Калинин Илья Александрович Кандидат педагогических наук, доцент, заместитель начальника управления информационных систем и технологий в образовании ФГБОУ Государственного института русского языка им. А.С.Пушкина. Автор углубленного курса информатики. Консультант проекта «Образовательная робототехника».
		Методическая мастерская: Калинин И.А. Форум: Робототехника

Интеграция робототехники, технологии и других предметов в старшей школе

Слово «Робот» - словацкое и чешское. Оно означает «Тяжелая работа», «Каторга». Почти сто лет назад чешские писатели и художники, братья Карел и Йозеф Чапеки обозначили им искусственных людей, которые в фантастической повести «R.U.R.» должны были заниматься тяжелыми и опасными работах.

Братья оказались провидцами - мы действительно создаем разные устройства именно для этих целей, хотя на людей они совершенно не похожи. Роботы, управляемые автоматические станки и производственные линии уже давно стали основой современного производства - позволив резко поднять производительность, качество, доступность самых разных товаров, услуг. Дальше - их будет только больше.

Чтобы жить в этом новом мире - нужно уметь не выполнять примитивные операции, а думать - создавать и воплощать новые идеи, новые машины, новые технологии. В этом разделе мы попробуем поговорить именно о технологиях - современных средствах создания вещей. Познакомиться с этим направлением можно еще в старшей профильной школе.

CAM (Computer-Aided Manufacturing)

Мы можем делать вещи

Подавляющее большинство людей, если спросить: "Какое занятие возникает перед глазами при слове «компьютер» расскажет вам что-нибудь о вычислениях, написании текста, картинках на том или ином экране, общении в сети и этим и ограничится. Кто-то вспомнит про написание программ. Почти всегда речь пойдет о чем-то по сути не материальном. Неудивительным образом, компьютер противопоставляют реальному миру.

Но любой, кто сталкивался с современной технологией производства знает насколько это не так. В этой (и, возможно, нескольких следующих) статьях нам хотелось бы поговорить именно о компьютере, который делает вещи. Самые настоящие.

Общие сведения

Производственные системы (и просто отдельные станки) под общим компьютерным управлением традиционно называют CAM - Computer-Aided Manufacturing, переводится это как «управляемое компьютером изготовление». Системы эти применяют (а сейчас и практически всегда объединяют) с системами компьютерного проектирования - CAD.

Сердцем такой системы чаще всего является станок с числовым программным управлением (CNC - Computer Numeric Control).

Несмотря на то, что станки такие очень разнообразны, управление ими строится на нескольких общих понятиях:

1. Рабочий орган, инструмент. - активная часть станка: резец, фреза, лазер и т.д. Орган, воздействующий на материал.
2. Ось (изменение) - координата, задающая одно из положений инструмента. Это может быть положение по длине, по высоте, угол поворота заготовки или самого инструмента. Чем больше осей, тем больше возможностей у станка - и тем сложнее обеспечить его работу.
3. Программа для станка - последовательность перемещений по всем осям (траектория) и изменения режимов работы инструмента

Программа для станка фактически представляет собой траекторию передвижения инструмента (с какой-то скоростью), на которой инструмент либо работает, либо нет. Существует несколько языков подготовки таких программ, самый известный стандартный язык, поддерживаемый подавляющим большинством управляющих комплексов - G-code.

Все, что делает станок, будет зависеть от его возможностей и программы.

Станок с ЧПУ состоит из нескольких блоков:

1. Собственно станок - механическая конструкция для крепления материала и инструмента, обеспечивающая их точное перемещение. Основными параметрами станка будут параметры жесткости (насколько станок точно и твердо обеспечивает работу - не прогибается ли, например, под весом, не смещается ли от вибрации и т.д.) и точности (не проскальзывает ли, например, во время перемещения стол с заготовкой?)
2. Рабочий орган, инструмент. Может быть, это будет неподвижный резец, может быть - фреза, может быть - лазер или еще что-то.
3. Шаговые двигатели или сервомоторы - двигатели, обеспечивающие точное перемещение инструмента.
4. Роутер - собственно устройство управления, подающее команды на двигатели и рабочий орган. Роутер обеспечивает перевод команд от управляющего компьютера в команды инструменту или перемещение по осям. Чаще всего, это делается отработкой команд вида "Шаг-Направление" ("Step-Dir").

