Программа для управления ЧПУ станком: составление и написание

1. Общие сведения
2. Предназначение
3. Программное обеспечение для плоской резки
4. Программы для металлообрабатывающих и деревообрабатывающих станков с ЧПУ для 3D-моделей
5. Специализированное ПО
6. Возможности программ
7. Процесс разработки программ для станков с ЧПУ
8. Разработка ЧПУ
9. Отладка ПО
10. Видео

Наличие пульта числового управления в оборудовании значительно ускоряет и упрощает производственный процесс металло- и деревообработки для оператора. Но от него требуется большей подготовки и понимания не только механики резки (фрезерования, точения), но и программной, компьютерной стороны вопроса. Сегодня в статье поговорим про написание управляющих программ для фрезерного станка с ЧПУ по дереву и металлу.

Общие сведения

В начале XX века все устройства для обработки заготовок были механическими. То есть, конечно, был электропривод, но за движением всех составляющих следил механик. Это довольно сложная и почетная деятельность, для ее освоения необходимо профильное образование, а также значительный навык и опыт. Но классические модели имеют ряд недостатков:

• Они недостаточно точны. Чтобы добиться высокого класса точности, требуется усердная, филигранная работа, а также безупречное состояние как самого оборудования, так и всех резцов – никаких вибраций, нечаянных движений.
• Большое количество ошибок, дефектных деталей из-за человеческого фактора. Малый опыт или низкая коммуникация (не зря у всех токарей есть разряды), усталость, простая невнимательность – и уже целая заготовка уходит в отходы. Это экономически невыгодно.
• Тяжелый физический труд. У каждой единицы оборудования должен стоять механик, который занимается множеством операций – от закрепления металла в тисках до управления резцом. Это постоянно напряженный труд, требующий внимания, силы и, еще раз повторим, опыта.
• Низкая производительность. Скорость металлообработки недостаточно высока, потому что все делается вручную.

Вместе с первым созданием программ для ЧПУ станков появилось осознание того, что такой же объем работы можно сделать быстрее, без ошибок, с минимальными затратами человеческого ресурса.

Впервые в СССР программно-управляемые системы были внедрены в годы Великой Отечественной войны, в тот же период появились первые проблемы – недостаточная компетентность технического персонала, малое знание основ программирования и несовершенство оборудования.

Исправить эту проблему стало возможно с появлением достаточно адаптированных под пользователя рабочих компьютерных сред. Объясним на примере, как это взаимосвязано.

Инженер хочет создать металлический узел. Выполнить вручную его очень непросто, практически невозможно, поэтому он сперва заходит в программное обеспечение. Здесь он выполняет две пересекающиеся операции:

• Сложные математические вычисления, которые направлены на проверку работоспособности узла.
• Черчение.

Затем специалист, полностью справившись с первой задачей, изменяет формат документа и заканчивает его в числовой пульт управления оборудованием.

Теперь его работа невелика – поставить заготовку, наблюдать за правильным исполнением процесса, а после – снять и проверить образец. А встроенная программа для фрезеровки на ЧПУ сама выберет подходящую скорость и угол резания, режим, а также наиболее эффективный алгоритм движения.

Итак, чтобы создать любую сложную трехмерную деталь из металла, дерева, иного материала, необходимо воспользоваться компьютерным софтом с возможностью 3D-графики. Затем изображение требуется перевести в g-код. Важно, чтобы программное обеспечение соответствовало операционной системе, то есть ОС «тянула» программу. Например, большинство профессиональных CAD некорректно работают на привычном Windows, зато пойдут на Linux. Удобство (в основном отсутствие задержек, что очень важно) также зависит и от самого персонального компьютера.

Предназначение

Сперва в нескольких преимуществах отметим то, зачем нужны сами такие станки:

• Они повышают эффективность и производительность всего предприятия в несколько раз.
• Снижают вероятность дефектного образца.
• Снимают большинство нагрузки с оператора, на нем остается более простая работа.
• Увеличивают точность обрабатываемой детали.

И для того, чтобы была возможна такая система, просто необходима программа. Основная задача создания специализированного ПО – дать возможность фрезеровщику (токарю) отвлекаться от процесса, снизить его ответственность за результат. Теперь он не обязан непрерывно следить за каждым движением резца, сверла. Таким образом, софт включает комплекс команд, которые все вместе поступают на оборудование и влияют на то, какой процесс выполняется.

