CAM для фрезерного станка ЧПУ: как из чертежа получить G-код (Vectric Aspire, VCarve, ArtCAM, Fusion)

CAM-программа превращает чертёж или 3D-модель в траектории фрезы, а постпроцессор записывает эти траектории в G-код, который понимает конкретный контроллер. Ошибка на любом из этих звеньев даёт либо испорченную деталь, либо файл, который контроллер не откроет. Ниже: что нужно от CAM для станка по дереву, пластику и цветным металлам, сравнение Vectric Aspire, VCarve, ArtCAM, Fusion и FreeCAD, выбор программы под задачу, постпроцессор для NC Studio, DSP, Mach3 и GRBL и проверка файла до первого реза. Общая схема от модели до движения и таблица основных команд G-кода есть на странице о станках с ЧПУ, здесь они не повторяются.

Коротко: от чертежа до станка в четыре шага

Файл для станка получается в четыре шага, и каждый делает своя программа или устройство. Чертёж или 3D-модель рисуют в CAD или импортируют, например векторный макет из CorelDraw в формате DXF. CAM строит траектории: выбирает фрезу, глубину за проход, подачу, обороты и порядок обработки. Постпроцессор записывает траектории в G-код под контроллер: единицы измерения, дуги, смену инструмента, начало и конец файла. Контроллер читает файл, рассчитывает движение осей и выдаёт импульсы на драйверы. Программа управления станком, например NC Studio или Mach3, в этой цепочке исполняет файл и сама его не создаёт.

Из схемы следуют два правила. CAM-программу выбирают по задаче: плоские контуры и гравировка, объёмный рельеф или деталь из 3D-модели. Постпроцессор выбирают по контроллеру: один и тот же проект в CAM даёт разные файлы под DSP, NC Studio, Mach3 и GRBL.

Что нужно от CAM для станка по дереву и пластику

Требования к CAM задаёт работа станка. Листовые материалы и плоские детали обрабатывают траекториями 2,5D: фреза движется по осям X и Y на заданной глубине, а на следующий проход опускается по Z. К 2,5D относятся контур, карман, сверление, гравировка, V-гравировка, фаска и фотогравировка. Объёмные рельефы, например мебельные фасады, картины, двери, колонны и иконы, требуют 3D обработки: в Vectric это черновой и чистовой проходы и дообработка остатков, а глубина меняется в каждой точке поверхности.

Из программы нужны шесть вещей:

• рисование и правка векторов или импорт чертежа в формате DXF;
• траектории 2,5D: контур, карман, сверление, гравировка;
• 3D обработка рельефа, если станок режет объём;
• база инструментов: фрезы и V-образные гравёры с диаметром, подачей и оборотами;
• предпросмотр результата и времени обработки до запуска;
• постпроцессор под ваш контроллер.

Сравнение программ в одной таблице

В таблице условия лицензий и возможности взяты с сайтов производителей: Vectric, Autodesk, Carveco и FreeCAD. Условия лицензий меняются, поэтому перед выбором их читают на сайте производителя.

На странице частых вопросов при выборе станка для трёхосевых станков с ЧПУ назван Vectric Aspire, а выбор между ArtCAM и Aspire отнесён к личным предпочтениям. Таблица добавляет к этому условия: ArtCAM больше не развивается, у VCarve Desktop есть предел размера задания, а версия Fusion для личного использования не годится для платной работы.

Что выбрать под задачу

Вывеска, раскрой и детали по вектору

Задача плоская: контуры, карманы, надписи, V-гравировка. Нужны траектории 2,5D, они есть в VCarve и Aspire. Лист 1300 x 2500 мм, который на странице частых вопросов назван стандартом мебельного производства, больше предела 609,6 мм у VCarve Desktop: для такого листа берут VCarve Pro или Aspire, у которых размер задания не ограничен. Векторный макет из CorelDraw или другого редактора сохраняют в DXF и импортируют в CAM.

Объёмный рельеф: фасад, картина, икона

Если рельеф рисуют самостоятельно из векторов и растров, нужна программа с 3D моделированием: Aspire. Если рельеф сделан в 3D-редакторе или получен как готовая модель, его обработает и VCarve Pro, и Aspire. ArtCAM остаётся рабочим выбором для тех, у кого уже есть лицензия и проекты в этой программе, но для нового рабочего места берут программу, которую производитель продолжает выпускать и поддерживать.

