Настройка Mach3 под ваш станок. Характеристика и описание программы для управления ЧПУ станком Mach3 Начинаем работать в матч 3

Mach3 программа для управление станком ЧПУ – программа, разработанная для автономного контроля станочным оборудованием с числовым программным управлением. Программа является одинаково эффективной для всех типов станков, независимо от того, для каких целей используется прибор: фрезеровки, гравировки или токарной обработки. Данная программа является одной из самых популярных разработок подобного типа.

Предназначение

Полное название программы АртСофт Mach3. Она используется на компьютерных устройствах, подключенных к станкам. Для запуска программы на компьютере должна быть установлена операционная система от компании Майкрософт. Приложение и софт были созданы американским производителем. Его популярность связана с простотой использования, которая обеспечивает возможность применения как на производстве, так и в быту.

Отдав предпочтение управляющей программе, можно запустить приборы:

• зубонарезной;
• гравировочный.

Для того чтобы Mach3 была запущена на компьютере, он должен соответствовать минимальным требованиям. Операционная система Windows – не старее двухтысячного года. Тактовая частота процессора – не менее 1 гигагерц. Минимальный объем оперативной памяти – 512 мегабайт. Память видеокарты – не менее 64 мегабайт. Объема свободной памяти на жестком диске – не менее 1 гигабайта. Наличие порта LPT и не менее двух разъемов USB.

Практически каждое современное устройство совместимо с Mach3, благодаря чему ее можно применять как на крупных предприятиях, так и в домашних мастерских.

Приложение аналогичным образом управляется на станке разной конструкции. Разница в работе может быть связана исключительно с отличиями в характеристиках и габаритах приборов.

Особенности

Mach3 взаимодействует с любыми станками, имеющими систему числового программного управления. Программу можно запустить не только на стационарных компьютерах, но и ноутбуках. Для этого достаточно подключить агрегат к станку. Система Mach3 представляет собой скорее драйвер, чем сложное приложение. После его установки, на компьютере можно будет самостоятельно создавать управляющие программы.

После того, как их создание будет завершено, они загружаются в модульную память, с которой связано числовое программное управление. Основная задача компьютера заключается в настройке параметров для работы со станочным оборудованием.

Через ПК можно:

• автоматизировать рабочий инструмент;
• управлять его движением;
• контролировать перемещение по заданной траектории.

Программа работает в качестве обычного оконного приложения, и не перегружает операционную систему. Перед ее использованием рекомендуется ознакомиться с инструкцией. На обучение не потребуется много времени.

Основными достоинствами Mach3 являются:

• широкие функциональные возможности;
• интуитивно понятный интерфейс;
• грамотный принцип управления.

Инструкция доступна в различных языках, включая русский. Благодаря этому с обучением не возникнет трудностей.

Характеристики

Приложение способно управлять одновременно сразу шестью координатами. Софт оснащен встроенным программным обеспечением, которое позволяет загружать файлы прямым способом. Допускается загрузка файлов в четырех форматах:

При необходимости интерфейс приложения можно изменить. С его помощью прибор управляет частотой вращения шпинделя. Релейный контроль осуществляется на нескольких уровнях. Обработка записывается системой видеонаблюдения, которая передает запись в специальное окно софта. Для удобства оконный режим можно переключить в полноэкранный. Созданная программа совместима также с современными сенсорными приборами.

На экране имеются:

• кнопки управления программой;
• отображение управляющей программы;
• элементы управления осями;
• кнопки «Мастера»;
• кнопки управления экраном.

«Мастера» – одно из основных достоинств приложения. Они представлены минипрограммами для расширения возможностей Mach3. Они предназначены для выполнения простых задач, которые позволят пользователю сэкономить время. Допускается самостоятельное создание минипрограмм.

Они используются для:

• нарезки зубьев;
• сверления;
• отцифровки;
• гравировки текста;
• выборки пазов;
• поверхностной обработки;
• обработки обычных контуров.

На экран выводится вся информация о рабочем инструменте. Для регулировки скорости шпинделя достаточно воспользоваться кнопками «+» и «-». Кнопки и режимы подписаны на английском языке, но в инструкции написано их обозначение.

