Пошаговая инструкция по созданию станка с ЧПУ своими руками – подробное описание этапов сборки. Часть 1.

ЧПУ станок своими руками. Часть 1

Рабочий стол

Рабочий стол - это собственно поверхность, над которой перемещается рабочий инструмент станка (фреза, гравер и т.д.). Стол служит для закрепления обрабатываемой заготовки, и это накладывает определенные требования на его конструктивное исполнение. Стол самодельного ЧПУ станкадолжен быть достаточно ровным, и обеспечивать возможность закрепить заготовку в любом месте. Основными решениями для этого являются использование стола с Т-пазами("Т-стол") и вакуумных столов. Стол с Т-пазами позволяет закрепить практически любую заготовку с помощью специальных зажимов. Вакуумные столы прижимают заготовку к себе за счет создания разрежения под сеткой на поверхности, поэтому они способны фиксировать только заготовки с плоской нижней частью(разнообразные листовые материалы), а также они существенно дороже. Однако вакуумные столы позволяют равномерно прижать заготовку по всей её площади, тогда как при фиксации большой плоской заготовки на Т-столе заготовка в центральной своей части может прогнуться вверх, что приведет к снижению соответствия размеров у конечной детали.

Приводы осей

Привод станка с ЧПУ в свою очередь можно поделить на:

• Двигатели

  Двигатели - связующее звено между электронной частью системы ЧПУ и механической частью, они(точнее, их управляющие модули - драйверы) получают сигналы с контроллера ЧПУ(часто в этой роли выступает персональный компьютер) и преобразуют их во вращательное движения собственного вала. В станках с ЧПУ используются 2 вида двигателей: серводвигатели и шаговые двигатели(а также линейные двигатели - разновидность серводвигателей. Линейные двигатели одновременно являются и трансмиссией для оси). Сказанное далее будет относиться к классическим шаговым и сервоприводам. Шаговые двигатели распространены в самодельных станках с ЧПУ и бюджетных моделях промышленных гравировально-фрезерных станков, а также станков лазерной, плазменной резки и т.п. Причина - в их низкой стоимости и простоте управления. Драйверы шаговых двигателей - достаточно бюджетные устройства, широко представлены на рынке от самых простых моделей до весьма продвинутых цифровых драйверов. Платой за простоту и бюджет становится низкий КПД шаговых двигателей, их низкая удельная мощность, слабая способность к ускорению, высокие вибрации, гул и резонанс, что в сумме сильно влияет на эксплуатационные характеристики станка.
  Серводвигатели - двигатели с установленным датчиком угла поворота. Это семейство представлено достаточно широко, существуют щеточные и бесщеточные двигатели, постоянного и переменного тока. В целом про серводвигатели можно сказать, что их отличает высокая плавность хода, высокий КДП, способность переносить кратковременные перегрузки. Однако управление серводвигателем гораздо сложнее, серводрайверы (см. серводрайверы Leadshine) - устройства существенно более дорогие и сложны в настройке. Существует также бюджетные варианты щеточных серводвигателей, однако из-за наличия изнашивающейся части (щеток) они менее предпочтительны, чем бесщеточные.

• Драйверы двигателей

Передачи осей

Задача трансмиссии, или передачи, - превратить вращательное движение вала двигателя в поступательное перемещение по данной оси. Как правило, передача реализуется одним из 3 способов: передача винт-гайка, ШВП или зубчатая передача (шестерня-рейка или шкив-ремень). Как выбрать передачу для осей - тема отдельной статьи. Здесь достаточно указать на то, что передача вместе с видом двигателя(и его управления) определяет скорость перемещения по оси, разрешение задания позиции, а также влияет на точность. Каждый вид передачи изготавливается с определенной точностью. С помощью указанного производителем класса точности для данного элемента трансмиссии можно определить, какая погрешность будет вноситься им в работу станка.

Направляющие

Направляющие обеспечивают перемещение рабочего узла станка строго по заданной траектории. Качество самих направляющих и, что очень важно, качество их установки на станину - второй по важности фактор (после станины), определяющий точность вашего станка. К выбору направляющих стоит подойти очень ответственно.

• Шпиндель
  
  Вообще говоря, вместо шпинделя может быть установлен другой узел - лазерный гравер, установка плазменной или лазерной резки, экструдер. Мы рассмотрим шпиндель, как наиболее нагруженный узел. Шпиндель - как правило, это электродвигатель, особенностью которого является низкое биение вала и возможность регулировать скорость вращения в достаточно широких пределах. Вал шпинделя оканчивается конусом, в который устанавливается зажимная цанга , которая держит режущий инструмент - фрезу или гравер. Ключевыми характеристиками шпинделя являются: биение вала(как правило, измеряется биение на конусе) и мощность шпинделя(указывается в ваттах). Большинство шпинделей предназначены для обработки дерева, пластика, камня, металлообработки. Скорость вращения варьируется обычно от 6000 до 30000 оборотов в минуту. Для фрезеровки и гравировки металлов используются мощные шпиндели с низкими оборотами (2000-10000 об/мин). Многие портальные станки, предназначенные для обработки дерева и пластика, могут гравировать металлы, и даже иногда фрезеровать цветные металлы, однако в этом случае станок испытывает сильную вибрацию из-за отдачи на фрезу, которая не может быть погашена легкой станиной, и это резко снижает качество обработки и ресурс станка. Фрезеровка и гравировка металлов и некоторых видов пластика требует охлаждения режущего инструмента. В настоящее время существует множество способов охлаждения рабочей области, но основным остается подача смазывающе-охлаждающей жидкости на фрезу. Некоторые шпиндели , управляемые инвертором, позволяют контролировать скорость вращения из системы ЧПУ, путем подачи на вход инвертора (частотного преобразователя) аналогового сигнала 0..+10 В. Как выбрать шпиндель.

Многие начинающие мастера по изготовлению мебели сталкиваются с необходимостью создания фасадов на основе плит МДФ. Причем требования к изделиям в условиях высокой конкуренции – достаточно высоки.

