【雕刻机】雕刻机雕刻PCB电路板文件教程（AD导出gerber雕刻+钻孔文件+CopperCam设置+grbl control设置）

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原文作者：ly7317090803

发表时间：2016-01-11

PCB电路板制作的方法很多，但用雕刻机刻PCB步骤是最少的，所需的材料也最少，虽然精度、稳定性及效果不如热传印。前段时间买了个玩具小雕刻机(仅机械部分)，大部分是亚克力板，老板说这东西同轴性较差（实际还真是，传动轴不是用轴承固定的），完成PCB雕刻还是可以的。下面主要说说2个简单的从PCB到雕刻机文件的详细方法：
      protel及Altium Designer绘制PCB应该很多人用，它们都可以输出Gerber文件，再使用CopperCAM或ArtCAM即可输出nc雕刻文件，通过Grbl Controller输出到雕刻机即可完成雕刻。之前在网上找了很多此类教程（或视频），学到了个大概，但走了很多弯路，比如使用CopperCAM这软件就浪费了我2天时间去测试其与Altium Designer导出的文件兼容问题。故在此介绍从PCB到雕刻机的详细步骤。
         本文主要是通过2种办法输出G码雕刻文件：
         ①CopperCAM读取gerber文件并形成雕刻路劲：protel输出gerber文件（1楼第1个图）、Altium Designer 输出gerber（1楼图4）；CopperCAM打开gerber文件（2楼图4）；Altium Designer 输出过孔文件（2楼图8）。使用CopperCAM的一些注意事项（1楼图10）
         ②ArtCAM读取BMP图片并生成雕刻路径。导出的办法类似，区别是输出bmp文件。直插元件焊盘的输出（3楼图11）、全部过孔的输出（3楼图8）。ArtCAM计算切割路劲（4楼图7）。
（一）、CopperCAM软件有点老，但目前没找到更适合的。假如是用protel 99画的PCB-----
先在“Documents”里新建一个CAM文件：




再双击那个“CAM”文件，假如你有多块PCB电路注意选对，本文里只有一个，如下：


接着会运行导出CAM向导：

选择Gerber，接着下一步：

输入文件名字，自己定义即可：

选择输出PCB尺寸单位及数值的小数位：

选择要输出的是哪一层，下图是输出PCB顶层：

接着没什么要选的，默认点next即可：


点完Finish后即完成输出的设置：

此时还可以双击“Gerber output”进行修改，若没什么要改的就跳过：

接着来输出Gerber文件，右击选择“Generate CAM Files”：

此时Document里会多一个CAM for PCB的文件夹：

由于图片数量限制，楼下继续。

小雕刻机雕刻PCB（二）

双击打开，找到*.GTL文件（GTL是顶层输出的Gerber文件，GBL是底层的，一般做双面板就这两文件）：

右击它选择“Export”导出此GTL文件：

选择保存的路径：

至此完成的protel导出Gerber文件的过程，下面说下Altium Designer导出Gerber的详细步骤：
先打开一个PCB文件，选择文件->制造输出->Gerber：

接着弹出设置Gerber的对话框：

主要是在通用、层两个选项卡里简单选择下即可，接着点确定后会多出一个“CAMtastic1.Cam”，在此文件下再点文件->导出->Gerber：

弹出的对话框设置输出配置：

上图的“RS-274-X”不要改。进入设置，注意下面阿拉伯数字那整数位、十进制，之前是选2:3，此处也选2和3：

注意英文代表单位是mil，公制则是mm，全部确定后，再选择输出路径即可。

在此Altium Designer导出Gerber也完成了。但是Altium Designer导出Gerber时与CopperCAM有点兼容问题，不同的PCB有很多奇怪的问题，下面主要说下几点注意事项：
1.改变下输出单位，有时输出单位设置的问题会导致CopperCAM打开Gerber文件显示混乱：

从低版本PCB文件用Altium Designer转换后选英寸的单位好些。其次2:3与 2:4对最后的输出结果部分细节有影响，遇到不同的PCB可以试着改变下。
2.输出Gerber时选择“分离合成层到当独文件”与否直接导致结果是否可用，部分PCB会遇到此情况：

3.Gerber输出的“零度抑制”可能会导致输出的PCB能否在CopperCAM上正常打开，下图左，有的PCB选择“无”最后显示就会无问题。还有就是右侧绿色框里的选项有点去掉后也能让CopperCAM打开正常，如“转化多边形矢量填充”，试着去掉或勾上，因为不同PCB文件输出后CopperCAM不能完美识别。

4. 全覆铜情况下需去掉后才可转换，还有覆铜及泪滴对CopperCAM、的考验很大，尽量去掉它们，比如覆铜后用CopperCAM打开2个小时还未处理完，当然有时间就等它个七八小时应该能处理完。比如这样（等待1小时无变化）：

其次双层板及以上尽量分开转，同时勾选转换时可能出现某个线条显示不正常。
最后尽量不要用“不规则区域填充”当作导线（有时能识别且导出，有时不行）。
5.贴片元件焊盘尽量不要选6边行或其他的，最好选长方形的，不然CopperCAM识别不了。