Подготовка

От правильной настройки программы зависит не только точность и качество выполнения обработки, но и сохранность оборудования. Если настройка будет выполнена с ошибками, результатом может стать сломанный управляемый инструмент, модуль для ЧПУ или другие элементы.

Подготовка выполняется в несколько шагов:

• необходимо полностью подключить станки и проверить их работоспособность (проверку можно выполнить как при помощи стандартной диагностики, так и с использованием различных программ);
• затем производится установка Mach3 (перед установкой следует убедить, что компьютерное устройство соответствует минимальным требованиям программы);
• рекомендуется использовать лицензионные версии приложения (по причине высокой стоимости лицензионного приложения и английского софта часто используются пиратские русифицированные сборки – однако они могут быть повреждены, и способны нанести вред станочному оборудованию);
• работа операционной системы должна быть оптимизирована (для этого рекомендуется отключить сторонние приложения, включая те, которые работают в фоновом режиме);
• при работе программы не рекомендуется запускать другие приложения (в особенности это касается игр, поскольку они способны нагрузки компьютер).

Если компьютер планируется использовать не только для работы с Mach3, жесткий диск следует разделить на подразделы. Данный шаг необходим, если ПК будет применяться в создании управляющих программ, или других целей. Следует установить отдельную операционную систему, на которой будет эксплуатироваться приложение. Другие приложения ставить на эту систему не нужно.

Использование

Перед настройкой программы следует внимательно изучить инструкцию, кнопки и их значение. Mach3 взаимодействует с разными станками, поэтому для каждого типа следует открыть собственную вкладку с параметрами. С покупкой лицензионной версии инструкция следует в комплекте. Если же используется пиратская версия, или же инструкция была утеряна, для обучения ее можно в свободном доступе скачать в интернете.

Перед обработкой деталей требуется включить станок и убедиться, что он работает нормально. Об этом будет говорить отсутствие рывков и перебоев в работе. Затем выполняется прогон агрегата. Приложение позволяет выполнить прогон в автоматическом режиме, нажав на специальную кнопку. С ее помощью пробный режим можно как включить, так и выключить. Управлять рабочим механизмом аппарата можно при помощи мышки.

Управление бывает двух типов:

• пошагового;
• непрерывного.

При использовании первого типа станок приводится в рабочее состояние нажатием клавиши, и выполняет обработку по заданному отрезку. Второй тип характеризуется работой станка, пока оператор будет зажимать клавишу. Если клавишу отпустить, обработка прекратится.

Многие пользователи Mach 3 путаются в настройках режима постоянной скорости и в том, как они влияют на перемещения станка.

Общая логическая конфигурация (Config -> General Config...)

- Режим перемещения (постоянная скорость или точный останов)

Постоянная скорость (Constant Velocity, ПС) - режим, обеспечивающий поддержание постоянной скорости во время ВСЕХ угловых или дуговых перемещений, подчиняясь параметру ускорения. Однако это невозможно во время некоторых перемещений, таких как перемещения по одной оси переменного направления (то есть, при таких перемещениях движение должно в какой-то момент останавливаться). При перемещениях, где может поддерживаться постоянная скорость, углы будут скругляться в зависимости от того, насколько велико ускорение в сочетании с допуском расстояний в режиме постоянной скорости (см. ниже). Более высокие ускорения и меньшие значения допуска расстояний приведут к более крутым углам и снижению динамической погрешности. Обратите внимание, что это НЕ то же самое, что и динамическая погрешность серводвигателя подачи и не имеет ничего общего с ПИД-регулированием. Динамическая погрешность серводвигателя / шагового двигателя будет несколько ХУЖЕ, чем погрешность в режиме постоянной скорости, и зависит от того, насколько жесткой является обратная связь серводвигателя. Шаговые двигатели также будут отставать (+/-1 полный шаг) и терять шаги при слишком больших углах поворота (ЭТО ОЧЕНЬ ПЛОХО).

Точный останов (Exact Stop) - в этом режиме движение ускоряется и замедляется между «точками» в . Mach-3 видит только одно перемещение за раз, поэтому станки в этом режиме работают несколько грубо и очень медленно. Режим «точный останов» должен использоваться только в том случае, если станок не должен скруглять ни один угол (внутренний или внешний). Однако помните, что большинство CAM-программ для формирования дуг будут выдавать множество крошечных перемещений по коду G01. В режиме точного останова данный тип движения характеризуется низким качеством обработки поверхности и может негативно сказываться на режущем инструменте и компонентах станка.

