuk mengganti mata bor

Buka file .bot.drill.tap dan ganti perintah: G01 Z0.0000  F254 menjadi M00 (ganti perintah pindah ke posisi Z=0 mm mjd perintah stop). Maksud penggantian kode yaitu agar saat pergantian bor (setelah perintah M06) maka mesin akan berhenti. Saat mesin berhenti, bor dapat diganti sesuai dengan ukuran yang ditunjukkan di GCode setelah tanda ; (titik koma) dalam satuan milimeter.

Nilai F254 mungkin berbeda, karena bergantung dari nilai Feed Rate yang diisikan di PCB Gcode

Pengoperasian Mesin:

Pasang PCB sesuai gambar berikut:

YooCNC - Latiful Hayat
Pastikan PCB tidak menggelembung. Alasi PCB dengan papan yang rata, atau PCB yang sudah tidak terpakai.
Buka Mach3 lalu klik pada tombol SoftLimit hingga border hijau hilang. Ingat Mach3 harus dibuka dahulu sebelung mengaktifkan mesin CNC, agar CNC tidak bergerak sendiri / mengunci jika terjadi error pada port
komputer.

Aktifkan mesin CNC lalu tekan tombol Reset (biasanya berkedip jika belum ditekan) hingga border berwarna hijau.

Arahkan dahulu spindle/bor ke arah atas dengan tombol Page Up agar spindel tidak menabrak PCB. Geser CNC menggunakan tombol tanda panah kiri (<–) atau kanan (–>) untuk mengggerakkan
spindle, serta atur letak PCB agar tidak miring. Awas: YOOCNC memiliki arah X+  dan x- terbalik, maka
hati hati dalam menggerakkan spindle.

Taruh mata bor/bit tepat diatas koordinat titik nol yang dikehendaki sekitar 2 s.d 3 mm, jangan
terlalu dekat dengan PCB. Ada kalanya PCB tidak rata. Lalu gerakkan bor ke semua arah PCB. Jika terlalu mepet dengan PCB, gerakkan ke atas dengan tombol Page Up pada keyboard. Jika terlalu jauh dari PCB, gerakkan ke  arah bawah dengan tombol Page Down. Awas: Hati-hati saat menggerakkan  spindle ke bawah, jika bits/mata bor terkena PCB maka bisa patah, atau PCB berlubang!

Jika sudah siap, mata bor ditaruh di atas PCB dengan tepat pada titik nol yang diinginkan, maka tekan tombol REF ALL HOME pada Mach3. Putar spindle lalu lubangi sedikit untuk titik 0 dengan cara menekan tombol page down pada keyboard. Lubang nantinya dijadikan tanda untuk titik nol pada saat pengboran.

Cek setingan port pada menu tool, pastikan pada port 15 dan active low dicentang. Lihat kondisi probe pada Tab diagnostic. Pastikan saat probe dihubungkan kedua kutubnya, maka bagian Digitize akan berwarna Hijau.

Pasang kutub probe pada spindle, tapi jangan diaktifkan dahulu spindelnya. Pasang kutub yang lain pada PCB. Penting: Pastikan penjepit probe menjepit kuat agar tidak lepas. Kalau sampai lepas, maka bit akan patah, PCB berlubang dan bahkan dasar mesin CNC juga berlubang!

Load file GCode hasil Autoleveler. Lanjutkan dengan pindah spindle menyusuri PCB sesuai pada gambar toolPath, dan pastikan semua area toolpath terkover di PCB (Ukuran PCB tidak kurang) serta tidak menabrak penjepit PCB.

Kembalikan ke titik 0 dengan menekan tombol GOTO Z (Goto Zero). Klik Run dan biarkan CNC
bekerja sambil diamati! Wajib: Sambil diamati! Bila probe atau bits/mata bor menabarak
sesuatu, langsung ditekan tombol EMERGENCY STOP agar CNC tidak rusak lalu ulangi lagi langkah
dari awal.

Saat selesai probing, maka CNC akan berhenti. Ambil probe, jaga jangan sampai terhubung antar
probe dan aktifkan spindle dengan kecepatan maksimum. Saat sudah sampai ke kecepatan maksimum,
tekan Run di Mach3 lagi. (Sekali lagi, wajib: Sambil diamati! Bila probe atau bits/mata bor menabarak sesuatu, langsung tekan tombol EMERGENCY STOP agar CNC tidak rusak lalu ulangi lagi langkah dari awal)

Setelah selesai, biasakan untuk mengembalikan posisi spindle ke home, atau titik nol. Gunakan
fasilitas tombol Goto Z pada Mach3.

Proses pengeboran

Pindah spindle ke atas dengan tombol keyboard Page Up secukupnya, lalu ganti bor dengan ukuran terkecil. Setelah diganti, turunkan mata bor sedikit demi sedikit hingga kurang lebih 1mm jangan terlalu dekat dengan PCB. Lalu tekan REF ALL Home. Lalu gerakkan bor ke semua arah PCB.

Jika terlalu mepet dengan PCB, gerakkan ke atas dengan tombol Page UP. Catat perubahan Z lalu
kembali he home dengan tombol Goto Z lalu naikkan dengan tombol Page Up hingga nilai Z sesuai
pada catatan dan klik REF ALL Home.

Awas: Hati-hati saat menggerakkan spindle ke bawah, jika bits/mata bor terkena PCB maka bisa patah, atau PCB berlubang!

Usahakan jarak terjauh antar PCB dengan mata bor di seluruh permukaan PCM maksimal adalah 0.5 mm
(Sesuai dengan perhitungan Drill Depth pada PCB-GCode). Ulangi langkah pemindahan mata bor ke
seluruh PCB hingga tidah ada PCB yang terlalu mepet pada mata bor.

Jika semua OK maka kembali ke home dengan tekan GOTO Z.

jika home tidak pas pada lubang titik 0 yang tadi ditandai saat miling, maka paskan dengan
menekan tombol panah, namun jangan mengubah ketinggian mata bor. Jika sudah pas, maka tekan
REF ALL Home. Catatan: Jika ternyata spindle berubah ketinggian, atau terpencel tombol page up atau
page down, maka kembalikan ke titik 0 dengan Goto Z.

Tutupi PCB dengan kertas transparan (mika) agar debu pengeboran tidak tercecer! Buka file GCode drill.bot.tap dan kemudian Run (Klik cycle Start) dan biarkan CNC bekerja. (Wajib: Saat CNC bekerja, haris diamati! Bila bits/mata bor menabarak sesuatu, langsung tekan tombol EMERGENCY STOP agar CNC tidak rusak lalu ulangi lagi langkah dari awal)

Proses Penggantian mata bor

Saat GCode sampai pada kode M00, maka proses pengeboran berhenti. Matikan dahulu spindle lalu ganti mata bor sesuai ukuran yang ditunjukkan pada GCode. Jangan sampai posisi berubah dan CNC jangan dimatikan, cukup matikan putaran spindle saja.

AWAS: Mata bor mudah patah, jatuh dari atas meja saja sudah patah!