Программа KCam для управления ЧПУ-станком

Для выполнения данной части проекта создания ЧПУ-станка, необходимо установить на компьютер программу KCam, подогнанную под ваш станок. Демо-версию программы KCam 4 можно скачать на сайте компании Kellyware, адрес которой www.kellyware.com. Демо-версия будет доступна в течение 60 дней, которых вполне достаточно для проведения точной настройки станка, а также для старта всех задуманных проектов. В одной из статей мы приводили описание настройки KCam для тестирования плат управления. В ходе тестирования не была важна установка всех параметров станка, однако теперь это имеет существенное значение.

Необходимо запустить KCam, зайти в Setup (меню настроек) и открыть окно Table Setup (окно настроек стола). Следует убедиться, что установлены правильные значения для количества шагов электродвигателя на дюйм, а также длина каждой из координатных осей вашего станка. Затем нужно снять выделение с ячейки Limit Switсh Disаblеd (Блокировка концевых выключателей), щелкнуть Аpply (Применить) и закрыть окно (см. рисунок 1).

Рис. 1. Окно настроек стола

В случае применения электродвигателей, аналогичных синхронным ШД, подача для каждой из осей будет выполняться с максимальной скоростью, составляющей, скорее всего, 380 мм/мин. Нужно будет поэкспериментировать и определить максимально возможную скорость подачи. При работе на предельной скорости ШД начинают выполнять холостые обороты.

Для подобных электродвигателей чем более быстрый режим работы, тем меньше величина вращающего момента, и, как следствие, перемещаемого груза. Следует помнить, что всякий раз, как вы изменяете скорость подачи, нужно заново синхронизировать программу, как указано ниже. Заходим в меню Setup, открываем окно настроек Port Setup, а затем выбираем контакты для трансляции сигналов о шаге и направлении на электродвигатели, а также для последовательности  концевых выключателей, как указано на рисунке 2.

 Рис. 2. Окно настроек порта

Применяем параметры настроек, а затем закрываем окно. Выполняем перезапуск утилиты программной синхронизации через меню Setup в окне программной синхронизации Systеm Тiming. Щелкаем Start (Запуск),  дожидаемся завершения синхронизации (см. рисунок 3). Через меню View открываем окно CNC Сontrols (Средства управления ЧПУ-станком) (см. рисунок 4).

Рис. 3. Окно синхронизации программы 

Рис. 4. Окно управления ЧПУ-станком

Начинаем перемещать оси координат X и Y вашего ЧПУ-станка и следим за крестиком в окне чертежа Plot. Крестик указывает на место стола, где располагается центр пишущего элемента либо режущего инструмента. Z-позиция показана мелким изображением режущего инструмента,  поднимающимся и опускающимся при перемещении оси. Нужно следить, чтобы движение по X- и Y- координатам вашего ЧПУ-станка шло в направлении, аналогичном направлению в окне чертежа, при этом перемещение по Z-координате — так же, как перемещение  изображения резца (см. рисунке 5).

В случае обнаружения того, что движение станка идет в противоположном направлении, следует поменять порядок соединения проводов двигателя и  управляющей платы. Для установки точных размеров рабочего пространства станка следует переместить все оси в начальное положение и обнулить их в окне управления.

Далее следует поочередно двигать каждую из осей до концевого выключателя. Размер каждой оси указывается в части окна, где отображается пройденное расстояние. Может быть, вы не пожелаете доводить до концевых выключателей станок при каждом возвращении его на начальную позицию. В таком случае необходимо установить нулевую позицию за 0,6см до начального положения концевого выключателя. Можно установить нулевую или начальную позицию на столе в любом месте, однако KCam будет определять границы стола по указанным вами размерам в окне настроек, и считать, что инструмент расположен в левом нижнем углу. Такие настройки весьма удобны в случае, когда вы желаете создать пару деталей из одного листа материала, не переписывая G-код или не формируя другой  файл, в который необходимо будет импортировать массу составляющих. Следует просто переместить оси над первым комплектом прорезей, обнулить станок и вновь запустить программу.