- Общая конфигурация (LookaHead____ Lines) (буфер предпросмотра)

Применяется только в режиме постоянной скорости и определяет, как далеко «по ходу» заглядывает вперед планировщик перемещений Mach3. Установка малого значения данного параметра - это как вождение автомобиля при близорукости. Установка большого значения напоминает стопроцентное зрение, дополняемое использованием бинокля, когда необходимо смотреть вдаль. Данный параметр позволяет программе лучше адаптироваться к внезапным изменениям траектории движения. Для большинства случаев рекомендуется установить значение данного параметра примерно на 200. Максимальное значение составляет 1000, однако установка максимума может вызвать проблемы при недостаточном быстродействии компьютера.

- Режим постоянной скорости (режим «плазма»- Plasma Mode, ПС допуск расстояний - CV Dist Tolerance____ Units, G100 адаптивно значению ПС - G100 Adaptive NurbsCV, Стоп ПС, если угол > ...градусов - Stop CV on angles > _____ Degrees)

Режим «плазма» (Plasma Mode) позволяет в некоторых случаях избежать «нырков» и скруглений углов. Как правило, этот параметр не рекомендуется использовать, помимо случая, когда ваш станок имеет невысокое ускорение и низкое разрешение шага.

ПС допуск расстояний (CV Dist Tolerance____ Units) - данный параметр влияет на величину скругления углов. Установка большого значения позволит станку работать максимально быстро. Установка малого значения обеспечит меньшее скругление углов, поскольку станок будет приближаться к заданной геометрии, однако при этом скорость обработки несколько снизится. Физически данный параметр означает расстояние от конца линии, по которой производится рез, до того места, где дуга начинает скругляться. Таким образом, это расстояние от пересечения дуги в режиме ПС до фактического конца перемещения (в режиме точного останова).

G100 адаптивно значению ПС (G100 Adaptive NurbsCV) - это устаревшая опция и ее не следует использовать. Она осталась с тех времен, когда G100 выполнял DDA, но теперь безнадежно устарела.

Стоп ПС, если угол > ...градусов (Stop CV on angles > _____ Degrees) - действительно полезная настройка, которая автоматически переключает станок из режима постоянной скорости в режим точного останова в зависимости от приближающегося угла следующей строки кода. Неплохим компромиссным решением является установка данного параметра на 90 градусов, поскольку большая часть G-кода, в котором имеется поворот на 90 градусов (или меньше), обычно указывает на то, где требуется хороший острый угол. Тем не менее, некоторое CAM-программы могут генерировать ДЕЙСТВИТЕЛЬНО плохой код, который физически представляет собой дугу или угловое перемещение как гигантскую последовательность маленьких ступеней лестницы, расположенных под углом 90 градусов, например:

G01
X0
Y0
X0.01
Y0.01
X0.02
Y0.02

Этот код будет УЖАСНО запускаться с настройкой на 90 градусов или выше. Иногда, просто глядя на экран, ОЧЕНЬ сложно сказать, есть ли в вашем коде такая проблема. Данный вопрос заставляет многих биться головой о стену, поэтому, если несмотря на все ваши старания, ваш станок перемещается по кривым, стоит просмотреть свой код. При этом, чтобы увидеть проблему, на Mach3 может потребоваться масштабирование траектории движения инструмента.

Настройка колеса Шаттл (Ускорение колеса___секунд)

Данный параметр определяет, сколько времени отводится на перемещение для устранения люфта (см. статью "Люфт ШВП и ходовых винтов"). В данном случае для сервоприводов были установлено ОЧЕНЬ маленькое значение (0,00001). Это нивелирует влияние люфта на плавность работы станка, поскольку шаговые импульсы отправляются максимально часто (в пределах скорости ядра). В системах c шаговыми двигателями может потребоваться большое значение, необходимое для предотвращения потери шагов. Также рекомендуется установить размер люфта до некоторого ОГРОМНОГО видимого числа (10 мм), поскольку в этом случае легко понять, как различные параметры люфта влияют на перемещения станка.