Изделия должны быть качественными, отвечать современным стандартам и трендам, кроме того, чтобы иметь стабильный поток клиентов, их заказы предприниматель должен выполнять как можно быстрее. Сделать работу качественно и быстро можно лишь при условии применения технологичных приспособлений для работы. В данном случае – это станки с ЧПУ. Что они представляют собой и как работают, мы и расскажем ниже.

Что означает данная аббревиатура?

Расшифровка этого понятия такая: Числовое Программное Управление . То есть, станок, работающий на числовом программном управлении, способен совершать те или иные действия, которые ему задаются при помощи специальной программы. Параметры работы станка задаются посредством цифр и математических формул, после этого он выполняет работу согласно указанным программой требованиям. Программа может задавать такие параметры, как:

• мощность;
• скорость работы;
• ускорение;
• вращение и многое другое.

Особенности станков с ЧПУ

Техника создания мебельных деталей на современном приборе данного типа включает в себя несколько этапов работы:

Все механические действия, которые выполняет оборудование, являются воплощением последовательности, которая прописана в управляющей программе.

Современные станки с ЧПУ являются сложными электромеханическими приборами и требуют квалифицированного применения. В основном работа станка осуществляется посредством двух человек:

• наладчика;
• оператора станка с ЧПУ.

Наладчику вверяется более сложный массив работы, он выполняет действия по наладке и переналадке прибора, а оператор должен следить за рабочим процессом и осуществлять легкую наладку.

Действия наладчика и оператора станка с ЧПУ

Этапы работы наладчика выглядят следующим образом:

• подбор режущего инструмента согласно карте, проверка его целостности и заточки;
• подбор по карте наладки заданных размеров;
• установка режущего инструмента и зажимного патрона, проверка надежности крепления заготовки;
• установка переключателя в положение «От станка»;
• проверка рабочей системы на холостом ходу;
• введение перфоленты, которое проводится после проверки лентопротяжного механизма;
• проверка правильности заданной программы для пульта и станка ЧПУ и системы световой сигнализации;
• крепление заготовки в патрон и установка переключателя в режим «По программе»;
• обработка первой заготовки;
• измерение готовой детали, внесение поправок на специальные переключатели-корректоры;
• обработка детали в режиме « По программе» второй раз;
• осуществление замеров;
• перевод переключателя режима в положение «Автомат».

На этом процесс наладки окончен и к работе приступает оператор станка ЧПУ. Он должен выполнить такие действия:

• менять масла;
• чистить рабочую зону;
• смазывать патроны;
• проверять станок на пневматику и гидравлику;
• проверять точные параметры оборудования.

Перед тем как приступить к работе, оператор станка ЧПУ должен проверить его на работоспособность посредством специальной тестовой программы, также ему следует убедиться в том, что подана смазочная жидкость и в том, что в гидросистеме и ограничивающих упорах присутствует масло.

Помимо этого, он должен проверить, насколько надежно крепление всех приборов и инструментов, а также то, насколько мебельная заготовка соответствует заданному технологическому процессу станка. Далее следует провести замеры на предмет возможных отклонений от точности настройки нуля на приборе и других параметров.

И только после этих манипуляций можно включать сам станок ЧПУ:

• заготовку устанавливают и закрепляют;
• потом вводится программа работы;
• в считывающее устройство заправляется перфолента и магнитная лента;
• нажимаем «Пуск»;
• после того как первая деталь обработана, производятся ее замеры на предмет соответствия с заданной ранее моделью.

Сферы применения станков с ЧПУ

Станки на основе ЧПУ применяются в разных отраслях по оказанию услуг и производстве:

• для обработки древесины и плит из дерева;
• для обработки пластика;
• камней;
• сложных изделий из металла, включая ювелирные изделия.

Приборы с ЧПУ имеют ряд таких функций , как:

• фрезерование;
• сверление;
• гравировка;
• распил;
• лазерная резка.

Некоторые модели станков с ЧПУ имеют возможность совмещать одновременно разные виды обработки материалов, тогда их называют обрабатывающими центрами на основе ЧПУ.

Преимущества станков с ЧПУ

Применение на производстве станков и обрабатывающих центров на основе ЧПУ позволяет вовремя выполнить такие работы, которые бы без их использования были неосуществимыми. Например, при производстве таким способом мебельных фасадов из МДФ, можно выполнить сложные рельефные декоры , которые вручную сделать просто невозможно. Так, благодаря специальным графическим программам для проектирования можно воплотить самые смелые дизайнерские решения.

Кроме того, массовое производство фасадов МДФ с помощью широкоформатных станков с ЧПУ возможно без необходимости предварительно раскраивать плиты и позволяет делать полный цикл их обработки, это значительно экономит время и рабочую силу.

Цена оборудования на основе ЧПУ такова, что нужно перед его покупкой хорошо подумать, будет ли это экономически выгодно конкретно для ваших производственных мощностей. Если у вас есть стабильный поток клиентов, и они готовы платить за оригинальные дизайнерские решения, то можете смело вкладывать средства в такое оборудование.

Особенность станков на основе ЧПУ – это их надежность и возможность бесперебойной работы в течение многих лет. Но при работе с ними нужно соблюдать все правила безопасности, а также подбирать только квалифицированных операторов и наладчиков. Некачественная работа персонала может вывести прибор из строя раньше положенного срока.

ШАГ 1. Подключение контроллера.

1.1 Произвести подключение контролера шаговых двигателей к станку, согласно имеющейся маркировки на проводах и табличке над клеммниками контроллера. Рисунок 1.

Рисунок 1.подключение контролера шаговых двигателей

1.2 Подключить контроллер шаговых двигателей к компьютеру.

Рисунок 2 -подключение контроллера шаговых двигателей к LPT- порту компьютера.

1.3 При использовании переходника USB-LPT произвести подключение согласно рисункам 3 и 4.

рисунок 4.

ШАГ 2. Подготовка шпинделя .

