Что такое станки с ЧПУ
Чтобы понять, что такое станок с ЧПУ, нужно сначала понять, что такое обычный станок, такой как токарный станок. У вас есть какая-то металлическая заготовка, например цилиндр. Вы почините это на машине. Точка крепления начинает вращаться (это место называется шпинделем), вместе с ним вращается закрепленная заготовка, а токарный станок с помощью специальной фрезы может вырезать из заготовки деталь нужного размера и формы. Пока все вручную.
Теперь возьмем тот же станок, но сделаем так, чтобы сами фрезы ездили в разных плоскостях. Вешаем все виды датчиков — скорости вращения, температуры и давления. И следим за тем, чтобы деталь точила не токарный станок, а сам станок.
Для управления таким автоматом нужен какой-то модуль управления — который заставляет вращаться заготовку, а фрезы двигаться в нужном направлении. Этот блок называется блоком ЧПУ — числовое управление.
Каждый блок ЧПУ подключен ко всем основным частям станка, чтобы ими можно было управлять или контролировать. Например, на токарном станке ЧПУ будет следовать:
- для скорости вращения заготовки,
- направление вращения
- положение резцов
- температура резки
- частичная температура,
- сила нажатия фрезы на деталь,
- движения резцов и направляющих.
Блоки ЧПУ нужны для автоматизации работы станка. Вы программируете, что куда и как крутить, а машина это делает.
M коды для ЧПУ
M00 — программируемый останов.
Когда система управления выполняет команду M00, она останавливается. Все осевые перемещения прекращаются, в то время как шпиндель (для большинства станков) продолжает вращаться. Работа по программе продолжается со следующего изображения после нажатия кнопки «Старт».
M01 — остановка с подтверждением.
Код М01 имеет тот же эффект, что и М00, но выполняется только после подтверждения с панели управления машины. Если нажата клавиша подтверждения, произойдет остановка при чтении блока из M01. Если клавиша не нажата, блок М01 пропускается и выполнение УП не прерывается.
М02 — конец программы.
Код M02 указывает на конец программы и приводит к остановке шпинделя, остановке подачи и отключению охлаждения.
М0З — вращение шпинделя по часовой стрелке.
Код M03 разрешает вращение шпинделя вперед с запрограммированной скоростью (S). Код M03 действителен до тех пор, пока не будет отменен с помощью M04 или M05.
M04 — вращение шпинделя против часовой стрелки.
Код M04 разрешает обратное вращение шпинделя с запрограммированной скоростью (S). Код M04 действителен до тех пор, пока не будет отменен с помощью M03 или M05.
M05 — остановка шпинделя.
Код M05 останавливает вращение шпинделя, но не останавливает осевое движение.
М06 — смена инструмента.
С кодом M06 инструмент, закрепленный в шпинделе, заменяется на инструмент, находящийся в позиции готовности в инструментальном магазине.
М07 — включить охлаждение №2.
Код М07 позволяет подавать охлаждающую жидкость в зону обработки, если станок имеет такую возможность.
М08 — включить охлаждение №1.
Код М08 включает подачу СОЖ в зону обработки в виде струи.
М09 — охлаждение.
Код М09 отключает подачу охлаждающей жидкости и отменяет команды М07 и М08.
М10 — хомут.
Код М10 относится к работе с зажимным устройством подвижных частей станка.
М11 — ослабить.
Код М11 относится к работе с зажимным устройством подвижных частей машины.
MZ0 — конец информации.
Код М30 информирует управление об окончании программы, останавливает шпиндель, подает и выключает охлаждение.
Что на производстве можно запрограммировать
Запрограммировать можно все, что имеет устройство ЧПУ — хоть деревообрабатывающий станок, хоть лазерный резак, хоть манипулятор с точечной сваркой. Главное, чтобы необходимые части производственного агрегата были оборудованы станциями и датчиками.
