Дата публикации: 25/05/2022

Внедрение в производство станков с ЧПУ открывает много ранее недоступных возможностей, но для этого нужно применить программное обеспечение, дающее доступ ко всем функциям. Программы для ЧПУ (CNC) создаются и выпускаются в разных вариантах от глубоко профессиональных продуктов до довольно простых в обращении комплексов для малого бизнеса. Предлагаем краткий обзор распространенных программ для станков ЧПУ различного уровня, в том числе платных и бесплатных вариантов.

Содержание

1. Принцип и архитектура программ для ЧПУ оборудования

2. Прикладные программы и платформы для ЧПУ

3. Специфические и расширенные прикладные программы ЧПУ

4. Отправители G-кода

5. Принцип выбора программ для станков ЧПУ

6. Платные и бесплатные программы ЧПУ

7. Функциональность и возможности

Принцип и архитектура программ для ЧПУ оборудования

В основе правильного выбора лежит понимание принципа взаимодействия человека, ПО и аппаратного комплекса станка. Это несколько этапов работы, на каждом из которых происходит переход от представления к реализации – человеческое видение объекта должно быть преобразовано в машинное:

• создание образа объекта (детали) в двумерном или трехмерном представлении, перевод в графическое или векторное отображение оцифровкой – эти задачи решаются с помощью ПО типа CAD Computer-aided design, разработка;
• перевод созданного или полученного образа в машинный код, исполняемый на ЧПУ – ПО типа CAM Computer-aided manufacturing;
• ввод и исполнение команд, сформированных CAM на основе образа CAD в виде специального языка – кода G-code, на котором работает большинство систем ЧПУ;
• обратная связь и возможность управления производственным процессом с аналитикой, сбором данных, формированием отчетов и статистики – ПО типа DPA или системы управления производством с функциями администрирования и взаимодействия в реальном времени.

Станок ЧПУ любого профиля выполняет заданный программно сценарий в виде последовательности кадров, объединяющих несколько операций. Кадр включает небольшой цикл, состоящий из подготовительных действий типа позиционирования и фиксации, запуска рабочего инструмента и выполнения обработки детали в формате одной операции. Последовательность кадров позволяет выполнить ряд операций, заложенных в технологический процесс для получения определенного результата – изделия (детали) заданной формы, размеров, степени точности и шероховатости.

Прикладные программы и платформы для ЧПУ

Программы для ЧПУ, разработанные для непосредственной работы со станком и выполнения производственных задач, принято называть прикладными. Они включают комплекс для проектирования CAD, модуль преобразования представления в систему команд CAM, модуль для формирования исполнительных команд (импульсов) G-code и передачи их на приводы, шпиндели патроны с инструментом, управляемые поверхности типа наклонных и наклонно-поворотных столов.

В основе любой программы ЧПУ лежит платформа, привычная всем ОС, которая может быть выстроена для windows или иных платформ, например, ПО с открытым исходным кодом типа linuxcnc. Существуют специфические платформы, отличающиеся от упомянутых. Платформа выполняет объединяющую роль – на ней происходит работа моделирования CAD, преобразование в CAM, отображение результата и обратная связь с оборудованием. Это единая операционная система представлений для ПК, планшета, устройств ввода/вывода.

Большое преимущество современных разработок на linuxCNC и windows состоит в возможности практически полной визуализации процесса от проектирования до исполнения и контроля. Специалисту-технологу и разработчику объектов достаточно навыков пользователя ПК и программ типа CAD, чтобы выполнять свои задачи и не заниматься освоением машинного кода. Эта распространяется и на оператора ЧПУ, в распоряжении которого оказывается планшет (консоль) с графическим и иногда анимированным представлением о шагах выполнения сценария. На рынке программ ЧПУ есть и продукты, написанные для MAC, платформ fusion и даже DOS. Последние требуют знания кодов взаимодействия с ПК без графического интерфейса и навыков программирования. При освоении прикладного ПО на базе распространенных ОС с графическим интерфейсом в ряде случаев можно обойтись без штатной единицы программиста ЧПУ.

Специфические и расширенные прикладные программы ЧПУ

Отдельно необходимо упомянуть программы GRBL Arduino – это удобные программные инструменты для управления приводами станков с ЧПУ. Они успешно задают сложные траектории перемещения инструмента и заготовки, что очень важно для фрезерных станков и ОЦ в двух и трех осях. Преимущество концепции – открытый исходный код, позволяющий видоизменять прошивку при наличии навыков использования  Arduino IDE. Связанные с GRBL продукты доступны для малоопытных пользователей ЧПУ.