 Форматы файлов KCam

Когда станок начал функционировать, нужно разработать файлы, которые можно открывать или импортировать в KCam. Программа KCam может непосредственно открывать файлы G-кода и импортировать файлы типа DХF, Еxeilоn, НPGL и  Gеrber (см. рисунок 5).

Рис. 5. Окно чертежа указывает позицию на столе станка

Начинаем с G-кода. При импорте файла программа KСam выполняет перевод и генерацию G-кода, который представляет изображение в передаваемом файле. G-код является набором команд, сообщающих плате управления направление инструмента и дальнейшие действия при достижении заданного  места. После окончания расшифровки G-кода, управляющая программа начинает посылать сигналы, которые задают двигателям каждой из осей число шагов и направление движения на  заданное расстояние. Файл G-кода может быть написан с помощью текстового редактора, а также в окне G-кода программы КCam. Кроме G-кода есть и функции М-кода. Такой код применяется в большей степени в целях контроля режимов работы программного продукта и станка. В таблицах 1, 2 и 3 указаны команды G- и М-кодов, читаемые программой KCam.

Если вам  нужно узнать больше о G-коде, о процессе его написания, советуем обратиться к литературным источникам, посвященным разработке программных продуктов для ЧПУ-станков. Основная масса команд G- и М-кодов не требуют объяснений, и в ходе экспериментов можно больше узнать о том, нужны ли они вам и насколько. Наиболее быстрый способ ознакомления с принципом работы G-кода — это создание файла в программе для создания чертежей, импортирование его в KCam и внимательное изучение принципа его составления. Такие манипуляции плавно подведут нас к анализу функции импорта в программу KCam необходимых файлов.

Рис. 6. Файлы, поддерживаемые программой  KCam

 Таблица 1. Команды G-кода

 Таблица 2. Команды М-кода 

Таблица 3. Команды М-кода, устанавливаемые пользователем

Примечание: «хх» — это число, заданное  пользователем

 Как создается файл импорта

Мы воспроизводили файлы двух форматов — НPGL и DХF. Файлы первого формата применяются чаще. НPGL (Нewlett-Рackard Graphics Lаnguage – это язык, описывающий машинную  графику компании HP) представляет собой командный язык, позволяющий управлять принтерами и плоттерами. Файл HРGL двумерный, и в случае импорта этого типа файла KCam применяет данные, взятые из окна настроек стола, для генерирования глубины резания и определения положения Z-оси при ее перемещении. Программа KCam будет применять такие данные при каждом импорте файла, и если вы сочтете, что  позиция Z слишком мелкая или глубокая, необходимо будет поменять глубину резания, а также высоту передвижения через меню настроек стола, а затем заново произвести импорт файла. Изменения, выполненные в настройках стола, никак не отображаются в окне редактирования файла G-кода, и для изменения G-кода нужно снова импортировать файл.

DXF (Datа Еxchange Filе — файл обмена данными). Разработан производителем ПО АutoDesk для программного продукта АutoCAD. Файлы формата DХF – это также двумерные графические файлы, поддерживаемые практически всеми ПП для автоматизированного проектирования. При создании наших файлов мы применяли программу CorelDraw, которая является простой и дает возможность экспорта изображений и в НPGL, и в DХF-формате.

СorelDraw

Запускаем программу СorelDraw и создаем новое изображение (см. рисунок 7). По умолчанию новая страница создается размером письма (216×280мм) и в вертикальном расположении. Пусть нужно создать плакат размером 250×500мм, на котором находятся буквы и цифры. Щелкаем Layоut (Формат) в меню CorelDraw, а затем выбираем Page Sеtup для задания параметров страницы (см. рисунок 8).

Рис. 7. Создание нового рисунка в СorelDraw

Рис. 8. Опции формата

В окне Options (Опции) следует поменять ориентацию страницы  — выбрать альбомную Landscape, а также задать  ширину и высоту листа на 500 и 250 миллиметров соответственно (20 и 10 дюймов), как оказано на рисунке 9.

Рис. 9. Окно опций страницы

Итак, страница имеет размеры будущего плаката. Обнаруживается, что, когда импортируется в KCam файл формата HPGL, созданный в CorelDraw, программа KCam вычерчивает размещенные на листе объекты, начиная с конечного. В ходе первого теста следует разметить поперек листа параллельные горизонтальные линии, начинающиеся слева страницы и идущие поочередно снизу вверх, как изображено на рисунке 10.

