CAM для фрезерного верстата ЧПУ: як із креслення отримати G-код (Vectric Aspire, VCarve, ArtCAM, Fusion)

CAM-програма перетворює креслення або 3D-модель на траєкторії фрези, а постпроцесор записує ці траєкторії в G-код, який розуміє конкретний контролер. Помилка на будь-якій із цих ланок дає або зіпсовану деталь, або файл, який контролер не відкриє. Нижче: що потрібно від CAM для верстата по дереву, пластику й кольорових металах, порівняння Vectric Aspire, VCarve, ArtCAM, Fusion і FreeCAD, вибір програми під задачу, постпроцесор для NC Studio, DSP, Mach3 і GRBL та перевірка файлу до першого різу. Загальна схема від моделі до руху й таблиця основних команд G-коду є на сторінці про верстати з ЧПУ, тут вони не повторюються.

Коротко: від креслення до верстата в чотири кроки

Файл для верстата отримують у чотири кроки, і кожен робить своя програма або пристрій. Креслення або 3D-модель малюють у CAD або імпортують, наприклад векторний макет із CorelDraw у форматі DXF. CAM будує траєкторії: обирає фрезу, глибину за прохід, подачу, оберти й порядок обробки. Постпроцесор записує траєкторії в G-код під контролер: одиниці виміру, дуги, зміну інструмента, початок і кінець файлу. Контролер читає файл, розраховує рух осей і видає імпульси на драйвери. Програма керування верстатом, наприклад NC Studio або Mach3, у цьому ланцюжку виконує файл і сама його не створює.

Зі схеми випливають два правила. CAM-програму обирають за задачею: пласкі контури й гравіювання, об’ємний рельєф або деталь із 3D-моделі. Постпроцесор обирають за контролером: один і той самий проєкт у CAM дає різні файли під DSP, NC Studio, Mach3 і GRBL.

Що потрібно від CAM для верстата по дереву й пластику

Вимоги до CAM задає робота верстата. Листові матеріали й пласкі деталі обробляють траєкторіями 2,5D: фреза рухається по осях X і Y на заданій глибині, а на наступний прохід опускається по Z. До 2,5D належать контур, кишеня, свердління, гравіювання, V-гравіювання, фаска й фотогравіювання. Об’ємні рельєфи, наприклад меблеві фасади, картини, двері, колони та ікони, потребують 3D обробки: у Vectric це чорновий і чистовий проходи та доопрацювання залишків, а глибина змінюється в кожній точці поверхні.

З програми потрібні шість речей:

• малювання й правка векторів або імпорт креслення у форматі DXF;
• траєкторії 2,5D: контур, кишеня, свердління, гравіювання;
• 3D обробка рельєфу, якщо верстат ріже об’єм;
• база інструментів: фрези й V-подібні гравери з діаметром, подачею та обертами;
• попередній перегляд результату й часу обробки до запуску;
• постпроцесор під ваш контролер.

Порівняння програм в одній таблиці

У таблиці умови ліцензій і можливості взято із сайтів виробників: Vectric, Autodesk, Carveco і FreeCAD. Умови ліцензій змінюються, тому перед вибором їх читають на сайті виробника.

На сторінці поширених питань щодо вибору верстата для трикоординатних верстатів з ЧПУ названо Vectric Aspire, а вибір між ArtCAM і Aspire віднесено до особистих уподобань. Таблиця додає до цього умови: ArtCAM більше не розвивається, у VCarve Desktop є межа розміру завдання, а версія Fusion для особистого використання не годиться для платної роботи.

Що обрати під задачу

Вивіска, розкрій і деталі за вектором

Задача пласка: контури, кишені, написи, V-гравіювання. Потрібні траєкторії 2,5D, вони є у VCarve і Aspire. Аркуш 1300 x 2500 мм, який на сторінці поширених питань названо стандартом меблевого виробництва, більший за межу 609,6 мм у VCarve Desktop: для такого аркуша беруть VCarve Pro або Aspire, у яких розмір завдання не обмежено. Векторний макет із CorelDraw чи іншого редактора зберігають у DXF та імпортують у CAM.

Об’ємний рельєф: фасад, картина, ікона

Якщо рельєф малюють самостійно з векторів і растрів, потрібна програма з 3D моделюванням: Aspire. Якщо рельєф зроблено в 3D-редакторі або отримано як готову модель, його обробить і VCarve Pro, і Aspire. ArtCAM лишається робочим вибором для тих, у кого вже є ліцензія та проєкти в цій програмі, але для нового робочого місця беруть програму, яку виробник і далі випускає та підтримує.