6.有圆弧的地方，注意要选上：

上面是总结了几点CoppCAM软件支持部分的注意事项，不过最后还是要考虑导线间距等，绘制PCB必须仔细考虑，雕刻精度不是要多高就能多高的，机械切割是没法与化学反应精度比的。

小雕刻机雕刻PCB电路板文件（三）

接着打开CopperCAM软件，打开时会弹出对话框选择Gerber之类的文件，选择之前导出的GTL或GBL文件：

先看下打开显示是否正常（导线、焊盘），接着设置刀具参数，在刀具库里：

若刀具库里的刀具与实际不一致就在刀具编号里面新加一个，设置直径、角度等：

选择使用的刀具，主要是雕刻刀具，设置好深度及极限：

选机器->计算切割线，连接线隔离数选2就，若线细易破坏可选1：

接着导线轮廓出现黄色细线，及雕刻路径：

最后点“机器”->”生成NC代码”,选择区域：

若是雕刻底层则需勾选“翻转X”，这样才能雕刻出底层，若全部为直插原件，可以不必考虑，但一定要想好是否利于焊接。 

过孔则也差不多，步骤如下，先从PCB中输出NC Drill Files：

钻孔基本也没什么要变的：

也是导出Gerber文件：

不过此时输出的是TXT文件，要同时输出钻孔文件需线打开原来的GTL或GBL文件，接着选择打开附加层：

接着设置下过孔直径：

假如位置不对应则选择相应的层旋转对好：

基本对好后计算切割线，在此当独输出钻孔文件：

接着会弹出一个*.iso文件（此文件是可直接输出到雕刻机的），另存并命名下：

雕刻文件与钻孔文件分开以便雕刻时方便。

小雕刻机雕刻PCB电路板文件（四）

钻孔文件模拟刀路（nEditor2软件）：

另外CopperCAM软件还有部分编辑功能：
增加、删除切割线条：

起用、禁用：主要意思是在计算切割线时此部分是否算入要切割的路径，有时打开的Gerber文件部分线可能是棕色（禁用，不起作用状态），将这未起用的导线或区域重新选中后即可。或者遇到部分区域要删除或隔离就将其选为禁用。除此之外还可以删除焊盘、导线及部分区域等。但注意不要去修改焊盘参数，因为那样做后等待的将是重头来过（win7下软件闪退）。

有时导入后发现焊盘被转了90°，此时需对这些焊盘收到调整，右击此焊盘选择旋转90°即可。
在用附加层添加过孔层后，过孔看上去比标准位置上移了0.3mm左右，此时需在过孔层：“文件”->“offset” 里调整Dy的值。负数表示往下移。
在做双层板时，最好把所有层全部加进去，看下是否有某层有偏移，比如在同时打开顶层、底层后，两层不一定对位，此时先在顶层（或底层）选一个焊盘做参考点（右击焊盘选设置为参考焊盘），再切换到底层（顶层），在依次“文件”->“Adjust on reference”,接着单击当前层与另一层参考焊盘对应的焊盘。
输入的单位一般为mm，速度mm/min。在“文件”可以设置原点位置以便雕刻（最后手动输入坐标）。在“机器”菜单下可以添加定位孔。

最后直接用GrblController.exe打开刚才保存的*.iso文件：


（二）ArtCAM软件。这个软件对3D雕刻时很不错的，在此仅单单说雕刻PCB。还有就是此方法用protel 99就不太合适（太麻烦了，还需photoshop等图片软件编辑）。依旧是用Altium Designer打开PCB文件，输出Gerber：

在“通用”选择输出单位等，接着选择要输出的层，最好多输出几层：

注意若要输出钻孔文件需再单独设置下，因为ArtCAM根据不同颜色来识别的。直接输出过孔添加到Gerber内，在钻孔图层勾选“Bottom Layer-Top Layer”：

确定后可以看到*.Cam文件里有一层是“*.gg1”的，那就是需钻孔之处（下图“+”处），为了ArtCAM软件更好区别在此把其颜色改为黑色。

另外要单独排除过孔对直插元件的焊盘进行打孔则导出“Multilayer”层：

勾选*.gml即可。

有时不想要那么多钻孔，过孔则考虑手动加同等大小焊盘在上面，或者将需要钻孔处全部设为圆形，其余不需要钻孔的弄成非圆（形状或颜色来区分都行）。

钻孔孔搞定接着就是最后一步，输出BMP图片文件：

接着框选PCB区域：

变白则选中：

接着在白色部分右击，弹出对话框选择1000dpi（其它也行，越高越清晰），彩色：

接着选择保存的位置（弹出的提示窗口不用管）。

小雕刻机雕刻PCB电路板文件（五）

BMP文件输出后，直接打开ArtCAM软件，单击文件->打开：

文件类型选位图文件，再选择刚才保存的bmp文件，选择1000dpi（刚才保存的就是1000dpi），单位mm：

如图在空白处双击（空白处无电路走线），在弹出的对话框点关闭，这一步主要是为了选择白色部分：

点“助手”->”位图到矢量”：

接着点产生矢量：

接着可以看到图形在导线外围产生一圈包裹。点刀具路径->特征加工：

特征加工选项：凹进，厚度一般0.2左右，越大刻得越深，矢量在顶部边缘，选底部则导线会被多切掉一些，下面选仅轮廓加工（也可选区域清除，但加工耗时很长）：

最后选好刀具，刀具最好根据实际刀具参数（增加刀具再输入参数，注意平底半径、角度、行距、下切步距，下切步距也就是每步下降多少，不要太大，根据实际或者输入0.02mm左右），下图随便选的：