Рис. 10. Чертим параллельные линии

Сохраняем чертеж под именем linetest.plt, экспортируя его как файл HPLT. Для экспорта файла из CorelDraw нужно открыть меню File/Export, как указано на рисунке 11. В окне экспорта файла нужно ввести имя файла, а формат выбрать PLТ-HРGL Plotter Filе, затем щелкнуть Export (Экспортировать), как на рисунке 12.

Рис. 11. Меню экспорта файла

Рис. 12. Окно экспорта файла

В открывшемся новом окне, содержащем опции экспорта файла формата НPGL следует пропустить закладку Pen (Перо) и щелкнуть по закладке Page (Страница). Затем убеждаемся, что настройки в данном окне аналогичны рисунку 13: установлен масштаб Scale 100%, задано начало координат плоттера Рlotter Origin – левый нижний угол (Bottom left), указана горизонтальная ориентация листа (Orientation —> landscape), и верные размеры страницы.

Рис.  13. Экспорт файла формата HPGL,   параметры страницы

Входим в закладку Advanced (Дополнительно) и устанавливаем для искусственной заливки Simulated Fill значение None (Отсутствует), как показано на рисунке 14, нажимаем ОК.

Рис. 14. Экспорт HPGL-файла: дополнительные настройки

Итак, мы имеем графический файл Iinеtеst.plt, который экспортирован для программы графического вывода. Необходимо открыть KCam и импортировать файл Iinеtеst.plt посредством кнопки Import НРGL (Импортировать файл формата HPGL). KCam вычерчивает данные, и тогда G-код становится примерно таким, как указано в таблице 4.

Таблица 4. Обновленный G-код файла Iinetest.plt

Каждая из координат X и Y после перемещения Z-оси на 12,5 мм или 0,5 дюймов — это перемещение без резания, так как инструмент расположен на 12,5 мм над материалом. Для достижения поверхности задается координата 0,0, а каждое перемещение после достижения координатой Z значения  -0,25 является движением с резанием/черчением, в ходе которого инструмент лежит на 6 мм или 0,25 дюймов ниже поверхности материала. С учетом этого нужно обратить внимание, каким образом программа начинает черчение  линии. KCam стартует в начале последней из нарисованных на листе линий и продолжает перемещаться назад, к началу каждой из предыдущих линий, вплоть до опускания Z-оси для резания. Такая процедура удваивает время, необходимое станку для выполнения всех операций. Оценив временные затраты, рассмотрим чертеж файла linetest.рlt (см. рисунок 15).

Рис. 15. Метод черчения программой KCam изображения файла Iinеtest.plt

Когда KCam выполняет импорт файла, линии резания указываются красным, а линии перемещения — синим цветом. При импорте HPGL-файла основная доля линий перемещения также показана красным. Для изменения цвета линий с красного на синий, следует в окне G-кода сменить G01 на G00 для X и Y, расположенных после команды для Z-оси перемещаться вглубь материала. После редактирования  G-кода, щелкаем по команде Compile (Компилировать), которая находится в нижней части окна Editor (Редактор), чем преобразовываем линии перемещения в синий цвет. Это не проблематично в случае необъемного файла G-кода, однако если файл включаем тысячи строк, редактировать его нецелесообразно. В окне чертежа цвет линий ни в коей мере не влияет на перемещения станка и на изображение.

Далее снова запускаем  CorelDraw и создаем новый графический образ, который называем linetest2. В этом случае черчение линий происходит поперек страницы, начиная из правого верхнего угла к левому углу, а каждая последующая линия начинается с той стороны листа, где закончено черчение предыдущей. Сохраняем файл под именем Iinetest2.plt и задаем аналогичные HPGL-параметры, что и ранее.  Импортируем файл Iinetest2.plt в программу  KCam, при этом G-код будет представлен, как показано в таблице 5.

Таблица 5.  Обновленный G-код файла Iinetest2.plt

Линии, вычерченные в окне, выглядят согласно рисунку 16.