Так, команды автоматизируют ряд действий:

• Выбор инструмента, его крепеж.
• Фиксация и центровка заготовки.
• Определение подходящего режима, скорости резания исходя из параметров материала и фрезы.
• Движение режущей кромки. Причем минимальное, оптимальное расстояние определяется в зависимости от координат, в которых «нулевой» точкой становится конечное положение резца. То есть, нет необходимости всегда перед очередным проходом возвращаться к начальному участку.

Для каждого нового элемента необходимо написать новый код (чертеж), для чего требуется специализированное программное обеспечение. Если оно есть, а также присутствует базовый навык общения с графическим редактором, можно легко создавать новые команды для оборудования.

Программное обеспечение для плоской резки

Двухмерное конструирование – более простая для резчика задача. Основной процесс, выполняемый на этом оборудовании – это раскрой материалов. От классической распиловки дерева или металла можно перейти к более сложным, фигурным рисункам. Особенно быстро и удобно это можно делать с помощью плазмореза. Но, как и для других элементов, необходимо использовать программу управления для работы на станках с ЧПУ фрезером по дереву или металлу в плоскости. ArtCAM – подходящий софт для этой задачи. Сам проект был создан в 2003 году, с тех пор только набирает популярность. К преимуществам следует отнести:

• Возможность работать и в 3D, то есть для различных заготовок вам не нужно будет выбирать другое ПО.
• Сохранение подготовленных ранее моделей.
• Их интегрирование в сборку.
• Импорт во всех основных форматах, которые применяют в CAD, а также, конечно, подходящий для станков с ЧПУ.
• Опция «волшебная палочка» значительно облегчает выбор и выделение рабочей области.
• Сокращенное время обработки команд на деревообрабатывающем и металлообрабатывающем оборудовании.
• Возможность перемещения, поворота или копирования траектории движения.
• Встроенная оптимизация подач.
• Простой интерфейс и легкость обучения.

Кроме «Арткама», используют VISIO-2007 и Vectric 2dcut, Mach3. У последней преимущество в том, что ее можно использовать на привычной для всех ОС – Windows. А самые большие специалисты, которые уже чертят «с закрытыми глазами», вообще говорят, что можно сделать простенький раскрой в обычном встроенном «Блокноте», а потом перевести все это в командный код.

Программы для металлообрабатывающих и деревообрабатывающих станков с ЧПУ для 3D-моделей

Большинство современного софта имеет инструменты работы с объемными деталями. Создание трехмерных моделей также называют прототипированием, то есть подготовкой прототипа. Перечислим профессиональное ПО, которое используется специалистами:

• CADDS5;
• PowerShape;
• SolidEdge;
• T-Flex CAD;
• AutoCAD.

Практически везде в названии мелькает сочетание CAD, на русский язык аббревиатура переводится как САПР или система автоматизированного проектирования. Все вышеприведенные ПО объединены тем, что они обладают возможностью твердотельного проектирования, то есть такого, которое полностью имитирует работу с реальным образцом, будь то металл, дерево, пластик и другие. После моделирования можно сделать детальную визуализацию, а также тестовый запуск модели. И только после этого переходить к созданию на детали на оборудовании. Преимущества использования этого софта:

• Максимальная реалистичность – это полезно в моментах, когда нужно презентовать свой проект.
• Легко корректировать код, если были допущены ошибки или поменялись планы.
• Автоматическое формирование чертежей.
• Возможность использовать шаблоны.
• Затрачивается минимальное количество времени.

Специализированное ПО

Расскажем о составлении управляющей программы для токарного или фрезерного станка с ЧПУ на примере наиболее популярного программного обеспечения. Хотим отметить, что качество итогового результата зависит не только от того, насколько хороший софт выбран, но и, в большей степени, от самого металлообрабатывающего оборудования. Предлагаем заказывать станцию с числовым программным управлением от компании https://stanokcnc.ru/. Здесь представлен большой ассортимент возможностей и множество разновидностей, а также можно заказать создание аппаратов на заказ.