Деталь из алюминия и других цветных металлов

На странице частых вопросов сказано, что мягкие цветные металлы можно обрабатывать на жёстком станке с рельсовыми направляющими и шпинделем от 2,2 кВт, но на малых подачах. Плоские детали с карманами и контурами по чертежу готовят траекториями 2,5D в любой программе из таблицы. Деталь, которую проектируют как 3D-модель, например корпус или кронштейн, удобно вести в программе с CAD и CAM в одном проекте: Fusion или FreeCAD.

Станок для хобби

Для личных некоммерческих проектов подходят версия Fusion для личного использования на условиях Autodesk и FreeCAD без лицензионных платежей. Если станок начинает работать на заказ, условия личной версии Fusion перестают подходить, и нужна либо подписка, либо другая программа.

Постпроцессор: звено, которое нельзя пропускать

Постпроцессор это текстовый файл правил. По документации Vectric он переводит траектории в формат конкретной модели станка и контроллера: задаёт единицы измерения, шапку и конец файла, запись дуг, смену инструмента и расширение файла. Поэтому G-код, подготовленный под один контроллер, на другом может не открыться или выполниться неверно.

Как читать название постпроцессора

В списке Vectric название несёт четыре признака: «Arcs» значит, что дуги выводятся командами G2 и G3, «ATC» значит, что в файл попадают команды автоматической смены инструмента, «(mm)» и «(inch)» задают миллиметры или дюймы, а запись «(*.tap)» называет расширение выходного файла. Например, «G Code ATC (inch) (*.tap)» это G-код с автоматической сменой инструмента в дюймах и расширением tap. Список постпроцессоров ведёт Vectric, а кнопка обновления в менеджере постпроцессоров загружает актуальные версии.

Что ломается при неверном постпроцессоре

• Единицы. Файл в дюймах, прочитанный контроллером как миллиметры, даёт деталь в 25,4 раза меньше.
• Расширение. Постпроцессор «G Code ATC (inch) (*.tap)» называет файл с расширением tap, а правка строк POST_NAME и FILE_EXTENSION в копии постпроцессора меняет его, например на nc.
• Комментарии в Mach3. Mach3 считает круглые скобки началом комментария и не допускает вложенных комментариев, а у большинства инструментов в базе Vectric в названии есть скобки. Для этого в постпроцессоре есть команда SUBSTITUTE, которая заменяет скобки в выводимых названиях.
• Длина файла и имя. Некоторые контроллеры требуют разбить программу на части по числу строк и ограничивают имя файла форматом 8.3, то есть восемью знаками имени и тремя знаками расширения. Для этого в постпроцессоре есть режим разбиения на файлы.

Какой постпроцессор нужен каждому контроллеру

Автономный контроллер читает файл с флешки и работает без компьютера: компьютер нужен только для подготовки файла. Пульт автономного контроллера DSP 0501 читает файлы G-кода и файлы PLT по опции. По руководству пульта RichAuto A11 поддерживаются стандартный G-код и формат PLT, флешка нужна с файловой системой FAT16 или FAT32, а расширение файла программы в руководстве не названо. Поэтому файл для DSP готовят постпроцессором со стандартным G-кодом в миллиметрах и проверяют пробным файлом на самом пульте.

NC Studio работает как одна система: программа для Windows рассчитывает траекторию по G-коду, а плата PCI выдаёт сигналы на интерфейсную плату станка. Такую связку собирает комплект NC Studio Classic с платой PCI, интерфейсной платой и кабелем D-sub 15. Окно программы, ручной режим и вкладку Trace, где траектория видна в реальном времени, описывает руководство по NC Studio 5.5.60. Файл из CAM для NC Studio готовят постпроцессором под эту программу, а до рабочей детали проверяют пробным файлом с одним контуром: единицы, дуги и направление осей видны сразу.

Для Mach3 в списке Vectric и в составе FreeCAD есть отдельные постпроцессоры. Для GRBL тоже есть свои: в постпроцессоре Vectric для GRBL предусмотрена команда мощности лазера. Какой контроллер подойдёт станку, зависит от задачи, и сравнение DSP, LPT, USB, Ethernet, PCI и GRBL приведено на странице контроллеров для станка ЧПУ.