Деталь з алюмінію та інших кольорових металів

На сторінці поширених питань сказано, що м’які кольорові метали можна обробляти на жорсткому верстаті з рейковими напрямними та шпинделем від 2,2 кВт, але на малих подачах. Пласкі деталі з кишенями та контурами за кресленням готують траєкторіями 2,5D у будь-якій програмі з таблиці. Деталь, яку проєктують як 3D-модель, наприклад корпус або кронштейн, зручно вести в програмі з CAD і CAM в одному проєкті: Fusion або FreeCAD.

Верстат для хобі

Для особистих некомерційних проєктів підходять версія Fusion для особистого використання на умовах Autodesk і FreeCAD без ліцензійних платежів. Якщо верстат починає працювати на замовлення, умови особистої версії Fusion перестають підходити, і потрібна або підписка, або інша програма.

Постпроцесор: ланка, яку не можна пропускати

Постпроцесор це текстовий файл правил. За документацією Vectric він перекладає траєкторії у формат конкретної моделі верстата й контролера: задає одиниці виміру, шапку та кінець файлу, запис дуг, зміну інструмента й розширення файлу. Тому G-код, підготовлений під один контролер, на іншому може не відкритися або виконатися неправильно.

Як читати назву постпроцесора

У списку Vectric назва несе чотири ознаки: «Arcs» означає, що дуги виводяться командами G2 і G3, «ATC» означає, що у файл потрапляють команди автоматичної зміни інструмента, «(mm)» і «(inch)» задають міліметри або дюйми, а запис «(*.tap)» називає розширення вихідного файлу. Наприклад, «G Code ATC (inch) (*.tap)» це G-код з автоматичною зміною інструмента в дюймах і розширенням tap. Список постпроцесорів веде Vectric, а кнопка оновлення в менеджері постпроцесорів завантажує актуальні версії.

Що ламається за неправильного постпроцесора

• Одиниці. Файл у дюймах, прочитаний контролером як міліметри, дає деталь у 25,4 раза меншу.
• Розширення. Постпроцесор «G Code ATC (inch) (*.tap)» називає файл із розширенням tap, а правка рядків POST_NAME і FILE_EXTENSION у копії постпроцесора змінює його, наприклад на nc.
• Коментарі в Mach3. Mach3 вважає круглі дужки початком коментаря й не допускає вкладених коментарів, а назви інструментів у базі Vectric містять дужки. Для цього в постпроцесорі є команда SUBSTITUTE, яка замінює дужки у виведених назвах.
• Довжина файлу й ім’я. Деякі контролери вимагають розбити програму на частини за кількістю рядків і обмежують ім’я файлу форматом 8.3, тобто вісьмома знаками імені й трьома знаками розширення. Для цього в постпроцесорі є режим розбиття на файли.

Який постпроцесор потрібен кожному контролеру

Автономний контролер читає файл із флешки й працює без комп’ютера: комп’ютер потрібен лише для підготовки файлу. Пульт автономного контролера DSP 0501 читає файли G-коду та файли PLT за опцією. За посібником пульта RichAuto A11 підтримуються стандартний G-код і формат PLT, флешка потрібна з файловою системою FAT16 або FAT32, а розширення файлу програми в посібнику не названо. Тому файл для DSP готують постпроцесором зі стандартним G-кодом у міліметрах і перевіряють пробним файлом на самому пульті.

NC Studio працює як одна система: програма для Windows розраховує траєкторію за G-кодом, а плата PCI видає сигнали на інтерфейсну плату верстата. Таку зв’язку збирає комплект NC Studio Classic із платою PCI, інтерфейсною платою та кабелем D-sub 15. Вікно програми, ручний режим і вкладку Trace, де траєкторія видна в реальному часі, описує посібник з NC Studio 5.5.60. Файл із CAM для NC Studio готують постпроцесором під цю програму, а до робочої деталі перевіряють пробним файлом з одним контуром: одиниці, дуги й напрямок осей видно одразу.

Для Mach3 у списку Vectric та у складі FreeCAD є окремі постпроцесори. Для GRBL теж є свої: у постпроцесорі Vectric для GRBL передбачено команду потужності лазера. Який контролер підійде верстату, залежить від задачі, і порівняння DSP, LPT, USB, Ethernet, PCI та GRBL наведено на сторінці контролерів для верстата ЧПУ.