Если станок со шпинделем жидкостного охлаждения, произведите сборку системы охлаждения, согласно приложения в руководстве по эксплуатации. Скачать руководство по эксплуатации можно со странички товара на нашем сайте.

Если, используется коллекторный шпиндель воздушного охлаждения Kress 1050FME, установите сетевой провод.

ШАГ 3. Подготовка ПК .

3 .1 ВНИМАНИЕ ВАЖНО! Для управления станком непосредственно через LPT порт нельзя использовать компьютеры с многоядерными процессорами INTEL .

(системные платы Intell имеют в себе средство изменения рабочей частоты процессора при изменении нагрузки на него. При этом все порты тоже испытывают флуктуацию по частоте - как результат, сигнал «плавает», то есть при работе Mach3 происходит изменение частоты сигнала step, что приводит к неравномерности движения рабочего органа станка- дерганью, ударам и даже остановкам)

Для проверки LPT порта 3-4 раза производим переезд в режиме ручного перемещения (с использованием клавиш ← → и↓) на полную длину рабочего стола. Движение должно происходить плавно с постоянной скоростью, без дерганья, рывков, ударов и остановок. Если при перемещении происходит локальные изменения скорости движения и/или остановка в процессе движения портала, то для проверки необходимо в пункте меню Config →MotorTuning изменить параметр Velocity уменьшив его в 10 раз. Если изменения скорости движения уменьшатся, а остановки прекратятся, но при этом удары и толчки сохранятся, то данная материнская плата не пригодна для управления станком через LPT-порт.

Для работы непосредственно через LPT порт подходят:

А) только компьютеры с одноядерными процесорами INTEL и любые компьютеры с процессором AMD и только 32 разрядные версии операционной системы windows

Б) любые компьютеры с операционной системой LinuxCNC.

3.2 При работе со станком через USB переходник или Ethernet переходник можно использовать любые компьютеры и любые версии операционной системы Windows. USB переходник и должны быть только специализированные, с драйвером под программу Mach3.

3.3 Компьютер для управления станком должен быть отдельно выделенный, без лишних программ. Не устанавливать антивирусы! Оперативной памяти не менее 1ГГб, если видеокарта встроенная то не менее 1,5Гб, процессор от 1ГГц. Перед установкой mach3 переустановите операционную систему , обязательно установите все необходимые системе драйвера , отключите брандмауэр , отключите гашение экрана в настройках электропитания , отключите экранные заставки , отключите файлы подкачки с жестких дисков .

Отключение антивирусов и брандмауэра в Windows XP:

3.3.1 Зайдите в Меню пуск, откройте Панель управления.

3.3.2 Откройте Центр обеспечение Безопасности.

3.3.3 Щелкните по Брандмауэр Windows.

3.3.4 В появившемся окне переставьте переключатель на Выключить (не рекомендуется) и нажимаем ОК.

3.3.5 Для отключения предупреждений Windows о безопасности нажмите в окне Центра Обеспечения безопасности windows по ссылке Изменить Способ Оповещения Центром обеспечения безопасности. В появившемся окне уберите все галочки после чего нажмите ОК.

Отключение антивирусов и брандмауэра в Windows 7:

3.3.6 Для отключения брандмауэра его необходимо открыть, что бы его найти воспользуйтесь поиском Windows 7. Откройте меню Пуск и напишите «бра» и выберите простой брандмауэр Windows.

3.3.7 В левой части окошка выбирите Включение и отключение брандмауэра Windows.

3.3.8 В открывшемся окошке вы можете отключить брандмауэр для всех сетей сразу.

3.3.9 После, необходимо выключить службу Брандмауэр Windows. Воспользуйтесь поиском из меню Пуск.

3.3.10 В открывшемся окошке найдите службу Брандмауэр Windows и дважды кликните по ней левой кнопкой мышки. В открывшемся окошке Свойства нажмите Остановить. Затем в поле Тип запуска из выпадающего меню выберите Отключена. Нажмите ОК.

3.3.11 Отредактируйте конфигурацию системы. Откройте Пуск и напишите «кон». Выберите Конфигурация системы. В открывшемся окошке перейдите на вкладку Службы, найдите Брандмауэр Windows. Снимите галочку и нажмите ОК.

ШАГ 4. Установка, проверка корректности работы программы, генерирующей G-код.

4.1 Установите на компьютере Mach3.

4.2 Скопируйте в папку Mach 3 расположенную на диске С: профиль станка (файл настроек), присланный по электронной почте, переданный на носителе информации (флешке) или скачанный с сайта.

4.3 Если используется переходник USB-LPT, произведите установку драйверов и плагина согласно статье Подключение контроллера с использованием переходника USB-LPT или руководству по эксплуатации на переходник.

4.4 При использовании платы расширения PCI-LPT, порядок действий также описан в статье "Подключение контроллера с использованием карты PCI LPT".

4.5 Для запуска программы потребуется ярлык «Mach3 Loader», остальные ярлыки можно удалить.

4.6 В открывшемся окне рисунок 7 выберите профиль станка и жмем OK.

Рисунок 7.

4.7 Выберите источник управления, рисунок 8 при работе с LPT портом или рисунок 9 при работе с переходником USB-LPT.

Рисунок 8.

Рисунок 9.

4.8 Загружается главное окно программы Mach3, Рисунок 10.

Рисунок 10.

4.9 Включите питание контроллера шаговых двигателей. В главном окне программы MACH3 нажимаем клавишу «Cброс» (Reset) (1), чтобы рамка вокруг неё не мигала и светилась зеленым цветом, рисунок 10. В этот момент шаговые двигатели должны зафиксировать свое положение (послышится щелчок) и слегка зашуметь.
Теперь нажимая на клавиатуре стрелки (влево вправо вверх вниз) наблюдаем на станке перемещения по осям, а на экране изменение координат в полях X Y слева вверху, для перемещения по оси Z кнопки PageUP, PageDown. Также можно вызвать экранный пульт управления перемещением, клавишей "Tab" на клавиатуре вашего компьютера, рисунок 11.