Значения люфта (Backlash Values (Config -> Backlash))

Размер люфта в единицах (Backlash Distance in units) - это величина отклонения / соответствия / компенсация / мертвого хода по конкретной оси. Ось станка без трения (линейные направляющие и т. д.), может скользить вперед и назад на величину люфта, как ей будет угодно (во время ускорения, глубокого реза, при вибрации). Так что желательно максимально сократить рабочий ход, прежде чем применять компенсацию люфта в программе. Для станков с высоким коэффициентом трения (прямоугольные направляющие / направляющие типа «ласточкин хвост») или медленных станков это не такая уж большая проблема.

Скорость люфта % от макс. (Backlash Speed % of Max) - данный параметр необходим, поскольку компенсация люфта не ограничена параметром ускорения. Установка параметра на 100% в системе с шаговыми двигателями это приведет к потерям шагов, а для серводвигателей 100% - это просто отлично:)

Главный экран (Настройки Alt6) (Main Screen (Settings Alt6))

ПС допуск расстояний (CV Distance) - см. выше

ПС подача (CV Feedrate) - перемещение, как в режиме постоянной скорости, НО с заданной вами скоростью подачи. Например, если ПС подача установлена на 50 UPM, а значение перемещения - на 20, то скорость по следующей оси ускорится до 20, тогда как первая ось замедлится до 20. В результате, перемещение в режиме постоянной скорости будет выглядеть так же, как перемещение при 20 UPM. Проблема лишь в том, что на высокой скорости будет наблюдаться огромное количество рывков в системе.

Очевидно, что настройки режима постоянной скорости оказывают значительное влияние на производительность станка. При первом запуске лучше включить режим постоянной скорости и отключить все остальные настройки до тех пор, пока вы не прочувствуете работу системы. Сервосистемы весьма снисходительны в отношении настроек постоянной скорости и не теряют позиционирование несмотря ни на что. Шаговые двигатели, наоборот, могут моментально начать терять шаги, если настройка не совсем верна. Рекомендация при работе с шаговыми двигателями: вносите изменения максимально осторожно и не забывайте, что превышение допустимых возможностей может привести к потере шагов и самообладания!

Настройка Mach3 под ваш станок

Если вы купили станок вместе с компьютером и установленной на нем Mach3, то этот раздел возможно получится пропустить (или прочитать просто из интереса). Поставщик мог уже установить Mach3 и настроить ее и/или дать вам подробную инструкцию по настройке. Рекомендуем убедиться что у вас есть листок с описанными настройками Mach3 на случай необходимости переустанавливать программу после неполадки. Mach3 хранит эту информацию в XML файле, доступном для просмотра.

5.1 Стратегия настройки

Этот раздел содержит множество подробностей. Можно заметить, что процесс настройки довольно прост, если вы производите его шаг за шагом, проверяя по мере настройки. Хорошей стратегией будет просмотреть раздел а потом поработать с ним на вашем компьютере и станке. Мы предположим что вы уже установили Mach3 для сухого запуска, описанного в разделе 3.

Теоретически вся работа, которую вы будете делать в этой главе основана на диалогах, доступных из меню Настроек. Они обозначены как Настройки->Логика (Config->Logic), что означает что следует выбрать пункт Логика из меню Настроек.

5.2 Начальная настройка

Первый используемый диалог это Настройки->Порты и Ножки. Этот диалог содержит много закладок, но начальная показана на рисунке 5.1

5.2.1 Определение адресов используемого порта(ов)

Рисунок 5.1 – Закладка выбора портов и осей

Если вы собираетесь использовать один параллельный порт, и он единственный на вашей материнской плате, тогда адрес по умолчанию Порта 1 0х378 (шестнадцатиричное 378) почти наверняка является верным.

Если вы используете одну или более PCI карт расширения, тогда следует проверить, на каком адресе отвечает каждая из них. Тут нет стандартных настроек! Запустите Панель управления Windows из меню Пуск. Дважды кликните по иконке Система и выберите закладку Оборудование. Нажмите Диспетчер устройств. Раскройте список для элемента «Порты (COM & LPT)». Дважды кликните первый LPT или ЕСР порт. Его свойства отобразятся в новом окне. Выберите закладку Ресурсы. Первое число в первой строке «Диапазон ввода/вывода (I/O)» это используемый адрес. Запишите значение и закройте окно свойств.

Заметка: установка или удаление любой PCI карты может изменить адрес параллельного порта PCI карты даже если вы ее не трогали.

Если вы собираетесь использовать второй порт, повторите вышеописанные действия для него.

Закройте Диспетчер устройств, окно Система и Панель управления.

Введите адрес первого порта (не пишите 0х для указания на шестнадцатиричное значение, оно и так подразумевается). При необходимости поставьте галочку возле строки Enabled (включено) для Порта 2 и введите его адрес.

Теперь нажмите Применить для сохранения этих значений. Это очень важно. Mach3 не запомнит сделанные изменения при переключении между закладками или закрытии диалога Порты и Ножки если вы не нажмете Применить.

5.2.2 Определение частоты двигателя (engine)

Драйвер Mach3 может работать на частоте 25,000 Гц (импульсов в секунду), 35,000 Гц или 45,000 Гц в зависимости от скорости вашего процессора и уровня его загрузки во время работы Mach3.

Нужная вам частота зависит от максимального необходимого количества импульсов для того, чтобы двигать ось на ее максимальной скорости. 25,000 Гц должно хватить для систем с шаговым двигателем. С драйвером на 10 микрошагов, вы получите около 750 оборотов в минуту на стандартном 1.8о шаговом двигателе. Высокие значения нужны для сервоприводов с энкодерами с высоким разрешением сдвига. Подробнее смотри в главе, посвященной настройке двигателя.

Компьютер с частотой 1 ГГц почти наверняка потянут 35,000 Гц, так что можно смело использовать если вам нужна такая скорость. Демоверсия запускается только на частоте 25,000 Гц. Вдобавок если Mach3 была принудительно закрыта, то при повторном запуске она автоматически сбросится на 25,000 Гц. Текущая частота показана в стандартном окне Диагностики. Не забудьте нажать кнопку применить перед продолжением.

Определяем специальные возможности

Вы увидите чекбоксы для различных специальных настроек. Если в вашей системе есть соответствующее оборудование, то их назначение должно быть очевидным. Если нет, то лучше их не включать.

Не забудьте нажать кнопку применить перед продолжением.

PWM Control

A PWM signal is a digital signal, a "square" wave where the percentage of the time the

signal is high specifies the percentage of the full speed of the motor at which it should run.

So, suppose you have a motor and PWM drive with maximum speed of 3000 rpm then

figure 4.12 would run the motor at 3000 x 0.2 = 600 RPM. Similarly the signal in figure

4.13 would run it at 1500 RPM.

Mach3 has to make a trade off in how many different widths of pulse it can produce against

how high a frequency the square wave can be. If the frequency is 5 Hz the Mach3 running

with a 25000 Hz kernel speed can output 5000 different speeds. Moving to 10Hz reduces

this to 2500 different speeds but this still amounts to a resolution of one or two RPM.

A low frequency of square wave increases the time that it will take for the motor drive to

notice that a speed change has been requested. Between 5 and 10 Hz gives a good

compromise. The chosen frequency is entered in the PWMBase Freq box.

Many drives and motors have a minimum speed. Typically because the cooling fan is very

inefficient at low speeds whereas high torque and current might still be demanded. The

Minimum PWM % box allows you to set the percentage of maximum speed at which Mach3

will stop outputting the PWM signal.

You should be aware that the PWM drive electronics may also have a minimum speed

setting and that Mach3 pulley configuration (see section x.x) allows you to set minimum

speeds. Typically you should aim to set the pulley limit slightly higher than the Minimum

PWM % or hardware limit as this will clip the speed and/or give a sensible error message

rather than just stopping it.

Step and Direction motor

This may be an variable speed drive controlled by step pulses or a full servo drive.

You can use the Mach3 pulley configuration (see section 5.5.6.1) to define a minimum

speed if this is needed by the motor or its electronics.

5.3.6.4 Modbus spindle control

This block allows the setup of an analogue port on a Modbus device (e.g. a Homann

ModIO) to control spindle speed. For details see the documentation of your ModBus

5.3.6.5 General Parameters

These allow you to control the delay after starting or stopping the spindle before Mach3

will execute further commands (i.e. a Dwell). These delays can be used to allow time for

acceleration before a cut is made and to provide some software protection from going

directly from clockwise to counterclockwise. The dwell times are entered in seconds.

Immediate Relay off before delay, if checked will switch the spindle relay off as soon as the

M5 is executed. If unchecked it stays on until the spin-down delay period has elapsed.

5.3.6.6 Pulley ratios

Mach3 has control over the speed of your spindle motor. You program spindle speeds

through the S word. The Mach3 pulley system allows you to define the relationship

between these for four different pulley or gearbox settings. It is easier to understand how it

works after tuning your spindle motor so it is described in section 5.5.6.1 below.

5.3.6.7 Special function

Laser mode should always be unchecked except for controlling the power of a cutting laser

by the feedrate..

Use Spindle feedback in sync mode should be un-checked.

Closed Loop Spindle Control, when checked, implements a software servo loop which tries

to match the actual spindle speed seen by the Index or Timing sensor with that demanded

by the S word. The exact speed of the spindle is not likely to be important so you are not

likely to need to use this feature in Mach3Turn.

If you do use it then the P, I and D variables should be set in the range 0 to 1. P controls the

gain of the loop and an excessive value will make the speed oscillate, or hunt, around the

requested value rather than settling on it. The D variable applies damping so stabilising

these oscillations by using the derivative (rate of change) of the speed. The I variable takes

a long term view of the difference between actual and requested speed and so increases the

accuracy in the steady state. Tuning these values is assisted by using the dialog opened by

Operator>Calibrate spindle.

Spindle Speed Averaging, when checked, causes Mach3 to average the time between

index/timing pulses over several revolutions when it is deriving the actual spindle speed.

You might find it useful with a very low inertia spindle drive or one where the control tends

to give short-term variations of speed.

5.3.7 Mill Options tab

The final tab on Config>Ports & Pins is Mill Options. See figure 5.9.

Figure 5.9 – Mill Options Tab

Z-inhibit. The Z-inhibit On checkbox enables this function. Max Depth gives the lowest Z

value to which the axis will move. The Persistent checkbox remembers the state (which can

be changed by a screen toggle) from run to run of Mach3.

Digitising: The 4 Axis Point Clouds checkbox enables recording of the state of the A axis

as well as X, Y and Z. The Add Axis Letters to Coordinates prefixes the data with the axis

name in the point cloud file.

THC Options: The checkbox name is self-explanatory.

Compensation G41,G42: The Advanced Compensation Analysis checkbox turns on a

more thorough lookahead analysis that will reduce the risk of gouging when compensating

for cutter diameter (using G41 and G42) on complex shapes.

Homed true when no Home switches: Will make the system appear to be referenced (i.e.

LEDs green) at all times. It should only be used if no Home switches are defined under

Ports & Pins Inputs tab.

Configuring Mach3

Rev 1.84-A2 Using Mach3Mill 5-9

Your software is now configured sufficiently for you to do some simple tests with the

hardware. If it is convenient to connect up the inputs from the manual switches such as

Home then do so now.

Run Mach3Mill and display the Diagnostics screen. This has a bank of LEDs displaying the

logic level of the inputs and outputs. Ensure that the external Emergency Stop signal is not

active (Red Emergency LED not flashing) and press the red Reset button on the screen. Its

LED should stop flashing.

If you have associated any outputs with coolant or spindle rotation then you can use the

relevant buttons on the diagnostic screen to turn the outputs on and off. The machine should

also respond or you can monitor the voltages of the signals with a multimeter.

Next operate the home or the limit switches. You should see the appropriate LEDs glow

yellow when their signal is active.

These tests will let you see that your parallel port is correctly addressed and the inputs and

outputs are appropriately connected.

If you have two ports and all the test signals are on one then you might consider a

temporary switch of your configuration so that one of the home or limit switches is

connected via it so that you can check its correct operation. Don"t forget the Apply button

when doing this sort of testing. If all is well then you should restore the proper

If you have problems you should sort them out now as this will be much easier that when

you start trying to drive the axes. If you do not have a multimeter then you will have to buy

or borrow a logic probe or a D25 adaptor (with actual LEDs) which let you monitor the

state of its pins. In essence you need to discover if (a) the signals in and out of the computer

are incorrect (i.e. Mach3 is not doing what you want or expect) or (b) the signals are not

getting between the D25 connector and your machine tool (i.e. a wiring or configuration

problem with the breakout board or machine). 15 minutes help from a friend can work

wonders in this situation even if you only carefully explain to him/her what your problem is

and how you have already looked for it!