Роутер на самом деле только управляет перемещениями, а остальное будет зависеть от компьютера - встроенного или отдельно стоящего (со специальной программой, например - Mach3)

Довольно долго такие станки (и вообще слово «станок») связывалось с каким-то большим, дорогим и специальным производственным оборудованием, большим цехом и т.д. Но современные станки стали гораздо меньше и часто используются и в условиях небольшой мастерской, офиса и даже дома. Стали появляться такие станки и в школах и колледжах.

Одна из программ, в рамках которой школьники могут получить доступ к такой технике - центры технологической поддержки образования, создаваемые правительством Москвы на базе высших учебных заведений (Подробнее: http://ctpo-portal.stankin.ru/about/).

Поговорим о нескольких таких станках.

Лазерная резка

Суть процесса предельно проста: специальная газовая трубка генерирует лазерное излучение в инфракрасном (тепловом) диапазоне. Это излучение фокусируется на материале, нагревает его и он разрушается (плавится) в точке нагрева (физика процесса намного сложнее - но сейчас для нас это не важно). Поскольку точка мала (как правило - около 0,01 мм), а материал разрушается быстро - то перемещая такой луч мы будем фактически разрезать лучом нашу заготовку на части.

Что может резать такой станок? В зависимости от мощности трубки и управляющих программ:

• Пластики (акрил, ПВХ, полистирол…)
• Дерево (доска, шпон, фанера)
• Ткань
• Бумагу
• Стекло
• Металл (вплоть до тугоплавких сталей)

Кроме резки, такой станок может не прорезать материал, а оставлять на нем след - выполнять гравировку. Насколько глубоко - зависит от режима работы.

Задавая параметры работы станка, мы должны учитывать, что по мере использования трубка постепенно слабеет, причем нельзя в обычных условиях определить насколько. При этом материал с которым мы работаем часто имеет изменяющиеся параметры (например, фанеру могут проклеить разным клеем). Поэтому все параметры приводятся приблизительно и часто требуют пробной резки или гравировки перед тем, как выполнить резку всего заказа.

Приведем несколько примеров, заодно покажем как работает программа управления таким станком.

Вот пример такого станка, на котором мы проверяли все написанное в этой статье:

Это станок StepDir 10060 - станок лазерной резки и гравировки, с мощностью трубки 100Вт, размером рабочего стола 100 на 60 см. Он управляется контроллером RDC6332G - фактически, встроенным компьютером.

Конечно, для резки стекла или толстого металла мощность луча должна быть не менее 200-300Вт (а лучше - более 1000Вт) и иметь систему автоматической фокусировки луча. Такие станки дороги. В условиях обычных помещений чаще используют станки с мощностью трубки до 100 (иногда - 180) Вт.

Вот как выглядит трубка (основной элемент) нашего станка:

Обратите внимание - во время работы трубка должна быть закрыта, знак опасности на ней проставлен не просто так. К трубке подведена дистиллированная вода - для охлаждения. Вода подается обычной помпой все время работы - иначе трубка перегреется и выйдет из строя (а это довольно дорогая часть станка).

Трубка генерирует инфракрасный лазерный луч, который через систему зеркал передается на фокусирующую линзу и попадает на материал вот конец трубки и первое зеркало.

А вот это - и есть рабочая часть. Заодно тут видно, как мы разместили материал для раскроя:

Шаговые двигатели перемещают этот рабочий орган по двум осям. Место реза обязательно охлаждается - иначе очень часто материал начнет гореть или испортится место обрезки. На самом деле, от способа обдува многое зависит - например, если нужно препятствовать горению то обдувают не воздухом, а углекислым газом или азотом. Очень рекомендуется к таким станкам подключать вытяжку - иначе все очень быстро оказывается в дыму.

Подготовка рисунка

Рисунок, который будет представлять из себя траекторию обработки, очевидно должен быть векторным. Как мы увидим ниже, растровый рисунок тоже можно использовать - но для других целей.

Наш проект-рисунок для примера - сувенирная новогодняя елка.

Рисунок можно готовить в самых разных программах: общие принципы будут практически одинаковыми. Елка симметрична, так что начнем с ее половины:

Мы не можем в рамках этой статьи рассматривать использование программ векторной графики, так что рассмотрим только основные этапы и приемы построения.