Рисунок 11

4.10 Если перемещения не происходит, то проверьте корректность установки программы и драйверов.

4.10.1 Если используется подключение через LPT- порт, то откройте «Панель управления» - «Диспетчер устройств»- находим Mach3 X Pulsing Engines-свойства. Корректно установленный драйвер - рисунок 12.

Рисунок 12

4.10.2 Если используется переходник USB-LPT, то откройте «Панель управления» - «Диспетчер устройств»- найдите CNCDevicesClass-свойства. Корректная установка драйверов и правильное обнаружение операционной системой адаптера -рисунок 13.

Рисунок 13

4.11 При несовпадение направления перемещения портала станка с направлением стрелок клавиатуры, например при нажатии клавиши «←» инструмент движется в право, изменить направление можно в меню Сonfig->Port and pins->Motor outputs установив галочку в поле DirLowActive напротив нужной оси, рисунок 12.

Рисунок 12.

ШАГ 5 Проверка правильности перемещения рабочего инструмента.

Для проверки правильности перемещения рабочего инструмента, необходимо положить на стол линейку и, управляя перемещением с клавиатуры стрелками, проконтролировать совпадение пройденного расстояния по линейке с показаниями в окнах отображения координат MACH3.

5.1 Установите единицами измерения «по умолчанию» -миллиметры: открываем Config->Select Native Units. Mach3 выведет на экран окно с предупреждением о необходимости совпадения единиц измерения установленных в программе и используемых в G-коде. Нажимаем ОК и переходим к окну установки единиц измерения, рисунок 14.

5.2 Для вступления в силу настроек перезагрузите программу. Если далее не планируется использовать при создании управляющих G-кодов дюймовую систему измерения, оставляем метрическую систему для постоянного использования.

Ниже приведён пример проверки настроек для оси Y. Аналогично следует проверить все оси.

5.3 Перемещаем портал и каретку станка до упора на себя и влево -рисунок 15.

5.4 Обнуляем показания цифровых полей с координатами положения портала -нажатием кнопок Zero X, Zero Y, Zero Z, устанавливаем линейку по оси Y, рисунок 16.

Рисунок 16.

5.5 Клавишей перемещаем портал на 100 мм по координате цифрового поля. Далее сверяем с фактическим перемещением по линейке - рисунок 17.

Рисунок 17.

5.6 В случае несовпадения реального перемещения с координатами в Mach3, проводим калибровку для соответствующей оси перемещения, как описано в документации программы Mach3.

5.7 Закрываем Mach3 и отключаем питание станка.

ШАГ 6. Установка фрезы.

6.1 У станков с использованием шпинделей Kress для установки фрезы используется ключ 17. При установке производится удержание вала нажатием кнопки фиксатора, рисунок 18.

Вращением гайки против часовой стрелки отпускаем цангу, вставляем фрезу и производим зажим хвостовика фрезы в цанге вращением гайки по часовой стрелке. Установленная фреза - рисунок 19.

Рисунок 18.

Рисунок 19.

6.2 Для станков с использованием шпинделей жидкостного охлаждения с цангой ER11 установка фрезы производится с использованием ключей на 13 и 17 рисунки 20..22. Для установки фрезы удерживаем вал шпинделя за лыску на валу ключём на отпускаем зажимную гайку цанги, вставляем фрезу, и производим зажим хвостовика фрезы.

Рисунок 20.

Рисунок 21.

Рисунок 22.

ШАГ 7. Установка заготовки.

7.1 Установка заготовки на рабочий стол станка из профиля с Т-пазом осуществляется металлическими прижимами -рисунок 23.

Рисунок 23.

7.2 При использовании станка с фанерным столом или жертвенным столом из фанеры:

7.2.1 наиболее простой вариант крепления с помощью винтов «саморезов» рисунок 24.

Рисунок 24.

Рисунок 25. Мебельная резьбовая втулка

Рисунок 26. Установленные резьбовые втулки по углам стола

Рисунок 27. Установленные прижимы

Рисунок 28. Закрепленная прижимами заготовка

Рисунок 29. Заготовка закрепленная стандартными стальными станочными прижимами

Рисунок 30 Установка дополнительных планок для крепления заготовок любого размера в любом месте стола

ШАГ 8. Установка рабочего органа станка в начальную точку резки.

8.1 Включаем питание станка, запускаем Mach3 и выводим каретку станка в начальную точку резки (как правило это левый нижний угол (вы стоите лицом к передней части станка)) с использованием стрелок на клавиатуре и кнопок “PageUP” и “PageDown”(или виртуальным пультом управления -вызывается кнопкой Tab).
Начальная точка резки определяется при создании проекта -например новой модели в ArtCam, рисунок 31.

рисунок 31

8.2 Если имеется в наличии только G-код, то начальную точку можно определить в окне Mach3, загрузив исполняемый файл: File→Load G-Kode. Обнуляем показания цифровых полей с координатами положения портала -нажатием кнопок Zero X, Zero Y, Zero Z курсор в окне визуализации устанавливается в начальную точку.

Рисунок 32.

8.3 Управляя вертикальным перемещением шпинделя касаемся нижним торцом фрезы материала заготовки.
Нажатием кнопок Zero X, Zero Y, Zero Z обнуляем программные координаты, рисунки 33, 34.

Рисунок 33.

Рисунок 34

8.4 Нажатием кнопки “PgUp” поднимаем шпиндель на безопасную высоту -10…15мм над заготовкой.

ШАГ 9. Загружаем G-код: (File→Load G-Kode). Станок готов к запуску.

ШАГ 10. Производим запуск шпинделя .

10.1 При использовании шпинделя воздушного охлаждения Kress выставляем регулятор оборотов на нужную позицию- рисунок 35.

Рисунок 35

Обороты вала шпинделя соответствующие цифрам движка регулятора указаны в руководстве по эксплуатации на шпиндель или на шильде наклеенном на корпус шпинделя, рисунки 36 и 37.