Mach3

Мы уже о ней упоминали, когда говорили о двухмерном моделировании. Но софт идеально подходит для проектирования 3D моделей. Он создавался не как CAD, а как специализированное ПО под задачи ЧПУ. Этим обусловлено то, насколько удобна программа для поставленных целей. Чтобы запустить ее на компьютер, там должна быть операционная система от «Майкрософт», что, к слову, является редким условием. ПК должен быть подсоединен к одному из станков:

• фрезеровочный;
• токарный;
• зуборезный;
• гравировочный.

К слову, можно использовать не только стационарный компьютер, но и ноутбук, что сильно облегчает задачу производителя. Несмотря на то что интерфейс англоязычный, есть инструкция, которая выполнена на русском.

NC Studio

Наиболее часто софт применяется в деревообрабатывающей промышленности. Управление происходит фрезерным станком по дереву. Часто с его помощью создается мебель. Перечислим основные преимущества системы:

• Простой для понимания интерфейс.
• Отличная графика.
• Виртуальная симуляция ПО.
• Прекрасно совмещается с основными САПР, поэтому файл можно «заливать» со сторонней среды проектирования.
• Идеально подходит для освоения новичками.
• Встроенная защита не позволяет несанкционированно изменить настройки.

EMC2

Основное достоинства софта – его бесплатное использование. Соответственно, функционал значительно ограничен. Но если нет потребности в промышленном производстве, а станок с ЧПУ находится в частных или малых коммерческих целях, то иногда достаточно бывает и этого ПО. Отметим, что оно устанавливается исключительно на LinuxCNC.

Возможности программ

Числовой пульт управления может быть установлен практически на любом оборудовании, которое производит механическую обработку материала. Это такие задачи, как точение, фрезерование, сверление, отрезка, нарезание витков, вытачка пазов и многое другое. При этом работать можно с металлом, деревом, фанерой, бумагой и картоном, стеклом или оргстеклом, другими синтетическими полимерами. Обычно программное обеспечение пишут при:

• серийном производстве, когда на аналогичный объем уйдет много времени в ручном исполнении;
• потребности высокой точности;
• особом, индивидуальном и очень сложном узле, который практически невозможно безошибочно выточить вручную.

Таким образом, применения оборудования настолько широко, что нет смысла перечислять отрасти. Практически в любом производстве, начиная от изготовления скрепок для бумаги, заканчивая строением космических кораблей, не обойтись без такого софта.

Процесс разработки программ для станков с ЧПУ

Перечислим поэтапно действия:

• Сбор данных о необходимом узле и его производственных задачах.
• Создание последовательно сперва эскиза, затем чертежа, 3D-модели.
• Получение комплекса команд.
• Коррекция кода и его эмуляция.
• Тестовый запуск и производство.

На этапе сбора информации узнается, что это за элемент, где и при каких условиях будет осуществляться его эксплуатация, размеры, характер поверхности, в том числе шероховатость, а также припуски, которые крайне важны для точения.

Разработка ЧПУ

Каждый отдельный станок имеет управляющие команды, они написаны в инструкции. Используя этот набор, необходимо закодировать весь макет под нужные имеющиеся опции. К ним могут быть отнесены следующие:

• Запуск и отключение.
• Выбор режущего инструмента.
• Перемещение резца по двум и более плоскостям.
• Определение режима и скорости резания.
• Дополнительные механизмы, например, очистка от стружек или подача смазочной жидкости.

Введение данной программы может быть осуществлено двумя способами:

1. На персональном компьютере с помощью специализированного программного обеспечения кодировка происходит автоматически, затем уже готовый набор команд в коде с помощью записывающего устройства переносится на оборудование.
2. На самом станке есть стойка от пульта числового управления. Там можно ввести нужные команды.

Учтите факторы

Следует помнить о том, что чем сложнее устройство, тем больше нюансов использования. Важно учитывать:

• Сколько одновременно может быть задействовано инструментов – количество параллельно выполняемых задач.
• Какая рабочая мощность используется.
• Скорость подачи. Если подобрать параметр выше рекомендуемого, это может привести к перегреву заготовки и режущей кромки, к дефектам и деформациям.

Отладка ПО

После каждого нового разработанного проекта необходимо его протестировать. Сперва на компьютере (поможет визуализация 3D макетов), затем на оборудовании при использовании ненужной заготовки. Если обнаружены проблемы, значит, имели место геометрические или технологические ошибки. Исправьте их и снова проведите тестовый запуск.

Видео

Мы рассказали, как сделать программу для станка ЧПУ. Узнаем больше из видеоматериала: