Здравствуйте, дорогие друзья. Эта статья на Дзене для нас первая. В ней мы постараемся просто рассказать о очень интересной теме, тесно связанной с робототехникой и автоматизацией производств. А так же, просто познакомиться с вами.
Сразу сделаем оговорку, что эта статья для тех, кто только краем уха, когда то, слышал про ЧПУ и не знает современных реалий этой отрасли. Но очень хотел бы научиться и знать теорию. Особенно разбираться в большом разнообразии вариантов. Более подробно мы напишем по каждой теме в дальнейших материалах. Надеемся на вашу поддержку.
И так, начнём.
Что такое чпу?
Само сокращение ЧПУ означает - Числовое Программное Управление. Есть код - программа, которая сообщает устройству куда, как нужно двигаться и что включить. Самый простой пример ЧПУ, который есть почти у каждого из нас - принтер. Программа обрабатывает изображение и подаёт на принтер сигналы для подачи бумаги, движения печатающей головки и момент в который капля краски должна выпустится из картриджа. Конечно это очень упрощено, потому что есть ещё с десяток параметров, которые учитываются программой и системой управления принтером. Но в общих чертах достаточно понятно.
Точно по такому же принципу устроены все, даже самые дорогие, станки с ЧПУ (лазерные, фрезерные, токарные, 3д принтеры и тд.). Да, практически, все устройства, которые хоть немного связаны с электроникой, и позволяют при нажатии кнопки запустить определённый процесс можно смело назвать чпу))) Отличаются они только сложностью процессов и габаритами.
Но так как мы пишем про станки, то будем рассматривать пока только эту нишу. Потом, возможно, поговорим о других устройствах.
В отличии от вышеописанного принтера, где есть цифровая картинка (а все мы надеюсь знаем что картинка это код) и движения головки стандартные в зависимости от габаритов листа (влево и вправо), станки с ЧПУ уже более гибкие устройства в плане загрузки каких то данных и получения на выходе какого то результата, связанного уже с физическим воздействием разного вида на обрабатываемый материал, который в свою очередь тоже разный. Поэтому существуют такие профессии как оператор ЧПУ и инженер программист ЧПУ (в подавляющем числе случаев эти профессии объединены). Программист составляет по чертежу конструктора программы, а оператор загружает их в станок, если требуется меняет инструмент, устанавливает материал и следит за правильным исполнением этих программ (человеческий фактор нельзя пока упускать из виду, программист или конструктор могут ошибиться элементарно).
Стоит отметить, что современные промышленные системы имеют программное обеспечение, позволяющее почти автоматически вычислять нужные операции обработки и генерировать код для станков, почти так же как и принтер. Но это очень дорого и оператор всё равно нужен. Кто то должен нажимать на зелёную и красную кнопку)))
Устройство станков
Все станки устроены одинаково. Есть основные 3 оси: ось X (влево вправо), ось Y (вперёд назад) и ось Z (вверх вниз). Этого достаточно, чтобы обрабатывать в 2D и в 2,5D проекциях. Остальные оси вспомогательные (сейчас мы о них говорить не будем).
Так же станки делятся на модели портального типа и с подвижным столом. В первом случае поле это несущая часть станка, на котором сверху по высокоточным рельсам катается балка с осью X и Z. Такую конфигурацию обычно применяют в бюджетных (относительно не высокоточных до 0.1 мм) моделях и моделях с большим рабочим полем. Отсюда кстати правило точности станков. Если вас заверяют, что большой станок, хотя бы 1м на 2м имеет точность в 0.05мм по всей площади, то это однозначно не так (если конечно это не супер дорогущий аппарат и стоит он на высокопрочном фундаменте).
Вот второй вариант применяется как раз обычно для станков очень высокой точности по обработке металлов. Там не требуется больших размеров стола, но нужно иметь большой вес станины для гашения вибраций и жестко закреплённую фрезерную голову (мотор, шпиндель) с минимальными отклонениями при врезании в твёрдые материалы.
Кстати мы заговорили про фрезерные станки, но по этому типу конструируются и другие (лазерные, гидрообрабатывающие, планшетные плоттеры, 3D принтеры). Далее мы будем рассматривать пока только фрезерные станки с чпу, потому что они более востребованы, более гибкие и аналогичны остальным станкам. Одним словом - меняется только само устройство обработки материалов. А в некоторых случаях они даже стоят рядом. Такой гибрид фрезерно-лазерно-плоттерный Франкенштейн. Конечно с некоторыми ограничениями, но вполне рабочие универсальные чпу машины.
Почему выгодно ЧПУ
Все станки чпу предназначены для автоматизации производственных процессов и ускорения этапов обработки с минимизацией расходов. Но это касается только продукции в больших объёмах, где все этапы максимально оптимизированы. Если изделия штучные, то их себестоимость будет в разы дороже. Потому что под каждое изделие требуется создать цифровой чертёж или модель, потом сделать код для машины, подобрать материал в нужный размер и подумать как закрепить заготовку с точным позиционированием на столе станка. Одним словом - творческая работа. Поэтому на потоковом производстве применяют несколько станков с чпу, каждый из которых отвечает за одну или несколько однотипных операций. Так и получаются автоматизированные производства. Самое интересное, что оператор опять же может быть один. Зависит всё от циклов обработки. Максимальная прибыль при минимальных затратах.
Системы управления для ЧПУ
Если же с типами станков и их конструкциями всё стандартно (относительно), то вот с контроллерами или программами управления (те которые считывают код и подают нужные импульсы) не всё так просто.
Каждый крупный производитель станков с ЧПУ старается сделать свой продукт. Даже для фрезерных станков имеются с несколько десятков разных программ управления, тоже касается лазерных и остальных станков. Некоторые из них могут управлять всеми типами станков и управлять разными производителями, а некоторые заточены только под конкретный бренд. Вот тут при выборе станка с чпу стоит изучить вопрос подробно на предмет ремонтопригодности и наличия / доступности информации по данному программному продукту. Не стоит принебрегать наличием русскоязычной граммотной поддержки. Это не тот случай где работает принцип "разберусь сам". Не редки случаи, когда одна случайно нажатая кнопка, останавливает производство на несколько месяцев. А спросить и проконсультироваться нет возможности, да ещё и на иероглифах)))
Есть, так сказать, несколько народных продуктов для фрезерных станков (не путайте с распространённым обозначением "бесплатный", это работа и каждый должен получать за свои труды деньги. Иначе карма испортится и сами мы наткнёмся на эти грабли), которые обрели популярность за свою универсальность и доступность, сопряжённую с многозадачностью. Это такие продукты как: Mach3, NC Studio и Linux CNC. О каждом из них постараемся максимально сжато и полезно рассказать в других статьях. Сейчас скажем только чем они отличаются, и какие есть плюсы и минусы.
Mach3
Итак, на первом месте как для нас, так и для многих чпу фрезеровщиков находится Mach3, выпущенный ещё... это тайна покрытая древним мхом)) Можно лишь сказать, что лучше всего она работает на Win XP SP3 32 бита. Из плюсов можно отметить: очень гибкая по настройкам, вплоть до изменения интерфейса (можно сделать 2 кнопки "вкл" и "выкл") и управления почти всеми вариантами чпу станков. Поддерживает до 5 осей. Очень удобно юстировать точные размеры. Проще сказать много плюшек. Из минусов: стоимость в 200 долларов (хотя по сравнению с другими проф программами можно сказать, что это большой плюс), иногда происходят глюки (редко и скорее всего из XP), относительная сложность. Больше особенно добавить ничего (напишите в комментариях если что то упустили).
NC studio
Аналогичная программа как и Mach3, но имеет свои отличия плюсы и минусы.
Для NC studio устанавливается свой контроллер, уже не много подороже и вот почему. В отличии от Mach3, которому нужен LPT порт (длинный и розовый/голубой) и решается это либо старой материнской платой с lpt, либо платой расширения через pci слот, контроллер для НСки поставляется сразу с двумя модулями. Один ставится на блок управления станком, второй в pci слот в компьютере. Соединяются они своим кабелем. Поэтому НС студия гораздо стабильнее и работает с меньшими задержками. Так же из плюсов: пошаговый режим, свои пресеты команд, запоминание последней строчки кода перед выключением (это к вопросу как запустить обработку с того места, где отключилось электричество). Из минусов: полная поддержка всего 3х осей, стандартная юстировка размерности вручную через калькулятор, нет гибкости интерфейса, старинный вид.
Linux cnc
Вот мы и подобрались к третьему фигуранту - это уже полноценная операционная система на базе Linux со всеми её плюсами и минусами естественно. Это уже что то среднее между Mach3 и NC studio. Устанавливается быстро, можно запускать на голом компьютере прямо с флешки. Использует тот же самый старый порт LPT как и Мач. Нет Виндоусовской задержки при посыле сигналов и работает плавно без глюков как и NC. Бесплатная. Но тут всё и останавливается. Юстировка вручную, полноценно только 3 оси (чтобы поставить ещё 2 и что то изменить надо быть линуксоводом и знать как скачивать пакеты расширения и тд), литературы, как и полноценной поддержки нет (даже найти точную информацию в интернете довольно мягко говоря трудновато).
Поэтому, из выше сказанного нам больше всего нравится Mach3.
Из народных можно отметить, не такие профессиональные, контроллеры на Ардуино и подвиды программ, типа GRBL, Candle и тд.
Есть ещё контроллеры-пульты или контроллеры со встроенным ПО: RichAuto, Ruida и тд.
О всех них мы поговорим отдельно в дальнейшем.
Итог
Итак, подведём итоги: чпу станок это компьютер с установленным ПО, читающим код и посылающий сигналы на двигатели, которые усиливаются с 5вольт специальными платами (драйверами). Всё что требуется это нарисовать в программе векторное или 3д изображение и перевести его в код для станка.
Задавайте вопросы, мы постараемся подробно рассказать о них в следующих статьях.