Рисунок 36

Рисунок 37 -шильд наклеенный на корпус Kress 1050FME1.

10.2 Нажатием кнопки осуществляем запуск шпинделя, рисунок 38.

Рисунок 38.

10.2 При работе со шпинделем жидкостного охлаждения рисунок 39:
- запускаем систему жидкостного охлаждения шпинделя (включаем насос).
- включаем частотный преобразователь.
- вращением потенциометра на лицевой панели частотного преобразователя устанавливаем необходимые обороты вращения шпинделя.
- нажатием кнопки RUN производим запуск шпинделя.

Рисунок 40.

11.Активация концевых датчиков

Если концевые датчики на станке установлены, но не активированы, то для включение концевых датчиков в меню программы Mach3

config->Port and Pins->Input Signal установить галочки как показано на рисунках 41 и 42

Рисунок 41. Активация концевых выключателей для станков с установленными индуктивными датчиками

Рисунок 42. Активация концевых выключателей для станков с установленными механическими датчиками

Примечание.
Если на станке установлены концевые выключатели баз, то поиск нулевой точки машинных координат осуществляется нажатием кнопки “Ref All Home”, рисунок 43.

Рисунок 43.

Если концевых выключателей нет, то при нажатии на кнопку “Ref All Home”, происходит обнуление машинных координат.
Ели концевые выключатели отсутствуют, то настройки для входов “Home” представлены на рисунке 44.

Рисунок 44.

При работе с адаптером Моделист USB-LPT при отсутствии концевых выключателей порядок обнуления машинных координат выглядит следующим образом:
-клавишами ← и ↓ установите каретку станка в левый нижний угол.
- клавишей и PgUp поднимите шпиндель вверх до упора.
- нажмите кнопку “RESET” на главном экране Mach3.
- извлеките шнур переходника из USB-порта компьютера (не забудьте перед извлечением отключить устройство в системе, так же как обычную флешку)
- на главном экране Mach3 переключитесь на отображение машинных координат, для чего нажмите кнопку “Machine Coord’s’, о том что вы находитесь в режиме отображения машинных координат будет сигнализировать красная рамка вокруг кнопки, рисунок 45.

Рисунок 45.

Подключите шнур адаптера к USB-порту и подождите 10-15 секунд, пока Windows обнаружит адаптер.
-нажмите кнопку “RESET” и машинные координаты обнулятся.
- перейдите в режим отображения программных координат, для чего ещё раз нажмите кнопку “Machine Coord’s’, красная рамка вокруг кнопки должна погаснуть.

Развитие технологий стало причиной того, что компьютеры и другие передовые технические средства все активнее используются в повседневной жизни людей, а также в промышленности. Например, на современных промышленных предприятиях все чаще можно встретить , который управляется не руками оператора, а при помощи специальных компьютерных программ и соответствующих электронных устройств.

Благодаря такой системе управления значительно облегчается эксплуатация станка, а из процесса изготовления деталей исключается человеческий фактор, который может оказывать негативное влияние на их качество и точность обработки.

Принцип работы фрезерных станков

Фрезерное оборудование позволяет осуществлять различные технологические операции: резку, сверление, расчет расстояний между отверстиями, которые необходимо выполнять, а также ряд других. В качестве материалов, которые можно обрабатывать на таком оборудовании, могут выступать:

• древесина;
• черные, а также цветные металлы;
• керамика;
• полимерные материалы;
• природный и искусственный камень.

Заготовки закрепляются на рабочем столе, а их обработка выполняется за счет вращающейся фрезы, которая и режет материал.

Оснащенные ЧПУ, выпускаются в различном конструктивном исполнении.

Консольного типа:

1. модели, обладающие широкой универсальностью;
2. горизонтального типа;
3. вертикального типа.

Бесконсольной конструкции:

1. вертикальные;
2. горизонтальные.

Самыми популярными и, соответственно, распространенными являются фрезерные станки с ЧПУ консольного типа. На консоль закрепляется обрабатываемая заготовка, и именно этот рабочий орган совершает движения по отношению к режущему инструменту. Сам шпиндель такого станка не движется, он жестко зафиксирован в одной позиции.

Бесконсольного типа осуществляется за счет того, что перемещаться в них может как рабочий стол, который движется в двух направлениях, так и шпиндель, способный изменять свою позицию в вертикальной плоскости, а также во всех остальных направлениях.

С ЧПУ автоматически выполняет операции, информация о которых предварительно записана на один из носителей. Программы, которые управляют его работой, могут быть нескольких типов.

• Позиционные, предполагающие фиксацию координат конечных точек, по которым и выполняется обработка заготовки. Такое программы используются для управления станками сверлильной и расточной группы.
• Контурные, управляющие траекторией обработки заготовки. Они используются для управления станками круглошлифовальной группы.
• Комбинированные, которые объединяют в себе возможности программ контурного и позиционного типа. Такими программами управляются станки, относящиеся к многоцелевой категории.
• Многоконтурные. С их помощью можно управлять всеми функциональными возможностями станка, они являются самыми сложным типом ПО. При помощи таких программ обеспечивается управление широкоформатным оборудованием.

Фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, обладают целым рядом значимых преимуществ:

• позволяют увеличить производительность обработки в 2–3 раза;
• дают возможность изготавливать детали с высокой точностью;
• минимизируют объем ручного труда, что позволяет уменьшить штат обслуживающего персонала;
• сокращают время, необходимое для подготовки заготовок;
• минимизируют время обработки деталей.

Разновидности оборудования

Станки фрезерной группы, оснащенные ЧПУ, в зависимости от того, какой материал на них обрабатывается, подразделяются на следующие категории:

1. для работы по металлу;
2. для обработки заготовок из древесины;
3. фрезерно-гравировальной группы.

1. обрабатывающие центры, отличающиеся высокой функциональностью;
2. станки широкоуниверсального типа;
3. токарно-фрезерной категории;
4. сверлильно-фрезерной группы.