再在计算那点“现在”。
切割路线完成，接着是钻孔的：双击那焊盘（下图灰色的），再关闭

注意：若是输出过孔（即全部需要钻孔的）则双击“+”内再产生矢量：


之后还是一样要产生矢量：“助手”->“位图到矢量”，在点“产生矢量”。接着在“刀具路径”点“钻孔”（二维刀具路径里）：

输入孔深、刀具、哪些要钻孔，最后输入名称，点“现在”。

以上则完成了切割及钻孔的设置。最后来看下仿真：

注意：不合适的刻刀或选择“矢量在顶部边缘”均可能导致部分焊盘无法刻出。
仿真时弹出设置：

为了剩时间就点最快的了：

小雕刻机雕刻PCB（六）

下图是钻孔及切割全部仿真后的样子：

在保存刀具路径后即可进行测试：


刀具路径需逐个保存。输出文件是*.nc格式。
ArtCAM过孔主要是要将要钻孔的地方与其他地方区分开来：比如颜色不同、形状不同等，这样软件才能更好识别。另外CopperCAM输出的G代码与ArtCAM的结构不一样，注意程序处理的问题：

     程序处理方面依然是之前的光驱小雕刻机上改写的，原理不变，仅是驱动上稍改，同时在识别指令时单独对上述两种输出的格式进行匹配。除此之外上位机卡在某个进度不动则很有可能是因雕刻机对上位机发送的指令未及时回复（有的上位机是有个命令队列，里面暂存10条指令，若有10条指令未收到回复则认为雕刻机还未完成步进输出），可以设置等待时间来解决，但最好的办法还是通过串口监视收发数据并分析，本次程序里也遇到过。
附件：ArtCAM----http://pan.baidu.com/s/1i41VnmP
          NEDITOR2 NEDITOR2.zip (1311 K) 下载次数:12 或 NEDITOR2 
CopperCAM：（或网盘： CopperCAM ）
CopperCAM_1 coppercam.part1.rar (1536 K) 下载次数:6 
CopperCAM_2 coppercam.part2.rar (1536 K) 下载次数:5 
CopperCAM_3 coppercam.part3.rar (1536 K) 下载次数:2 
CopperCAM_4 coppercam.part4.rar (275 K) 下载次数:4 
Grbl:（网盘下载 GRBL ）
Grbl_1 Grbl Controller.part1.rar (2048 K) 下载次数:6 
Grbl_2 Grbl Controller.part2.rar (2048 K) 下载次数:5 
Grbl_3 Grbl Controller.part3.rar (808 K) 下载次数:5 
CIMCOEdit5 

PCB文件输出到小雕刻机

雕刻时注意进给速度，主轴电机速度较慢时需要放慢速度，不然刻出的线毛刺多，还有就是工作面与主轴要垂直且在XY运动时主轴与工作面高度一致。下面是刻出的路径，雕刻代码大部分只用了G01  没用任何圆弧插补：

顶层雕刻

雕刻背面时，校对原点。换了JTO夹具发现钻头同心度更难调整了，夹具得很小心才能夹好钻头。

电机功率小，直径也小，换电机估计得换架子了。

底层，由于忘掉了件事导致过孔将背面的孔破坏严重：底层没有导出过孔（其实就是把原来的过孔文件翻转X输出即可）。有过孔的地方必须2面都用刻刀先刻出一个小洞再用钻头

顶层

原PCB文件
焊好的转机板（用于原来的光驱小雕刻机）：

省去了一大把杜邦线

最后就是，若焊接的工具一般且焊接不是很熟练切记把导线间隙拉开或将无用的地方全部铣掉。
主轴电机转速有点慢，于是放慢行进速度，但是刻刀还是没到理想的状态。

机器整体看着还行，实际存在很多问题：主要一个就是传动轴同轴度太差（可能与连轴部分有关）


由于轴有活动间隙，导致对刀后雕刻深度不一致，如上图，间隙达到了0.9mm，要么换电机，要么多试试，有点难把握这个度。
电路其实也没什么，一个DCDC、主控、步进电机驱动、主轴电机驱动（此部分是用无刷电机的H桥临时替用，由于主轴启动时耗费很大电流，会导致电压急剧下降导致主控复位，故在此驱驱动里加入PWM调速启动：PWM从50%-100%逐步加上去，且在突然换向时加入延时等待）。