Как и во всех программах векторной графики, основа этого рисунка - кривая, состоящая из нескольких частей.

Чтобы елка была ровной, начнем с построения вспомогательных линий:

Теперь построим ломаную из отрезков:

После этого сменим инструмент на управление узлами и преобразуем сегменты ломаной в кривые Безье:

После этого, манипулируя направляющими векторами (на рисунке - линии со стрелками) добьемся нужной формы ветвей:

Построив половину елки, воспользуемся зеркальным отображением относительно ее правого края и получим полную елку:

Обратите внимание: мы указали, что отображение создаст копию половины елки.

Последняя операция, которую мы выполним - предусмотрим выемки для сборки. Толщина выемки зависит от толщины материала. В нашем случае - 4мм. Необходимо предусмотреть, что лазерный луч проплавит примерно 0.2 мм, так что размер выемки нужно сделать чуть меньше.

На основной елке можем добавить элементы оформления - в нашем случае, буквы русского алфавита.

Подготовка программы обработки

Программу для отработки мы формируем и отправляем контроллеру станка с помощью программы LaserWorks RDCAM 6.0.24.

В качестве первого примера, мы готовили сувенирную елку. Режимов во время ее вырезания мы будем использовать два: гравировка (для снега) и резка (чтобы выпилить ее из полосы материала). Резку мы используем и для того, чтобы написать на елке буквы.

Для работы мы будем использовать программу, пришедшую в комплекте со станком: LaserWorks (RDCAM).

Программа имеет полный набор инструментов для создания кривых - такой же, как и ранее использованная нами, но управление ими не так удобно.

Обратите внимание на зеленую точку в правом верхнем углу. Именно с этой точки начинается отсчет координат и именно она считается начальным положением лазера.

Зададим режимы работы лазера. Для этого мы должны нарисовать линии разным цветом - именно разные цвета и будут использоваться для определения режима.

Наш материал - акрил (оргсттекло), как мы уже говорили - толщиной 4мм. Обычно для гравировки хватает 30-40 ватт и гравировать можно быстро (200 миллиметров в минуту). Для резки скорость будет ниже, а мощность - выше (иначе срез сразу заплавляется снова или вообще не прорезается до конца). Очень может быть, что если задаться целью можно подобрать более оптимальный режим.

Если мощность будет мала - лист не будет прорезан, если велика - материал может загореться или слишком сильно оплавиться (особенно там, где много мелких деталей).

Контур елки - отнесем к черному слою. Вот параметры этого слоя:

Минимальное значение используется там, где скорость перемещения снижается -во время смены направления, на поворотах и т.д. От нас не требуется соблюдения жестких требований к качеству среза, поэтому мы не указываем минимальное значение, и вообще значения подбираем из опыта.

"Снег" мы сделаем в режиме гравировки (синий слой):

Сами буквы тоже будут в режиме резки (красный слой). Тут нам как раз нужно, чтобы буквы не прорезались, а именно состояли из линий. Поэтому и скорость больше, а мощность ставим невысокую.

Напомним, что начальное положение обработки - задано зеленой точкой. Но это точка на рисунке, а как она соотносится с листом материала? Никак - мы должны выставить начальное положение лазера - причем по всем трем осям.

Поэтому сначала подготовимся:

1. Кладем лист на рабочее поле.
2. Подгоняем головку на начальную точку - командами с пульта управления станком.

Вот фотография пульта:

На этом пульте мы можем перемещать головку командами X+ и X- по длинной стороне и Y+ Y- - по короткой стороне. Можно задать и скорость перемещения - в миллиметрах в минуту (можно быстро - но не точно, можно точно - но медленно). Команды можно подавать и с самой программы, но это не так удобно.

3. Выставляем верное расстояние до материала - от этого зависит фокусировка луча.

Фокусное расстояние нашей линзы - 54 миллиметра. Чтобы его выставить, мы прикладываем заранее вырезанный шаблон. Видно, что головка стоит слишком высоко.

Менять положение головки по вертикали мы не можем, зато можем опустить или поднять сам рабочий стол. Подгоняем расстояние кнопками Z+ и Z-.