Фрезерные станки, управляемые при помощи специальных программ, можно использовать и для оснащения домашней мастерской, так как они отличаются простотой эксплуатации и дают возможность изготавливать детали из металла, выполненные с высокой точностью своих геометрических параметров.

На предприятиях, которые производят мебель, а также в строительных компаниях применяются фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, с помощью которых выполняется обработка заготовок из древесины. На таких станках обрабатываются изделия из древесины, а также заготовки из полимеров, алюминиевых сплавов, фанеры и ДСП.

Станок с ЧПУ, на котором возможно выполнять операции гравировки, применяется для обработки изделий, изготовленных из металла, натурального и искусственного камня, бетона и ряда других материалов. С его помощью изготавливают декоративные каменные колонны, статуэтки, другие изделия, выполняющие исключительно декоративную функцию. Такие станки по металлу и ряду других материалов чаще всего используют для производства различных рекламных конструкций.

По принципу работы и своей производительности фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, могут быть следующих категорий:

• отличающиеся небольшими габаритами и невысокой производительностью - мини станки;
• настольного типа;
• вертикально-фрезерного типа;
• широкоформатные.

Станки, которые используются для оснащения домашней мастерской, нельзя назвать профессиональными, их преимущественно используют для полезного хобби. Такие фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, отличаются невысокой стоимостью, поэтому ими часто оснащаются мастерские различных учебных заведений: школы, технические училища, ВУЗы и др.

Оборудование настольного типа обладает рядом весомых преимуществ:

1. невысокая стоимость;
2. исключительная мобильность;
3. простота эксплуатации и конструктивного исполнения.

Такие станки, несмотря на свою компактность, способны выполнять различные технологические операции по металлу и другим материалам: фрезерование, сверление, растачивание.

Для обработки заготовок, обладающих большими габаритами, используются вертикально-фрезерные станки. В качестве рабочих инструментов на них применяются сверла, фрезы цилиндрического, концевого, фасонного и торцевого типа. С помощью такого оборудования, которым преимущественно оснащаются крупные производственные предприятия, можно выполнять обработку как горизонтальных, так и вертикальных поверхностей.

Широкоформатные фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, полностью соответствуют своему названию: в их конструкции имеется специальная рабочая головка, которая может поворачиваться в любом направлении. Благодаря своей универсальности такие станки чаще всего используются для оснащения цехов нестандартного оборудования и инструментальных участков.

Обзор станков

Прежде чем решить вопрос, какой фрезерный станок выбрать для оснащения домашней мастерской или производственного предприятия, важно ознакомится с характеристиками оборудования, которое предлагается на современном рынке. На сегодняшний день наиболее востребованным являются фрезерные станки, производимые в следующих странах:

• Германия;
• Италия;
• Австрия;
• Китай;
• Северная Корея;
• Малайзия;
• Тайвань;
• Чехия;
• Турция.

Наиболее известными компаниями, которые производят и реализуют фрезерные станки с ЧПУ, являются:

• GCC Jaguar;
• Redwood;
• RuStan;
• Hyundai Wia;
• Kami;
• Zenitech.

Одними из самых быстрых станков, которые также отличаются широким разнообразием настроек и дополнительных функций, являются модели торговой марки GCC Jaguar.

Широким разнообразием ассортимента станков для обработки деталей из металла и других материалов отличается компания JCC. В каталоге данного производителя представлены станки с ЧПУ следующего назначения:

1. универсального типа, предназначенное для выполнения гравировальных и фрезерных работ;
2. для обработки изделий из древесины и металла;
3. прошивные станки электроэрозийного типа;
4. оборудование фрезерно-токарной группы.

Передовые программные продукты, с помощью которых управляются станки данной торговой марки, позволяют задействовать весь их потенциал.

Фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, торговой марки RuStan - это, преимущественно, оборудование широкоуниверсального типа, с помощью которого можно выполнять широкий перечень технологических операций. Отличает модели данной торговой марки и то, что при их приобретении можно воспользоваться разнообразными скидочными программами, а также возможностью гарантийного и постгарантийного обслуживания.

По-настоящему уникальными являются фрезерные станки с ЧПУ, выпускаемые под торговой маркой Redwood. Они способны выполнять обработку деталей в формате 2d и 3d. Реализация технологии 3d предполагает, что по заданной программе из заготовки получают объемную деталь, полностью соответствующую заданным геометрическим параметрам.

Главным принципом работы специалистов, занимающихся выпуском фрезерного оборудования торговой марки Kami, является производство высококачественной продукции. При помощи станков данной торговой марки можно обрабатывать не только металл, но и детали из камня, древесины, пластика и даже стекла.

Компания Hyundai Wia специализируется на выпуске станков с ЧПУ, на которых производится продукция для аэрокосмической и автомобильной промышленности. Программы, которые используются для их управления, предполагают минимальное вмешательство со стороны человека и значительно упрощают использование подобного оборудования.

В каталоге известного производителя Zenitech преобладает профессиональное фрезерное оборудование с ЧПУ, предназначенное для обработки деталей из металла и древесины.

На современном рынке широко представлено фрезерное оборудование с ЧПУ торговой марки Инвест Адам. Основными преимуществами моделей, которые отличаются своей компактностью и универсальностью, являются:

• высокая точность обработки;
• эффективность и производительность;
• управляющие программы могут воспроизводиться неоднократно;
• конструкция отличается высокой надежностью;
• связь с компьютером, который управляет работой оборудования, осуществляется через обычный USB-порт.

Для оснащения домашней мастерской и крупного производственного предприятия можно использовать фрезерный станок с ЧПУ, выпущенный немецкой компанией BZT. Отличает станки данной торговой марки высокая устойчивость, надежность фиксации заготовок, точность и оперативность обработки. Удобным является и то, что станки данной торговой марки могут работать практически на любом программном обеспечении.