You will be amazed how often this sort of explanation suddenly stops with words like

"…… Oh! I see what the problem must be, it"s ….."

5.4 Defining the setup units

With the basic functions working, it"s time to configure the axis drives. The first thing to decide is whether you wish to define their properties in Metric (millimetres) or Inch units. You will be able to run part programs in either units whichever option you choose. The maths for configuration will be slightly easier if you choose the same system as your drive train (e.g. the ballscrew) was made in. So a screw with 0.2" lead (5 tpi) is easier to configure in inches than in millimetres. Similarly a 2mm lead screw will be easier in millimetres. The multiplication and/or division by 25.4 is not difficult but is just something else to think about.

Figure 5.10 - Setup Units dialog

There is, on the other hand, a slight advantage in

having the setup units be the units in which you usually work. This is that you can lock the

DROs to display in this system whatever the part program is doing (i.e. switching units by

So the choice is yours. Use Config>Setup Units to choose MMs or Inches (see figure 5.10).

Once you have made a choice you must not change it without going back over all the

following steps or total confusion will reign! A message box reminds you of this when you

use Config>Setup units.

5.5 Tuning motors

Well after all that detail it"s now time to get things moving - literally! This section describes

setting up your axis drives and, if its speed will be controlled by Mach3, the spindle drive.

The overall strategy for each axis is: (a) to calculate how many step pulses must be sent to

the drive for each unit (inch or mm) of movement of the tool or table, (b) to establish the

maximum speed for the motor and (c) to set the required acceleration/deceleration rate.

We advise you to deal with one axis at a time. You might wish to try running the motor

before it is mechanically connected to the machine tool.

So now connect up the power to your axis driver electronics and double check the wiring

between the driver electronics and your breakout board/computer. You are about to mix

high power and computing so it is better to be safe than smoky!

5.5.1 Calculating the steps per unit

Mach3 can automatically perform a test move on an axis and calculate the steps per unit but

this is probably best left for fine tuning so we present the overall theory here.

The number of steps Mach3 must send for one unit of movement depends on the

mechanical drive (e.g. pitch of ballscrew, gearing between the motor and the screw), the

properties of the stepper motor or the encoder on the servo motor and the micro-stepping or

electronic gearing in the drive electronics.

We look at these three points in turn then bring them together.

5.5.1.1 Calculating mechanical drive

You are going to calculate the number of revolutions of the motor shaft (motor revs per

unit) to move the axis by one unit. This will probably be greater than one for inches and

less than one for millimetres but this makes no difference to the calculation which is easiest

done on a calculator anyway.

For a screw and nut you need the raw pitch of the screw (i.e. thread crest to crest distance)

and the number of starts. Inch screws may be specified in threads per inch (tpi). The pitch is

1/tpi (e.g. the pitch of an 8 tpi single start screw is 1 ¸ 8 = 0.125")

If the screw is multiple start multiply the raw pitch by the number of starts to get the

effective pitch. The effective screw pitch is therefore the distance the axis moves for one

revolution of the screw.

Now you can calculate the screw revs per unit

screw revs per unit = 1 ¸ effective screw pitch

If the screw is directly driven from the motor then this is the motor revs per unit. If the

motor has a gear, chain or belt drive to the screw with Nm teeth on the motor gear and Ns

teeth on the screw gear then:

motor revs per unit = screw revs per unit x Ns ¸Nm

For example, suppose our 8 tpi screw is connected to the motor with a toothed belt with a

48 tooth pulley on the screw and an 16 tooth pulley on the motor then the motor shaft pitch

would be 8 x 48 ¸ 16 = 24 (Hint: keep all the figures on your calculator at each stage of

calculation to avoid rounding errors)

As a metric example, suppose a two start screw has 5 millimetres between thread crests (i.e.

effective pitch is 10 millimetres) and it is connected to the motor with 24 tooth pulley on

the motor shaft and a 48 tooth pulley on the screw. So the screw revs per unit = 0.1 and

motor revs per unit would be 0.1 x 48 ¸ 24 = 0.2

For a rack and pinion or toothed belt or chain drive the calculation is similar.