Як перевірити файл до верстата

Файл перевіряють у п’ять кроків, від безпечного до робочого:

• Попередній перегляд у CAM. Vectric показує, як виглядатиме готова деталь, і оцінює час різання, а у FreeCAD від версії 1.0 є симулятор модуля CAM.
• Початок і кінець файлу. Файл відкривають у текстовому редакторі: у шапці мають стояти потрібні одиниці (G21 для міліметрів), оберти шпинделя й команда вмикання M3, наприкінці файлу команда зупинки шпинделя M5.
• Нуль і безпечна висота. CAM рахує глибину від нуля, обраного в проєкті: від поверхні матеріалу або від столу. Такий самий нуль задають на верстаті. Якщо CAM рахував глибину від поверхні аркуша завтовшки 18 мм, а нуль Z на верстаті задано по столу, фреза піде на 18 мм глибше за задумане. Безпечна висота холостих переміщень має бути вищою за заготовку й притискачі.
• Прогін без фрези. Перший прогін роблять без інструмента на малій подачі й прискоренні, перевіряють напрямок осей і спрацювання кінцевиків, аварійну кнопку та зупинку програми. У NC Studio траєкторію в цей час показує вкладка Trace.
• Пробний прогін над заготовкою. Нову програму спочатку перевіряють у симуляції CAM і пробним прогоном над заготовкою, і лише потім ріжуть матеріал.

Програми для верстатів ЧПУ: з чого складається набір

За запитом «програми для верстатів ЧПУ» стоять три різні класи програм, і для фрезерного верстата з ЧПУ потрібні всі три ланки. CAD малює креслення або модель (CorelDraw, AutoCAD, FreeCAD, Fusion). CAM будує траєкторії фрези і через постпроцесор записує G-код (Vectric Aspire і VCarve Pro, Carveco, Fusion, FreeCAD, Estlcam). Програма керування читає G-код і рухає осі (NC Studio, Mach3, Mach4, LinuxCNC, відправник для GRBL) або її роль виконує автономний пульт DSP. Програми для фрезера ЧПУ по дереву й пластику найчастіше поєднують CAD і CAM в одному вікні: в Aspire і VCarve малюють вектори й одразу будують за ними траєкторії.

ArtCAM і ArtCAM Pro сьогодні

ArtCAM Pro, ArtCAM Premium і ArtCAM Express зняті з продажу: Autodesk вивів лінійку з продажу у 2018 році, нових ліцензій не випускає і ключі-донгли не підтримує. Тому легально встановити ArtCAM може лише власник раніше купленої ліцензії, а збірки «artcam скачати безкоштовно» це зламані копії без підтримки, які порушують ліцензію і несуть ризик вірусів.

Розробку продовжує компанія Carveco за ексклюзивною ліцензією Autodesk: функції ArtCAM перейшли в програми Carveco під новою назвою, і вони відкривають файли проєктів ArtCAM. Для тих, хто звик до ArtCAM, це прямий легальний шлях зберегти рельєфи й проєкти. Друга заміна за задачами це Vectric Aspire: він теж будує 3D рельєфи з векторів і растрів та обробляє їх.

Vectric Aspire vs VCarve Pro

Обидві програми від Vectric працюють на Windows, використовують ті самі траєкторії 2,5D, розкладку деталей на аркуші й однакові постпроцесори. Різниця одна, але вирішальна: VCarve Pro обробляє готову 3D-модель або 3D-кліпарт, а Vectric Aspire ще й створює рельєф з нуля. Якщо в роботі вивіски, розкрій меблевих деталей, V-гравіювання і фаски, вистачає VCarve Pro. Якщо потрібно самому ліпити різьблений фасад, ікону чи картину за ескізом, потрібен Aspire. Проєкти VCarve відкриваються в Aspire, тому почати з VCarve Pro і перейти на Aspire можна без втрати файлів.