На стоимость фрезерного станка с ЧПУ оказывают влияние следующие параметры:

• сложность конструкции оборудования и его тип;
• тип производства, для которого предназначено оборудование;
• страна производитель и торговая марка;
• функциональность станка.

Наиболее простой конструкцией обладают настольные станки с ЧПУ, которые и стоят значительно дешевле более функционального оборудования. Чтобы сэкономить на приобретении фрезерного станка, выбирайте оборудование отечественных производителей. В среднем, стоимость настольного фрезерного оборудования с ЧПУ составляет порядка 4000 долларов США. Варьироваться такая цена может от ряда факторов: габариты станка и рабочего стола, мощность двигателя, вес оборудования и его функциональность.

Рассмотрим работу станков с системой ЧПУ по упрощенной схеме (рис. 7.1), включающей основные блоки систем ЧПУ и основные элементы кинематической схемы станка. Система ЧПУ состоит из устройств ввода информации, блока запоминания информации БЗИ, блока интерполяции БИ, блока управления приводами подач в виде цифроаналоговых преобразователей ЦАПи двух следящих приводов по осям X и Vстанка. Следящие приводы состоят из усилителей мощности УМ Х и УМ У, сравнивающих устройств УС Х и УС У , датчиков обратной связи в виде вращаю­щихся трансформаторов ВТ Х и ВТ У , кинематически связанных с ходовыми винтами станка, и двигателей подач М х и М у , которые приводят во вращение ходовые винты станка. В результате вра­щения винтов перемещаются стол станка и его ползун с фрезой, совместное движение которых определяет конфигурацию изготовляемой детали согласно заложенной программе.

Все современные устройства ЧПУ выполняются на базе ка­кой-либо микроЭВМ или микропроцессоров (одного или несколь­ких), позволяющих значительно увеличить степень автоматизации станка, т.е. обеспечить: индикацию большого числа параметров на экране дисплея, быстрое диагностирование неисправностей и удобное редактирование программ, запоминание большого объема управляющих программ и т.д.

Состав системы ЧПУ

Все устройства ЧПУ имеют развитую цикловую автоматику с большим числом входов-выходов, а также связь с ЭВМ высшего уровня, необходимую при создании гибких производственных систем.

Вместе с тем наблюдается разделение устройств ЧПУ по числу управляемых координат, связанное с их назначением: для токар­ных станков обычно требуется две координаты; для обычных фре­зерных – три; для фрезерных станков, предназначенных для объемной обработки, – пять; для многооперационных станков – от четырех до восьми. В настоящее время созданы устройства ЧПУ на 10–12 координат для управления ГПМ. Число координат весьма существенно влияет на конструкцию и стоимость устрой­ства ЧПУ.

Функциональная схема типовой универсальной системы ЧПУ (рис. 7.2) состоит из двух основных устройств: устройства число­вого программного управления, конструктивно оформленного в виде отдельного шкафа или пульта и исполнитель­ных устройств с приводами и датчиками обратной связи, разме­щенными на станке. Основные блоки системы ЧПУ описаны ниже.

Рис. 7.1. Упрощенная схема станка с ЧПУ

Устройство ввода информации вводит числовую информацию с программоносителя.

Блок запоминания считанной информации. Помимо запоминания входной информации в этом блоке выполняются ее контроль и формирова­ние соответствующего сигнала в момент обнаружения ошибки. Этот блок, как правило, имеет возможность получать информацию от ЭВМ верхнего уровня, что необходимо при объединении стан­ков в ГПС.

Пульт управления и индикации служит для связи человека-оператора с системой ЧПУ. С помощью этого пульта проводится пуск системы и ее останов, переключение режимов работы с авто­матического на ручной и т.д., а также коррекция скорости подачи и размеров инструментов и изменение начального положения инструмента по всем или некоторым координатам. На этом пульте находится световая сигнализация и цифровая индикация о со­стоянии системы.

В современных ЧПУ индикация обычно осуществляется с помощью встроенного дисплея, позволяющего выводить значительно большее число параметров, а также проводить отработку про­грамм непосредственно на станке.

Блок интерполяции формирует частичную траекторию движе­ния инструмента между двумя или более заданными в программе точками. В большинстве случаев используют линейную и круговую интерполяцию, хотя иногда применяют винтовую или цилиндри­ческую интерполяцию.

Приводы подач, чаще всего следящие, служат для обеспече­ния перемещения управляемых элементов станка (столов, суппор­тов, кареток и т.п.) с необходимой скоростью и точностью при заданном моменте. Под следящим приводом будем понимать систему, состоящую из двигателя (электрического, гидравличе­ского), усилителя мощности, снабжающего этот двигатель не­обходимой энергией, которая регулируется в широких пределах, датчика обратной связи по положению, служащего для измерения фактического перемещения (или положения) управляемого объ­екта, и сравнивающего устройства, сравнивающего фактическое положение объекта с заданным и выдающего сигнал ошибки, по­ступающий на вход усилителя мощности, в результате чего угло­вая скорость вала двигателя оказывается пропорциональной ошибке системы. В процессе работы эта система перемещает управ­ляемый объект таким образом, чтобы поддерживать минимальное значение ошибки. Если ошибка по каким-либо причинам превы­шает заранее установленный допустимый предел, то система ЧПУ автоматически отключается с помощью специальных устройств защиты.

Блоки управления приводами подач служат для преобразования информации, получаемой с выхода интерполятора, в форму, пригодную для управления приводами подач, так, чтобы при поступлении каждого импульса управляемый объект перемещался на определенное расстояние, называемое ценой импульса, кото­рая обычно составляет 0,01 или 0,001 мм. В зависимости от типа приводов (замкнутые или разомкнутые, фазовые или амплитуд­ные), применяемых на станках, блоки управления существенно различаются.

