Начнем с конца. Имеем желание, чтобы рутинную работу за нас выполнял автомат. Строим станок, например вертикально-фрезерный.
Приделываем к нему руки - исполнительные устройства.
Обращаем внимание - электроника достаточно мощная-силовая. Достаточно мощный блок питания и специальные меры (опторазвязка), для исключения сбоев «головы» станка.
Выбор: шаговые двигатели или сервопривод?
Понятно, что для станка требуются строго дозированные перемещения, обеспечить их могут либо шаговые двигатели, либо сервопривод.
В шаговом двигателе (далее ШД) поворот на заданный угол обеспечивается конструктивными мерами — количеством магнитных полюсов. Типовое значение шага 1,8°, то есть 200 шагов на оборот.
В сервоприводе нужное перемещение достигается за счет применения обратной связи и электроники. При этом управление может быть организовано как у ШД — импульсами Шаг (Step) и Направление (Dir).
При сравнении цен (сервопривод на порядок дороже), вопрос обычно снимается.
Выбор: шаговый двигатель для станка.
Правильнее ориентироваться на крутящий момент, для этого:
выполняют расчеты по известным формулам;
умножают результат на 2 или 5 ( коэффициент самоуверенности расчетчика);
смотрят, какие же двигатели стоят в аналогичных станках.
Начнем с последнего пункта. Затем выбрать присоединительный размер (эти таинственные Nema 17, Nema 23). Далее ориентироваться на ток двигателя 2..5 А. Все эксперты сходятся во мнении, что размер имеет значение, ориентируемся на толщину кошелька. Лучше выбрать ШД с двумя обмотками (4 вывода) — не будет проблем с контроллерами.
Выбор: режим микрошага.
Шаговый двигатель управляется током. Если управляющая схема переключает только направление тока, двигатель работает в режиме полного шага. Но если манипулировать еще и величиной тока по специальному закону, можно добиться увеличения числа шагов на оборот в 2, 4, 8, 16 .. раз. В этом режиме (микрошага):
• уменьшается дискрет перемещения станка, это плюс;
• двигатель крутится плавно, без рывков, это плюс;
•уменьшается крутящий момент, это минус.
Эксперты рекомендуют микрошаг от 1/4 до 1/16.
Выбираем контроллер шагового двигателя - одноканальный или многоканальный.
Безусловно, лучше одноканальный. Специфика контроллера ШД — большие импульсные токи через обмотки. В этом случае контроллер лучше размещать как можно ближе к ШД — подключать короткими толстыми проводами.
Кроме того, при замене двигателя, можно заменить один из контроллеров, а не лезть с паяльником в большую плату.
Охлаждение одноканального будет получше.
Выбор: источник питания CNC
Источник питания применяют один. Чем больше напряжение питания, тем быстрее сможет крутится ШД, при той же мощности. Поэтому напряжение выбираем, сколько позволит контроллер станка 24..48 В. Ток выбираем с запасом. 3 ШД по 3 А — берем 10 А источник.
Встраиваемый блок планировался для размещения в корпус совместно с контроллерами, с одним на всех вентилятором. Пристраиваемый охлаждает только себя, но делает это хорошо. Его можно разместить, например, под столом.
Выбор: шпиндель для станка CNC
Для суровой обработки стали применяют станки с неподвижнм шпинделем — поднимается-опускается стол.
Для обработки дерева, пластмассы, цветных сплавов на легких станках применяют скоростные шпиндели 6000-24000 оборотов в минуту. Это связано с конструкцией станка- на высоких оборотах резание производит шпиндель, нагрузка на ШД минимальна.
Для дерева достаточно 800 Вт мощности шпинделя, для цветных сплавов -1500 Вт. Водяной шпиндель — малошумящий.
Для управления частотой и направлением вращения служит серьезный силовой прибор на микропроцессоре — инвертор. Чаще всего инвертором можно управлять с компьютера, через последовательный интерфейс RS-485.
Отступление: о техническом прогрессе.
Вернемся к иллюстрации в начале статьи и перенесем процесс на завод году так в 1970м.
CAD — это конструктор из СКБ (серийное конструкторское бюро). Результат его работы-чертеж, то есть документ с требованиями на готовое изделие.