Во время работы это расстояние меняться не должно и в программу не вносится - иначе луч потеряет фокусировку. В промышленных устройствах (существенно более дорогих и мощных) используют системы автофокусировки. Это позволяет, например, резать по сложным поверхностям.

Вот теперь - все верно.

4. Теперь прогоняем головку по периметру всей вырезаемой детали (сейчас это просто линия) - чтобы убедиться, что вся деталь поместится на листе. Луч вполне может выходить за рамки детали.

Сам лазер, как мы уже говорили, инфракрасный - и его не видно. Поэтому для позиционирования у нас есть простейший маркер - лазерная указка, по которому мы и контролируем его положение.

5. Закрываем крышку (ПРИ ОТКРЫТОЙ КРЫШКЕ ЛАЗЕР В РАБОЧИЙ РЕЖИМ НЕ ПЕРЕЙДЕТ).
6. Проводим резку:

Как видно, это не первая елка на этом листе оргстекла.

Вот что у нас получается:

Полагаем, что техника сборки елки вполне очевидна из рисунка.

Еще один пример, приведем без подробностей. Одна из популярных задач таких станков при подготовке рекламных и представительских материалов - резка бумаги и картона. Точное позиционирование позволяет вырезать в плотной бумаге все, что только можно нарисовать:

На этой фотографии вырезается сложный контур новогодней открытки. Плотность бумаги - 280 г/см³, скорость лазера - до 200мм/минуту, мощность - 22 ватта.

Еще один пример работы станка - гравировка. В режиме гравировки лазер не проходит по контуру, а "штрихует" его. В нашей программе возможны четыре варианта: Штриховка по X в одном направлении, штриховка по X в двух направления, и такие же два варианта штриховки по оси Y.

С помощью гравировки мы уже делали "снег" на ветках сувенирной елки, но в таком режиме можно гравировать и растровое изображение.

При этом у нас нет возможности рисовать разными цветами и изображение должно быть адаптировано к оттенкам серого цвета. Имеющийся у нас станок не отрабатывает изменений мощности "на лету", а поэтому изображение мы адаптируем к оттенкам серого, используя "матрицы точек" (точно так же формируется полутоновое изображение на монохромном лазерном принтере). При этом мы понизим разрешение, но размер выжигаемой точки все равно не может быть слишком мелким - материал выжигается все равно в каком-то круге.

Возьмем изображение кота (найдено в Google, никаких особенностей не имеет).

В программе обработки растровой графики переведем его в оттенки серого цвета, указав что изображение будет монохромным. После адаптации получится вот что:

И результат импортируем в LaserWorks RDCAM:

При импорте LaserWork автоматически переводит изображения из цветного в оттенки серого цвета, но качество адаптации у него получается хуже. Именно поэтому мы обработали изображение заранее.

Вокруг изображения нарисуем прямоугольник - чтобы его вырезать из листа. У слоя, обозначенного "BMP" есть только один вариант обработки: гравировка. При этом есть несколько параметров, для обычной линейной гравировки недоступных.

Наш материал - 8мм хвойная фанера (не очень удачный вариант - но другой не было). Исходя из этого, зададим параметры гравировки:

Важно выставить правильный интервал между линиями. Несмотря на то, что по умолчанию для растровой гравировки выставляется 0.1мм, этого для нашей ситуации мало - мы объединяли точки, а поэтому, чтобы сохранить нужный оттенок, выбираем 0.3 мм.

Скорость и мощность лазера подобраны экспериментально.

Для обрезки мы установили скорость 5мм, а мощность - 80%.

Вот фотография результата:

Мы рассказываем далеко не обо всех возможностях таких станков. Например, мы ничего не рассказываем о гравировке стекла, об использовании поворотной оси и многих других возможностях.

Даже показанные в этой небольшой статье способы позволяют сделать многое. С помощью такого станка можно кроить ткань и кожу, гравировать сложные рисунки на дереве, стекле, пластике и металле, делать печати и сложные мозаичные рисунки.

Возможность быстрого и точного изготовления деталей предоставляет массу возможностей для организации и проведения самых разных проектов - от конкурса елочных игрушек, до создания сложных моделей самолетов и упражнений в робототехнике.

CAM - мы можем делать вещи.

Часть II. Фрезерный станок

“- Ну-ка, Бутырев, скажи ты товарищам флотским, какие, допустим, на свете бывают фрезы!