В разомкнутых приводах, использующих шаговые двигатели, блоки управления представляют собой специальные кольцевые коммутаторы, на выходе которых включены мощные усилители, питающие обмотки шаговых двигателей, которые служат для циклического переключения обмоток ШД, что заставляет вра­щаться его ротор. В замкнутых приводах фазового типа, исполь­зующих датчики обратной связи в виде вращающихся трансфор­маторов (ВТ) или индуктосинов в режиме фазовращателей, блоки управления представляют собой преобразователи импульсов в фазу переменного тока и фазовые дискриминаторы, которые сравни­вают фазу сигнала на выходе фазового преобразователя с фазой датчика обратной связи и выдают разностный сигнал ошибки на усилитель мощности привода.

В этом же блоке обычно расположены усилители для питания датчиков обратной связи, а также устройства защиты, отключаю­щие приводы при превышении допустимой ошибки слежения.

Датчики обратной связи ДОС являются измерительными устройствами, служащими для определения фактического поло­жения (абсолютного значения координаты) или перемещения (от­носительного значения координаты) управляемого объекта в пре­делах шага системы. При этом суммирование шагов производит система ЧПУ. Перемещения объекта определяют как непосредственно с помощью каких-либо линейных измерительных устройств, например, индуктосинов, так и косвенно, измеряя, например, угол поворота вала двигателя подач с помощью какого-либо углового измерительного устройства, например, обычного ВТ или резольвера (точный ВТ синусно-косинусного типа, применяемый в счетно-решающих устройствах).

Помимо индуктосинов, для непосредственного измерения ли­нейных перемещений иногда используют и другие измерительные устройства, например, прецизионные зубчатые рейки с много­полюсными ВТ, или для достижения особо высокой точности – оптические штриховые измерительные шкалы с соответствующими импульсными датчиками. Обычно одно и то же устройство ЧПУ может работать с раз­личными типами ДОС.

Рис. 7.2. Функциональная схема системы ЧПУ

Блок скоростей подач обеспечивает заданную скорость подачи, а также разгон и торможение в начале и конце участков обработки по заданному закону, чаще всего – линейному. Скорость подачи задается либо номером скорости соответствующего ряда скоростей, составляющих геометрическую прогрессию со знаменателем по­рядка 1,25, либо непосредственно в миллиметрах в минуту через 1 или даже через 0,1 мм/мин. Помимо рабочих скоростей подач, составляющих обычно 5–2000 мм/мин, этот блок выполняет, как правило, и установочное движение с повышенной скоростью, на которой производится установка координат при позиционной обработке или переход инструмента из одного участка заготовки в другой при контурной обработке. Эта скорость в современных системах ЧПУ составляет 10–15 м/мин.

Блок коррекции программы вместе с пультом управления слу­жит для изменения запрограммированных параметров обработки, т.е. скорости подачи и размеров инструмента (длины и диаметра). Изменение скорости движения (обычно 5–120 %) сводится к руч­ному изменению частоты задающего генератора в блоке подач. Изменение длины инструмента (обычно от 0 до 100 мм) сводится к изменению заданного значения перемещения вдоль оси инстру­мента, без изменения его начального поло­жения.

Блок технологических команд предназначен для управления цикловой автоматикой станка, включающего поиск и смену до­статочно большого числа инструментов (до 100), смену частоты вращения шпинделя, зажим направляющих при позиционирова­нии и разжим их при движении, различные блокировки, обеспе­чивающие сохранность станка. Цикловая автоматика станка со­стоит в основном из исполнительных элементов типа пускателей, электромагнитных муфт, соленоидов и других электромагнитных механизмов, а также дискретных элементов обратной связи типа концевых и путевых выключателей, реле тока, реле давления и других элементов, контактных или бесконтактных, сигнализи­рующих о состоянии исполнительных органов. Часто эти элементы с дополнительными устройствами типа реле реализуют местные циклы (например, цикл поиска и смены инструмента), команды, на исполнение которых подаются из устройства программного управления. Современные устройства ЧПУ, как правило, осу­ществляют эти циклы внутри, выдавая сигналы на исполнитель­ные элементы станка через согласующе-усилительные устройства, которые могут находиться как в станке, так и в устройстве ЧПУ. Для этого часто используют программируемые контроллеры в виде отдельного блока, размещаемого внутри или вне устройства ЧПУ.

Блок стандартных циклов служит для облегчения программи­рования и сокращения длины программы при позиционной обра­ботке повторяющихся элементов заготовки, например, при свер­лении и растачивании отверстий, нарезании резьбы и других операций.

Помимо этих блоков, применяют блоки адаптации, которые служат для увеличения точности и производительности обработки при изменяющихся по случайному закону внешних условиях (например, припуск на обработку, твердость обрабатываемого материала, затупление инструмента). Это объясняется тем, что любая система ЧПУ является разомкнутой системой управления, так как она не «знает» результата своей работы. В системе ЧПУ с обычной обратной связью заготовка ею не охвачена; задается только перемещение инструмента относительно заготовки. В то же время на точности размеров детали сказывается, например, де­формация инструмента, которая в обычных системах ЧПУ может учитываться при программировании только тогда, когда она по­стоянна или изменяется по заранее известному закону, чего на практике нет.

Приводы подач станков с ЧПУ

В современных станках с ЧПУ применяются различные структурные схемы приводов подач. Схема с жесткой связью электродвигателя ходового винта изображена на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Схема привода:

1 - электродвигатель; 2 – муфта; 3 −передача винт-гайка качения; 4 − винт

Схема с одноступенчатым редуктором и выборкой зазора в зубчатом зацеплении рассмотрена на рис. 8.2.

Рис. 8.2. Схема привода с редуктором:

1 − электродвигатель; 2 − зубчатая передача; 3 − винтовая передача

Схема с применением беззазорной червячной и реечной передач изображена на рис. 8.3.

Рис. 8.3. Схема привода с червячной и реечной передачами:

1 − электродвигатель; 2 − червячная передача; 3 − реечная передача

Как видно из приведенных схем, станки с ЧПУ имеют короткие кинематические схемы приводов подач, обеспечивающие более точную работу последних. Это стало возможным при применении специальных узлов и механизмов, имеющих свои отличительные особенности.