Безкоштовні програми для верстатів ЧПУ і пробні версії

Легальні безкоштовні варіанти є, але кожен має свої умови:

• FreeCAD з модулем CAM (до версії 1.0 модуль називався Path) безкоштовний і для комерційної роботи, в ньому є постпроцесори GRBL, Mach3, Mach4 і LinuxCNC.
• Autodesk Fusion для особистого використання безкоштовний на три роки для некомерційних домашніх проєктів за доходу до 1000 доларів США на рік, CAM у цій версії обмежений.
• Estlcam у безкоштовній версії повністю робочий і не обмежує G-код, але з кожним запуском дедалі довше чекає під час відкриття і збереження файлів; ліцензія знімає затримку.
• Пробні версії Vectric Aspire і VCarve дають усі інструменти, але не зберігають траєкторії, не експортують G-код зі своїх проєктів і дозволяють різати лише навчальні проєкти Vectric. Файли, створені в пробній версії, відкриваються після купівлі на тому самому комп’ютері.

Для хобі та навчання безкоштовного FreeCAD або Fusion вистачає. Для платної роботи з вивісками й рельєфами обирають ліцензію Vectric або Carveco: час на підготовку файлу окупається швидше, ніж економія на програмі.

Як писати програми для верстатів ЧПУ вручну

G-код ЧПУ це текст, де кожен рядок задає одну команду. Простий контур прямокутника 100 x 50 мм на глибину 2 мм для фрези, яка вже стоїть у нулі деталі, виглядає так:

Так пишуть короткі програми: торцювання, свердління по точках, перевірку осей. За глибини 10 мм проходами по 2 мм той самий контур повторюється п’ять разів, а з дугами, компенсацією радіуса фрези і V-гравіюванням рядків стають тисячі, тому програми для фрезерних верстатів з ЧПУ, складніші за простий контур, будують у CAM.

Чи можна скачати готовий G-код для ЧПУ

Чужий файл G-коду прив’язаний до верстата, на якому його готували: до нуля деталі, розміру заготовки, діаметра і форми фрези, подач і постпроцесора. На іншому верстаті такий файл врізається не на ту глибину, йде не тією фрезою або зупиняється на незнайомій команді. Тому скачують не G-код, а вихідні файли: вектори DXF і SVG, 3D-моделі STL і проєкти у форматах CAM-програм, зокрема безкоштовні навчальні проєкти Vectric. G-код з них будують у себе під свою фрезу і свій постпроцесор.

Постпроцесор Mach3 і постпроцесор NcStudio

У Vectric постпроцесор обирають зі списку під час збереження траєкторії: для Mach3 є окремі варіанти в міліметрах і дюймах, з дугами і без. Окремий постпроцесор NcStudio є не в кожній CAM-програмі: якщо його немає в списку, файл готують постпроцесором зі стандартним G-кодом у міліметрах. У FreeCAD постпроцесор Mach3 входить до складу модуля CAM. Якщо потрібного варіанта в списку немає, файл перевіряють пробним контуром: відкривають у програмі керування, дивляться одиниці, напрямок дуг G2 і G3 та команди шпинделя, і лише після цього ріжуть деталь.

Поширені запитання

ArtCAM чи Aspire: що обрати?

Для нового робочого місця беруть програму, яку виробник і далі випускає: з цих двох це Aspire. ArtCAM Autodesk припинив розробляти 7 липня 2018 року, підтримка Autodesk закінчилася 1 листопада 2018 року, а Vectric випускає нові версії, і на її сайті є посібники версії 12.5. ArtCAM лишається вибором для тих, у кого вже є ліцензія: наявні ліцензії продовжують працювати без оновлень. Наступника ArtCAM під іншою назвою випускає Carveco.

Що таке постпроцесор простими словами?

Це перекладач між CAM і контролером. CAM будує одну й ту саму траєкторію для будь-якого верстата, а постпроцесор записує її так, як читає саме ваш контролер: із потрібними одиницями, дугами, командами шпинделя та розширенням файлу.

Чи можна обійтися без CAM?

Можна для простих завдань. G-код це текст із коротких команд, і прямі переміщення на одній глибині записують вручну в текстовому редакторі. Контур із дугами, кілька проходів по глибині й V-гравіювання вручну записуються довго й з помилками, тому для таких задач беруть CAM.

Чи потрібен окремий CAD?

Для пласких задач не потрібен: в Aspire і VCarve є інструменти малювання та правки векторів, а макети з CorelDraw та інших векторних редакторів імпортуються у форматі DXF. Окремий 3D-редактор потрібен, якщо рельєф або деталь малюють як 3D-модель, а Fusion і FreeCAD поєднують CAD і CAM.

Верстат, контролер, драйвери та решту вузлів для складання або модернізації обирають у розділі комплектуючих для верстата ЧПУ.