Капка оглядел гонгов, бросил мельком взгляд на своих, замерших в заметном волнении, и, набрав в грудь воздуху, так что шинель вздулась пузырем, начал:

- Фрезы бывают и употребляются: радиусные, цилиндрические, спиральные, конические, угловые, торцовые, хвостовые, фасонные, ступенчатые... И еще также прочие. “

Л.Кассиль. «Дорогие мои мальчишки»

Фрезерный станок - один из самых важных и используемых на множестве производств. Эскиз такого станка встречался еще в работах Леонардо да Винчи, но первый производственный станок разработал в самом начале 19 века американский изобретатель и промышленник Эли Уитни (Eli Whitney).

Главной идеей фрезерного станка является вращающийся вокруг своей оси напильник заданной формы. Понемногу сдвигаясь относительно детали, напильник срезает материал.

В отличие от станка лазерной резки, рабочий орган тут напрямую взаимодействует с материалом. Инструмент-напильник (то есть фреза) зажат в патроне и быстро вращается на валу, который называется шпинделем. Фиксируется инструмент в специальном зажимном устройстве-патроне.

И фрезы, как и было указано в эпиграфе, и сами станки бывают самые разнообразные. Говоря о фрезерных станках с ЧПУ, мы в первую очередь будем иметь в виду самый их распространенный для “офисного” использования вид - портальные фрезерные станки.

Его основа - стол, над которым и перемещается шпиндель с фрезой.

Шпиндель такого станка расположен вертикально и вместе с двигателем размещается на направляющих, которые и вынесены над столом в виде портала. Шпиндель может перемещаться вверх и вниз (ось Z), вправо и влево (ось X).

Направляющие могут перемещаться вдоль рабочего стола - и это и будет ось Y. Иногда перемещаются не направляющие, а сам стол - если он невелик и деталь не бывает тяжелой.

То, что мы сможем сделать на станке во многом зависит от его возможностей. Фрезерные станки позволяют делать очень многое - от барельефов, до шестерней, фигурных ваз и сложных машиностроительных деталей, но нужно выстроить и траекторию, и цепочку обработки.

На станке, который показан на фотографии, мы можем обрабатывать деталь с одной стороны - формируя рельеф. По-настоящему объемную деталь мы сделать не сможем - для этого нужно иметь возможность как минимум поворачивать деталь на заданный угол. Для этого потребуется 4 ось, поворотная:

Высоко-точный 4-осевой станок с устройством для автоматической смены инструмента.

Тогда мы можем обрабатывать деталь со всех сторон. Надо заметить, что многое будет зависеть от точности станка. Для фрезерных станков существует масса приспособлений, которые позволяют эту точность увеличить: например, устройство определения 0, без которого нам будет трудно заменять инструмент (при замене инструмента высота его может измениться) или точно укладываться в заготовку.

При планировании обработки детали приходится учитывать параметры, которые для станка лазерной резки мы не учитывали:

• Скорость перемещения будет зависеть от мощности шпинделя и скорости вращения фрезы.
• И материал, и шпиндель испытывают серьезные механические нагрузки - то есть материал может щепиться, можно сломать фрезу, можно и испортить шпиндель - и он начнет “бить”.
• Материал и фреза во время работы (особенно - при высокой скорости) будут сильно нагреваться, и от этого тоже могут портиться. Поэтому в скоростных станках предусматривают охлаждение.

Мы упростим себе задачу, и не будем выбирать сложные для обработки материалы. В нашем очень простом станке нет охлаждения (точнее есть - естественное), и размеры детали невелики.

Имеющийся у нас в распоряжении станок Modela MDX-15 имеет три оси и позволят обрабатывать детали размером до 152.4 mm x 101.6 mm x 60.5 mm и весом заготовки до 500 грамм. У него нет поворотной оси, устройства для определения нуля, охлаждения и тем более средств для автоматической смены инструмента. Максимальная скорость вращения шпинделя - до 6500 оборотов в минуту. Поэтому мы можем работать с деревом, пластиком, смолой (химическим воском), алюминием, латунью.

Бронзу или сталь на нем уже обрабатывать нельзя.