CAM — это технолог из ОГТ (отдела главного технолога), конкретнее-программист ЧПУ. Он интерпретирует каждый отрезок на чертеже примерно так — закрепить фрезу №14 в шпинделе, переместить в (координаты начала прямой ) , разогнать щпиндель, опустить на глубину реза и двигаться в конец отрезка и т. д. Результат его работы — текстовый файл в командах, понятных станку (G-кодах) — переводится на перфоленту и передается в цех.
В цеху оператор ЧПУ загружает перфоленту в стойку (электронная часть станка), крепит заготовку, инструмент и запускает программу на исполнение.
Заметим, что с тех пор принципиально ничего не изменилось: заменили перфоленту на флешку или передают данные по сети. Единственно, стойку оснастили GPS, и теперь попытка переместить станок на другое место в цеху карается дистанционным убийством станка. Естественно, с появлением персональных компьютеров, начались вполне успешные эксперименты по оптимизации описанной выше технологической цепочки. В результате, на основе домашнего компьютера мы вполне можем это реализовать.
Выбор — контроллер станка CNC.
Чего же не хватает персональному компьютеру, чтобы заменить стойку станка ЧПУ?
Да все у него есть — утверждают создатели великих программ MACH3, Linux CNC и им подобных. Припаиваем провода от порта принтера к контроллерам ШД и запускаем программу. И они правы, в 90х годах под DOS программист на компе был хозяином. Но с тех пор ПК эволюционируют в сторону развлекательных центров, рекламных проспектов, средств контроля персональных данных и т.д. Что же изменилось принципиально? С появлением многозадачных операционных систем, программист перестал быть поваром на своей кухне. Он стал посетителем ресторана «операционная система».
•Программист заказывает «переместить фрезу на 10 мм вниз».
•Официант принимает заказ и, разумеется, принесет требуемое, но по дороге остановится поболтать с приятелем, потом повар занят и т. п.
Другими словами, скорость доступа прикладной программы к порту ограничена быстродействием операционной системы, с тенденцией к запрету прямого доступа (только через официанта -драйвер ОС). Поэтому автобус MACH3 стоит на остановке Windows XP. При этом сама XP должна быть специальным образом настроена. На практике пользователю надо выделить отдельный комп, установить лицензионную систему и , после настройки Mach3, избегать установки других программ. И все равно, движение не очень гладкое (официант притормаживает). Найти порт LPT и лицензионную XP скоро уже не получится. Куда податься бедному крестьянину?
Создатели NC Studio сделали плату на замену порта LPT.
Для mach3 сделали передачу по сети или по USB.
С развитием микропроцессоров стало возможно воспроизвести стойку станка в приемлемых габаритах за разумную цену (стоит как 4 ноутбука).
Называется это «пульт DSP».
Выбор CNC: Стойка или персональный компьютер?
Стойка — специализированный компьютер, со своей ОС, подчиненной единственной цели — четко вычислять траекторию инструмента и вовремя подавать ее на приводы. И место ей — рядом с крутым многокоординатным станком (обрабатывающим центром).
Для станков легкой весовой категории, безусловно предпочтительнее компьютер.
Выбор CNC: настольный компьютер или ноутбук?
А зачем настольный комп громоздить рядом с рабочим местом фрезеровщика? Недорогой ноутбук, нетбук или моноблок хорошо впишутся в дизайн станка.
Выбор CNC: USB или компьютерная сеть?
Ну, USB и разрабатывался для обеспечения компьютерной переферии. Передать файл с компа на комп можно и по сети. А загонять файл из здания заводоуправления прямо в стойку станка? А оператора ЧПУ тоже передавать по сети? Кроме того, передача пакетов по сети происходит с негарантированным временем доставки, то есть невозможно использовать вычислительную мощность компа для работы в реальном времени с тупым контроллером.
Выбор CNC: Windows или Linux?
Если это единственный мощный комп, на котором планируется установить CAD-CAM — тогда Windows. Если же это эконом-класса ноутбук, выделенный взамен стойки ЧПУ — Linux. По личному опыту, Linux Mint 17 «из коробки» лучше справляется с многопоточностью и многозадачностью.
Наконец, никто не мешает установить две ОС на один компьютер.
НПФ "ЯНТАРЬ"
Полное или частичное копирование статьи без согласования запрещено.