Категория ПО для ЧПУ MACH представляет собой постоянно развивающуюся концепцию управления, представленную пакетом решений. Если MACH-3 страдал проблемами совместимости и давал мало возможностей управления в реальном времени, то более поздний вариант MACH-4 полностью адаптирован к смене условий, имеет настраиваемый интерфейс и выходит для использования в любительской и "индустриальной" сферах. Комплекс платный, работает под Виндоуз с полноценным графическим интерфейсом и возможностью видоизменять G-код через удобный модульный дизайн. Вписывать вручную не придется. Имеется опыт запуска MACH в эмуляторе под linux, как это часто делается для другого ПО. Любительская версия MACH-3 в этом случае имеет ограниченный функционал, но считается уже проверенной на практике.

Отправители G-кода

Это программы, предназначенные для трансляции G-кода через определенные виды плат (контроллеров, интерфейсов). Они способны обеспечить связь основного ПО с контроллером ПЛК на оборудовании, синхронизировать работу приводов и шпинделей, то есть, получить важный для производства уровень совместимости. Для обращения с ними нужно понимание задач взаимодействия компонентов ЧПУ, профессиональный подход с точки зрения наладки оборудования. Идея разработки таких программ – возможность настройки взаимодействия и совместимости аппаратно-программной части оборудования через графический интерфейс. Очень ценная особенность для малого бизнеса и домашних производств, где ограничена покупка сложных и дорогих устройств с промышленным уровнем совместимости.

Пример бесплатной реализации – GRBL Candle, позволяющий настроить управление станком с ПК под Windows или Linux, присоединив его через порт USB. Работает в трех осях и считается любительским уровнем, но благодаря открытому исходному коду пользуется популярностью.

Принцип выбора программ для станков ЧПУ

Распространение программных продуктов для управления и адаптации ЧПУ привело и к знакомому пользователям любого ПО парадоксу – вариантов много, но так же много среди них дублеров или поделок со слабой функциональностью. Встречается и обратное – продукт имеет массу возможностей, но почти половина представлена псевдоулучшениями, которыми вы не станете пользоваться.

Важно понимать, что такого рода ПО расходится по нескольким категориям, поэтому мы рекомендуем анализировать баланс собственные потребности и возможности продуктов.

Платные и бесплатные программы ЧПУ

Разработчики продукта могут выпускать пробные версии с бесплатным периодом пользования и некоторыми ограничениями по функционалу. Обратите внимание:

• длительность и наличие ограничений в бесплатном периоде, возможность выбора тарифного плана после завершения ознакомительного цикла;
• разделение тарифных планов на любительские и профессиональные – первые должны изначально стоить дешевле в силу ограниченных возможностей;
• внесение платы разово в виде покупки лицензии на пользование продуктом или подписка с заданной периодичностью;
• уровень поддержки – на пробном этапе он должен быть полноценным, при переходе к платной версии не должен снижаться, при бесплатном использовании все равно должна оставаться базовая поддержка с обратной связью, а не только "вопрос-ответ".

Стоимость подписки или цена лицензии на ПО для ЧПУ отличается в очень широком диапазоне. В прямом смысле от нескольких десятков до нескольких тысяч долларов (как универсальных расчетных единиц). Именно поэтому далее стоит вспомнить о функциональности.

Функциональность и возможности

Обозначение уровня возможностей как "профессиональный" или "экспертный" не всегда точно отражает функциональность ПО для ЧПУ. Есть более емкие характеристики – "любительский индивидуальный" или "индустриальный".

В работе ЧПУ крайне важно управление осями, это основа позиционирования и взаимодействия. Например, лазерный раскрой листового материала строится на двух осях Х и Y, а если возникает потребность в объемном текстурировании и гравировке, задается и третья ось для определения глубины.

Позиционирование по детали (заготовке) и инструменту (оснастке) может быть представлено одним из вариантов или в комплексе. В относительно простом токарном станке с одним шпинделем позиционируется и перемещается по командам M-code только резец. В токарно-фрезерном станке с пинолью в задней бабке или вертикально-фрезерном требуется изменение положения и заготовки, и инструмента. 3D-принтер требует не менее пяти осей для объемного исполнения изделия, при этом в сложных моделях возможно перемещение двух и более головок.

Совместимость с системами управления производством необходима на уровне предприятия с повторяемостью и цикличностью процессов. В этом случае ПО для станка (станков, ОЦ, автоматических линий) подбирается с учетом настройки взаимодействия с DPA и аналогами.