Движущая сила – это то, что заставляет что-то двигаться. Чтобы сделать манипулятор, вам понадобится, например, 5-6 приводов, которые будут приводить в движение суставы манипулятора. Вы можете сказать исполнительному механизму: «Разверни на столько градусов» или «Поверни сюда», и он приведет в действие все, что к нему прикреплено.
Датчик — это вещь, которая собирает какие-то данные. Например, скорость вращения, температура, давление, угол изгиба. Благодаря датчикам можно сказать: «ослабляй привод так-то и так-то, пока не почувствуешь такую-то силу давления датчиком давления».
Читайте также: Как согнуть профильную трубу в домашних условиях без трубогиба?
Как пишутся программы для ЧПУ
Есть два варианта: создать программу автоматически из частичного макета или написать ее с нуля.
Чаще всего используется первый вариант – сначала чертят деталь в 3D (для этого есть специальный софт), а потом программа сама генерирует необходимый код, чтобы машина получила нарисованную деталь. Минус такого подхода в том, что код может оказаться неоптимальным: он будет слишком долго выполняться или в процессе будет много отходов.
Так работает 3D-принтер 
3D-модель детали, на основе которой будет сгенерирован код для станка.
Другой подход заключается в написании программы вручную с нуля. Для этого нужно в совершенстве знать все параметры машины и возможные состояния каждого датчика. Это сложнее, но дает больше контроля над тем, как делается деталь.
На практике обычно так и делают: рисуют трехмерную модель, на ее основе заливают код для ЧПУ, а потом при необходимости меняют.
Программа сгенерировала код для машины, который при необходимости можно сразу исправить.
На чём пишут такие программы
Код для станков с ЧПУ написан на языке программирования G-code. Это относительно общий стандарт для всех станков с ЧПУ, но детали, коды и последовательности варьируются от производителя к производителю. Проще говоря, вы не можете просто перенести программу с машины одной компании и запустить ее на машине другой компании — команды могут не совпадать.
Язык G-code так называется потому, что в нем почти все команды начинаются с буквы G, за которой следуют цифры — команды для машины. Также есть буква М — она используется для обозначения дополнительных кодов и О — для подпрограмм. Но это деление условное и может варьироваться у каждого производителя машин.
Как выглядит программа для ЧПУ
Если мы посмотрим на код, то увидим следующее:
N1 G17 G20 G34 G40
Н2 Т1 М16
N3 S8600 M2
N4 G54
Н5 М8
Код N отвечает за номер строки — они могут пригодиться, если нам нужно перейти на определенную строку или пропустить части команд. М отвечает за детали, например, команда N3 S8600 M2 означает, что нужно раскрутить рабочий шпиндель (за него отвечает М2) со скоростью 8600 об/мин (команда S8600).
Таким образом, команда за командой машина выполняет определенные действия, и на выходе получается именно та деталь, которая нам нужна.
Особенность программирования станков
В отличие от компьютера, где на каждую программу и переменную выделяется новый и пустой участок памяти, в станках все иначе. Дело в том, что в момент запуска программа не знает, в каком положении находятся фрезы, зафиксированы ли направляющие и так далее. Если просто запустить программу без подготовки, например, ЧПУ может сместить фрезу еще дальше влево, что уже далеко влево, и тогда может сломаться привод или крепление фрезы.
Чтобы этого не произошло, перед каждым запуском в программу встроены команды обнуления и инициализации для возврата каждого элемента в исходное положение. Это лучше, чем просто проверять что где — после сброса мы будем точно знать, что все элементы в машине находятся в известном нам положении и программа сможет корректно с ними работать.
Также важно понимать, что машины работают с живым материалом: металлом, деревом, акрилом, камнем и т д. Материал неидеален, может иметь внутренние дефекты, может плавиться и трескаться. Фрезы и шпиндели также изготавливаются из некоторых материалов, имеющих пороги нагрева, прочности и скорости. Если вы сделаете ошибку в своем компьютерном коде и вызовете переполнение памяти, ваш компьютер просто зависнет. Вы перезапускаете его и все. А у станка можно сломать фрезу или повредить шпиндель. И эта экономика стоит того, чтобы быть здоровой.