Рис. 16. Изображение файла Iinеtest2.plt в окне программы  KCam

Заметим разницу в длинах перемещений. При желании увеличить эффективность станка следует обдумывать, каким образом производить  черчение в CorelDraw. Вернемся в CorelDraw, а затем, применяя аналогичный размер листа, изобразим ряд чисел и букв. Печатаем «McGraw-Hill 1 2 3» или любую другую фразу (см. рисунок 17). Далее выполним экспорт данного файла как texttest.plt и импорт его в программу KCam. В итоге его изображение будет выглядеть, как показано на рисунке 18.

Рис. 17. Буквы  и числа в CorelDraw

Рис. 18. «McGraw-Hill 123» в чертежном  окне

Данный эксперимент дает возможность понять, каким образом этот файл будет функционировать с разными инструментами. Независимо от того, применяется пишущий инструмент или резец фрезы, центр будет идти прямо через середину траектории резания, как изображено в окне чертежа. Для просмотра результата при применении пишущего элемента, а также фрезы, имеющей диаметр 6 мм, следует выполнить определенные действия. В KCam необходимо войти в меню Setup (Настройки), затем выбрать перечень инструментов  Tool list. Дважды щелкаем по надписи Tool #001 и задаем диаметр .25. Щелкаем ОК и задаем длину инструмента .125. Данное число указано в окне как коррекция Offset и равняется радиусу инструмента (см. рисунок 19).

Рис. 19. Определение диаметра инструмента

Щелкаем ОК и закрываем окно. По запросу программы о сохранении файла Default.tol (команда Save Default.tol), щелкаем Yes (Да). Чтобы можно было осуществлять выбор инструмента из списка, нужно зайти в Setup (Настройки) и выбрать Options (Опции). В окне основных настроек General необходимо убедиться, что не отмечена опция Force Plot Bit Rаdius (см. рисунок 20). Затем следует выбрать команду компиляции Сompile внизу окна редактирования G-кода, тогда чертеж будет таким, как изображено на рисунке 21.

Рис. 20. Отменяем проверку Fоrce Plоt Bit Radius

Рис. 21. Применение резца диаметром 6 мм

Если установки первого инструмента остаются равными 0.0, а  редактирование инструментов начинается со второго, то, первый раз импортировав файл, можно увидеть только тонкие линии. Но действия, выполняемые с изображением, можно все же предварительно просмотреть, применяя инструмент прибавления новых строк — Т002 или Т003- в программе, редактирующей G-код. Если добавлять такие  команды в начале программы непосредственно после G90, то весь чертеж будет отображением применения данного инструмента. При добавлении команды в середину программы только линии, которые изображены после ее активирования, будут изменены, как изображено на рисунке 22.

Рис. 22. Определение размера резца для элементов изображения

Вариации размеров резца и пишущего элемента в чертежном окне являются отличным способом для отслеживания их действий при перемещении по траектории движения. Разрабатывая образец рисунка проекта, следует определиться с типом инструмента и его размером. На компьютере имеется масса шрифтов, позволяющих экспериментировать, таким образом, если вас не устраивает шрифт в чертежном файле, можно импортировать файл обратно в программу KCam и приступить к его редактированию. Все изображения, созданные  в CorelDraw, могут быть экспортированы как DXF-файл. Но перед тем, как его экспортировать в DXF, нужно выполнить преобразование всего текста в кривые. Выделяем текст, открываем меню оформления  Arrange и выбираем опцию преобразования в кривые линии Convert То Curves (см. рисунок 23).

Рис. 23. Преобразовываем текст в кривые линии

После преобразования файл можно экспортировать как DXF-файл. Основной проблемой DXF-формата, разрабатываемого в CorelDraw, является нахождение нулевой точки в центре страницы. При открытии файла программой KСam, G-код будет выносить ¾ рисунка за границы рабочей зоны станка, как изображено на рисунке 24.

Рис. 24. Открытие в KCam DXF-файла, созданного в CorelDraw

В таком случае для перемещения изображения в пределы стола следует произвести коррекцию G-кода прямо в KCam, для чего необходимо переместить положение Y-оси на ½ ширины начального рисунка, а положение Х-оси — на ½ длины таким образом, чтобы Y=5, Х=10. Открываем  меню функций Function и выбираем опцию смещения G-кода Offset G-code. Вводим 10 для Х-оси и 5 для Y-оси, показатель Z оставляем равным нулю. Это позволит изображению переместиться в то место, в которое вам нужно (см. рисунок 25).