Как проверить файл до станка

Файл проверяют в пять шагов, от безопасного к рабочему:

• Предпросмотр в CAM. Vectric показывает, как будет выглядеть готовая деталь, и оценивает время резки, а в FreeCAD с версии 1.0 есть симулятор модуля CAM.
• Начало и конец файла. Файл открывают в текстовом редакторе: в шапке должны стоять нужные единицы (G21 для миллиметров), обороты шпинделя и команда включения M3, в конце файла команда остановки шпинделя M5.
• Ноль и безопасная высота. CAM считает глубину от нуля, выбранного в проекте: от поверхности материала или от стола. Такой же ноль задают на станке. Если CAM считал глубину от поверхности листа толщиной 18 мм, а ноль Z на станке задан по столу, фреза уйдёт на 18 мм глубже задуманного. Безопасная высота холостых перемещений должна быть выше заготовки и прижимов.
• Прогон без фрезы. Первый прогон делают без инструмента на малой подаче и ускорении, проверяют направление осей и срабатывание концевиков, аварийную кнопку и остановку программы. В NC Studio траекторию в это время показывает вкладка Trace.
• Пробный прогон над заготовкой. Новую программу сначала проверяют в симуляции CAM и пробным прогоном над заготовкой, и только затем режут материал.

Программы для ЧПУ станков: из чего состоит набор

Под запросом «программы для ЧПУ станков» скрываются три разных класса программ, и для фрезерного станка с ЧПУ нужны все три звена. CAD рисует чертёж или модель (CorelDraw, AutoCAD, FreeCAD, Fusion). CAM строит траектории фрезы и через постпроцессор записывает G-код (Vectric Aspire и VCarve Pro, Carveco, Fusion, FreeCAD, Estlcam). Программа управления читает G-код и двигает оси (NC Studio, Mach3, Mach4, LinuxCNC, отправитель для GRBL) либо её роль играет автономный пульт DSP. Программы для ЧПУ фрезера по дереву и пластику чаще всего совмещают CAD и CAM в одном окне: в Aspire и VCarve рисуют векторы и сразу строят по ним траектории.

ArtCAM и ArtCAM Pro сегодня

ArtCAM Pro, ArtCAM Premium и ArtCAM Express сняты с продажи: Autodesk вывел линейку из продажи в 2018 году, новых лицензий не выпускает и ключи-донглы не поддерживает. Поэтому легально установить ArtCAM может только владелец ранее купленной лицензии, а сборки «artcam скачать бесплатно» это взломанные копии без поддержки, которые нарушают лицензию и несут риск вирусов.

Разработку продолжает компания Carveco по эксклюзивной лицензии Autodesk: функции ArtCAM перешли в программы Carveco под новым названием, и они открывают файлы проектов ArtCAM. Для тех, кто привык к ArtCAM, это прямой легальный путь сохранить рельефы и проекты. Вторая замена по задачам это Vectric Aspire: он тоже строит 3D рельефы из векторов и растров и обрабатывает их.

Vectric Aspire vs VCarve Pro

Обе программы от Vectric работают на Windows, используют одни и те же траектории 2,5D, раскладку деталей на листе и одинаковые постпроцессоры. Разница одна, но решающая: VCarve Pro обрабатывает готовую 3D-модель или 3D-клипарт, а Vectric Aspire ещё и создаёт рельеф с нуля. Если в работе вывески, раскрой мебельных деталей, V-гравировка и фаски, хватает VCarve Pro. Если нужно самому лепить резной фасад, икону или картину по эскизу, нужен Aspire. Проекты VCarve открываются в Aspire, поэтому начать с VCarve Pro и перейти на Aspire можно без потери файлов.