Модель для него мы подготовим в программе ArtCam. Это одна из самых популярных и распространенных программ подготовки художественных моделей - для мебельного, ювелирного и художественного применения. Для сложных машиностроительных задач эта программа не подходит - но у нас таких задач пока и нет.

Создаем новую модель:

Размеры модели зависят от станка и имеющейся заготовки. Мы исходим из того, что максимальный размер обработки - 15 на 10 сантиметров (т.е. 150 на 100 мм). Для обеспечения максимального качества, мы задаем высокое разрешение, современные компьютеры это позволяют.

Сейчас модель у нас плоская - на ней вообще ничего нет. Можно переключиться между видом на плоскость и 3D-отображением.

Наша задача - вырезать букву. То есть нам надо несколько раз пройти инструментом (фрезой) по контуру буквы, чтобы вырезать её из материала. Напишем букву: для этого воспользуемся инструментом "Создать векторный текст":

При выборе инструмента с правой стороны появляется панель с параметрами и пояснениями. Зная размеры заготовки, мы подбираем размер буквы так, чтобы она целиком вписалась в неё.

Буква размещена неверно, поэтому воспользуемся инструментом "Выбрать" и переместим букву в габариты модели. Теперь создадим траекторию движения инструмента:

Начинаем с задания параметров заготовки:

Наша задача - прорезать заготовку до конца. Поэтому замеряем ее толщину и задаем с небольшим запасом. Разумеется, нельзя будет тогда закрепить заготовку прямо на рабочем столе. Понадобится прокладка-столик, чтобы не сломать фрезу и не испортить станок.

Задав заготовку, мы создаем траекторию. Для типовых способов обработки есть средства, создающие траекторию автоматически. В частности, для нашего случая это "Создать траекторию для обработки по профилю":

Обратим внимание на параметры (панель закреплена с левой стороны). Траектория движения строится по внешней стороне выбранного вектора - т.е. векторного представления буквы "Ю". Начинаем с задания пределов обработки - начальной и конечной глубины. На всю заготовку:

Обязательно нужно выбрать инструмент, которым будет выполняться выборка. Инструментом в программе ArtCam считается набор параметров фрезы - толщина, форма, скорость вращения, скорость перемещения по разным осям и т.д. В комплекте программного комплекса есть целая библиотека таких инструментов:

Как видим, предусмотрены инструменты для стали, алюминия, пластика и дерева... К сожалению, инструментов для наших условий (с учетом станка) тут нет. Создадим его:

У нас есть фреза, подходящая для нашей задачи - однозаходная концевая фреза с выбросом стружки вверх, диаметром 3мм, частота вращения 6500 оборотов (у этого станка она не меняется), рабочая подача (скорость движения инструмента вперед) - 3 мм/сек, подача врезания (насколько быстро инструмент уходит в глубину, это важно для твердых материалов), шаг по Z - т.е. насколько глубоко фреза будет уходить в материал. Выборка по контуру - стратегия, при которой материал снимается слой за слоем по заданному контуру (то есть мы не трогаем окружение). В нашем случае, проходов будет 18.

Направление резания (т.е. в какую сторону идет фреза) - встречное.

Часть этих параметров находится по справочникам, часть - из опыта работы, часть - из рекомендаций производителя фрезы.

Назовем траекторию "Буква Ю" и нажмем кнопку "Вычислить". Вокруг буквы появляется контур - результат траектории обработки. Его толщина, что не удивительно, диаметр фрезы. Обратите внимание - в некоторых местах у нас вместо точных углов появятся скругления - фреза, двигаясь по внутренней траектории, не может выбрать все до угла - это не лазерный луч.

Посмотрим, как будет проходить обработка. В списке траекторий у нас появилась траектория "Буква Ю", и можно посмотреть как будет проходить обработка. Нажмем на пункте "Траектории" правую кнопку и выберем "Визуализация:

Кнопка "Имитировать траекторию" покажет нам как пойдет обработка.

Если нас все устраивает, экспортируем траекторию в виде, годном для запуска обработки. В меню "Траектории" выбираем пункт "Сохранить траекторию":

Экспортируем мы одну траекторию, формат выходного файла - Roland Modela (или Roland Modela Alpha).