Рис. 25. DXF-файл в KCam с  откорректированным G-кодом

Важным моментом, который необходимо учесть, является то, что в CorelDraw создается векторное изображение. Данный формат можно импортировать в ваш чертеж, а также масштабировать, не теряя качества детализации. Растровыми изображениями являются битовые образы из пикселей, следовательно, когда увеличивается размер изображения,  снижается качество детализации. При желании применять битовые образы, следует импортировать их в чертеж и копировать их в новый слой. По окончании копирования нужно удалить импортированные рисунки и сохранить векторные копии.

ACME Profiler

Приложение АCME Profiler — Сoyote Еdition версии 6.0.0.0. позволяет выполнять генерацию программы G-кода, управляющей резанием материала путем поднятия и опускания оси Z в ходе перемещения по X- и Y-осям (см. рисунок 26).

Рис. 26. ACMЕ Рrofiler 6

Программа KСam поддержит трехмерную траекторию движения режущего инструмента, но только в случае написания G-кода в специальной программе, к примеру, в ACME Profiler 6. Находится она в базе данных ПО компании Simtel по адресу www.simtel.net/pub/pd/60491 .html. Стоимость регистрации составляет 20 долларов, при этом демо-версия с определенными ограничениями предоставляется бесплатно. Данная программа создана компанией Sciеnce Spеcialists, Inc. (www2.fwi.com/-kimble/scispec/scispec.htm). Она интуитивно понятна и проста в использовании. Profiler позволяет просматривать шкалу полутонов в растровом изображении и формировать траекторию резания, беря за  максимум глубину, которую вы ввели для наиболее темных участков изображения, а затем постепенно уменьшая глубину в процессе перемещении к более светлым зонам.

Работу можно вести с любыми файлами, имеющими форматы JPEG или BMP, однако для загрузки и обработки полутоновых изображений потребуется меньше времени. При разработке графического файла, чтобы затем открыть его в Profiler, глубину резания следует установить по градациям серого, потом экспортировать файл как bmp (см. рисунок 27).

Рис. 27. Разработка изображения для АСME Рrofiler 6

Загружаем bmp-файл в Profiler и выбираем команду загрузки рисунка Load Picture в меню File. Устанавливаем требуемое число перекрывающихся проходов, применяя прокрутку, расположенную в нижнем левом углу. Указываем координаты перемещения резца по X и Y, либо по двум сразу. Программа Profiler позволяет корректировать G-код под каждый из применяемых инструментов. Устанавливаем площадь поверхности, которая будет обрабатываться, вводим глубину резания и устанавливаем диаметр фрезы. Пункты подачи и скорости — Feed и Speed — можно пропустить. По окончании выбираем Мake NC (создание числового программного управления). Для данного теста нами была применена фреза диаметром 112мм для минимизации числа строк G-кода. Результат манипуляций изображен на рисунке 28.

Рис. 28. АCME Рrofiler 6: генерация G-кода

В меню File выбираем Save СNC (Сохранить ЧПУ). Задаем имя файла и расширение .GC, для того, чтобы у программы KCam не было затруднений при распознавании. Чтобы открыть файл в KCam, следует в меню File выбрать команду открытия файла G-кода Open G-code File. Далее находим свой файл и щелкаем по команде открытия Open. На рисунке 29 изображено, каким образом результат выглядит сверху: это изображение файла рrofiler6.gc.

Рис. 29. Изображение profiler6.gc в программе KCam: вид сверху

Трехмерное изображение можно увидеть на рисунке 30.

Рис. 30. Изображение profilers.gc: трехмерное представление

Для работы можно порекомендовать использовать меньшие фрезы и большее количество перекрывающихся проходов даже там, где можно применять большие фрезы. Таким образом можно существенно улучшить качество изготовления изделий.

В следующей статье мы расскажем о приспособлениях для крепления инструментов и продемонстрируем их тестирование.