Бесплатные программы для станков ЧПУ и пробные версии

Легальные бесплатные варианты есть, но у каждого свои условия:

• FreeCAD с модулем CAM (до версии 1.0 модуль назывался Path) бесплатен и для коммерческой работы, в нём есть постпроцессоры GRBL, Mach3, Mach4 и LinuxCNC.
• Autodesk Fusion для личного использования бесплатен на три года для некоммерческих домашних проектов при доходе до 1000 долларов США в год, CAM в этой версии ограничен.
• Estlcam в бесплатной версии полностью рабочий и не ограничивает G-код, но с каждым запуском всё дольше ждёт при открытии и сохранении файлов; лицензия снимает задержку.
• Пробные версии Vectric Aspire и VCarve дают все инструменты, но не сохраняют траектории, не экспортируют G-код из своих проектов и позволяют резать только учебные проекты Vectric. Файлы, созданные в пробной версии, открываются после покупки на том же компьютере.

Для хобби и обучения бесплатного FreeCAD или Fusion хватает. Для платной работы по вывескам и рельефам выбирают лицензию Vectric или Carveco: время на подготовку файла окупается быстрее, чем экономия на программе.

Как писать программы для ЧПУ станков вручную

G-код ЧПУ это текст, где каждая строка задаёт одну команду. Простой контур прямоугольника 100 x 50 мм на глубину 2 мм для фрезы, которая уже стоит в нуле детали, выглядит так:

Так пишут короткие программы: торцевание, сверление по точкам, проверку осей. При глубине 10 мм за проходы по 2 мм тот же контур повторяется пять раз, а при дугах, компенсации радиуса фрезы и V-гравировке строк становятся тысячи, поэтому программы для фрезерных станков с ЧПУ сложнее простого контура строят в CAM.

Можно ли скачать готовый G-код для ЧПУ

Чужой файл G-кода привязан к станку, на котором его готовили: к нулю детали, размеру заготовки, диаметру и форме фрезы, подачам и постпроцессору. На другом станке такой файл врезается не на ту глубину, идёт не той фрезой или останавливается на незнакомой команде. Поэтому скачивают не G-код, а исходники: векторы DXF и SVG, 3D-модели STL и проекты в форматах CAM-программ, в том числе бесплатные учебные проекты Vectric. G-код из них строят у себя под свою фрезу и свой постпроцессор.

Постпроцессор Mach3 и постпроцессор NcStudio

В Vectric постпроцессор выбирают из списка при сохранении траектории: для Mach3 есть отдельные варианты в миллиметрах и дюймах, с дугами и без. Отдельный постпроцессор NcStudio есть не в каждой CAM-программе: если его нет в списке, файл готовят постпроцессором со стандартным G-кодом в миллиметрах. В FreeCAD постпроцессор Mach3 входит в состав модуля CAM. Если нужного варианта в списке нет, файл проверяют пробным контуром: открывают в программе управления, смотрят единицы, направление дуг G2 и G3 и команды шпинделя, и только после этого режут деталь.

Частые вопросы

ArtCAM или Aspire: что выбрать?

Для нового рабочего места берут программу, которую производитель продолжает выпускать: из этих двух это Aspire. ArtCAM Autodesk прекратил разрабатывать 7 июля 2018 года, поддержка Autodesk закончилась 1 ноября 2018 года, а Vectric выпускает новые версии, и на её сайте есть руководства версии 12.5. ArtCAM остаётся выбором для тех, у кого уже есть лицензия: существующие лицензии продолжают работать без обновлений. Преемник ArtCAM под другим названием выпускает Carveco.

Что такое постпроцессор простыми словами?

Это переводчик между CAM и контроллером. CAM строит одну и ту же траекторию для любого станка, а постпроцессор записывает её так, как читает именно ваш контроллер: с нужными единицами, дугами, командами шпинделя и расширением файла.

Можно ли обойтись без CAM?

Можно для простых заданий. G-код это текст из коротких команд, и прямые перемещения на одной глубине записывают вручную в текстовом редакторе. Контур с дугами, несколько проходов по глубине и V-гравировка вручную записываются долго и с ошибками, поэтому для таких задач берут CAM.

Нужен ли отдельный CAD?

Для плоских задач не нужен: в Aspire и VCarve есть инструменты рисования и правки векторов, а макеты из CorelDraw и других векторных редакторов импортируются в формате DXF. Отдельный 3D-редактор нужен, если рельеф или деталь рисуют как 3D-модель, а Fusion и FreeCAD объединяют CAD и CAM.

Станок, контроллер, драйверы и остальные узлы для сборки или модернизации выбирают в разделе комплектующих для станка ЧПУ.