Теперь мы можем отправить готовую траекторию на исполнение. Возможны, как правило, два варианта:

• у станка есть специализированный компьютер, который сам исполняет программу, то есть формирует движение инструмента
• на персональном компьютере работает специализированная программа (Mach3 и т.п.), которая обрабатывая траекторию формирует прямые команды управления.

Станок Roland Modela MDX-15 имеет много ограничений, но у него есть свой компьютер, что избавляет нас от многих проблем организации связи станка и компьютера.

Операционная система воспринимает этот станок как принтер. Таким способом, используя самые простые средства, мы и отправим на станок траекторию обработки

В программе мы добавили файл с траекторией, убедились, что принтер-станок подключен. Теперь перейдем к подготовке станка.

Во-первых, закрепим заготовку. Для этого на столик (у этого станка - снимается), закрепим прокладку - фанерный прямоугольник, по размерам совпадающий с областью обработки. Делается это для того, чтобы не повредить инструмент и сам станок, если при резке фреза уйдет чуть глубже.

Крепится он двусторонней клейкой лентой - чтобы потом можно было его сменить.

На этот столик приклеим заготовку - вырезанную из толстой (17 мм, как договаривались) фанеры. Приклеиваем, конечно, в нескольких точках - быстротвердеющим клеем (опять-таки, чтобы быстро отодрать).

Крепим столик с заготовкой на станке, закрываем крышку.

Конструкция станка такова, что нулевое положение по осям X и Y нам известно. Но вот верхнюю поверхность заготовки надо задать - неизвестна же заранее толщина конструкции с фальш-столом, длина фрезы и т.д. Для этого прижимаем кнопку Down и удерживаем - шпиндель запустится и фреза начнет опускаться. Как только она врежется в заготовку - отпускаем кнопку и нажимаем несколько раз (не давая фрезе остановиться) кнопку Up. Фреза немного приподнимается - по 0.1 мм за нажатие.

Точность соблюсти желательно, но совсем точно не выйдет - и это надо планировать при подготовке.

Выставив фрезу, запускаем обработку: нажимаем в программе DropOut кнопку Output.

Во время обработки иногда нужно останавливаться и убирать стружку - особенно тогда, когда фреза уйдет ниже ее рабочей области - иначе стружка забьет канал и фрезу может заклинить. Для этого можно нажать кнопку View - обработка временно остановится, фреза уйдет в правое верхнее положение. Можно снять крышку и пылесосом убрать стружку.

Резка одной буквы таких размеров на этом станке занимает довольно много времени - около часа. Если бы станок был мощнее, можно было бы увеличить скорость вращения, глубину и скорость.

Вот образцы того, что мы таким образом получаем:

Разумеется, резка - не единственный, и даже не основной способ работы. Даже для плоского рисунка могут выполняться:

1. Сверление - отверстия на заданную глубину и положение. Если отверстий нужно много и точных, то вручную их делать нецелесообразно.
2. Гравировка - фреза идет по траектории один-два раза. Обычно фреза при этом не прямая, а коническая.
3. Выборка. - буква не вырезается, а убирается все, кроме буквы.

Для объемной фигуры выбирают не вид траектории, а способ ее создания. Как правило, на одну поверхность траекторий две:

1. Черновая - максимально быстро снять лишний материал. Обычно - по контурам детали. Получается "ступенчатая" огибающая модель поверхность.
2. Чистовая - тонкой фрезой (как правило с закругленной головкой) убирается все лишнее. Можно делать это двигаясь только по одной горизонтально оси, а можно по двум - последовательно.

Описать в короткой статье все возможности и способы использования фрезерного станка, даже такого маленького, у нас нет никакой возможности. Перечислим только некоторые применения:

1. Подготовка литейных форм или заготовок для них. После подготовки формы в них можно заливать не только металл, но и пластик, мыло, шоколад - и т.д.
2. Мебельное производство - особенно резьба всех видов. Ценность такого применения - повторяемость и скорость работы.
3. Подготовка печатных плат.
4. Резка - для тех случаев, когда лазерный станок неприменим.

И т.д.

Станки с числовым программным управлением, повторимся, основа современной обрабатывающей промышленности. Написание программ для них - обязательная часть работы, от которой напрямую зависит все - от экономичности и скорости, до сроков замены и обслуживания станков.

Надеемся, что это краткий экскурс в возможности и способы работы оказался (или окажется) для вас полезным.