Find the pitch of the belt teeth or chain links. Belts are available in metric and imperial

pitches with 5 or 8 millimetres common metric pitches and 0.375" (3/8") common for inch

belts and for chain. For a rack find its tooth pitch. This is best done by measuring the total

distance spanning 50 or even 100 gaps between teeth. Note that, because standard gears are

made to a diametral pitch, your length will not be a rational number as it includes the

constant p (pi = 3.14152…) .

For all drives we will call this tooth pitch.

If the number of teeth on the pinion/sprocket/pulley on the primary shaft which drives the

rack/belt/chain is Ns then:

shaft revs per unit = 1 ¸ (tooth pitch x Ns)

So, for example with a 3/8" chain and a 13 tooth sprocket which is on the motor shaft then

the motor revs per unit = 1 ¸ (0.375 x 13) = 0.2051282. In passing we observe that this is

quite "high geared" and the motor might need an additional reduction gearbox to meet the

torque requirements. In this case you multiply the motor revs per unit by the reduction ratio

motor revs per unit = shaft revs per unit x Ns ¸Nm

For example a 10:1 box would give 2.051282 revs per inch.

For rotary axes (e.g. rotary tables or dividing heads) the unit is the degree. You need to

calculate based on the worm ratio. This is often 90:1. So with a direct motor drive to the

worm one rev gives 4 degrees so Motor revs per unit would be 0.25. A reduction of 2:1

from motor to worm would give 0.5 revs per unit.

5.5.1.2 Calculating motor steps per revolution

The basic resolution of all modern stepper motors is 200 steps per revolution (i.e. 1.8o per

step). Note: some older steppers are 180 steps per rev. but you are not likely to meet them if

you are buying supported new or nearly new equipment.

The basic resolution of a servo motor depends on the encoder on its shaft. The encoder

resolution is usually quoted in CPR (cycles per revolution) Because the output is actually

two quadrature signals the effective resolution will be four time this value. You would

expect a CPR in the range of about 125 to 2000 corresponding to 500 to 8000 steps per

5.5.1.3 Calculating Mach3 steps per motor revolution

We very strongly recommend that you use micro-stepping drive electronics for stepper

motors. If you do not do this and use a full- or half-step drive then you will need much

larger motors and will suffer from resonances that limit performance at some speeds.

Some micro-stepping drives have a fixed number of micro-steps (typically 10) while others

can be configured. In this case you will find 10 to be a good compromise value to choose.

This means that Mach3 will need to send 2000 pulses per revolution for a stepper axis

Some servo drives require one pulse per quadrature count from the motor encoder (thus

giving 1200 steps per rev for a 300 CPR encoder. Others include electronic gearing where

you can multiply the input steps by an integer value and, sometimes, the divide the result by

another integer value. The multiplication of input steps can be very useful with Mach3 as

the speed of small servo motors with a high resolution encoder can be limited by the

maximum pulse rate which Mach3 can generate.

5.5.1.4 Mach3 steps per unit

So now we can finally calculate:

Mach3 steps per unit = Mach3 steps per rev x Motor revs per unit

Figure 5.11 shows the dialog for Config>Motor Tuning. Click a button to select the axis

which you are configuring and enter the calculated value of Mach3 steps per unit in the box

above the Save button.. This value does not have to be an integer so you can achieve as

much accuracy as you wish. To avoid forgetting later click Save Axis Settings now.

Figure 5.11 - Motor tuning dialog

5.5.2 Setting the maximum motor speed

Still using the Config>Motor Tuning dialog, as you move the Velocity slider you will see a

graph of velocity against time for a short imaginary move. The axis accelerates, maybe

runs at full speed and then decelerates. Set the velocity to maximum for now. Use the

Acceleration slider to alter the rate of acceleration/deceleration (these are always the same

As you use the sliders the values in the Velocity and Accel boxes are updated. Velocity is in

units per minute. Accel is in units per second2. The acceleration values is also given in Gs to

give you a subjective impression of the forces that will be applied to a massive table or

The maximum velocity you can display will be limited by the maximum pulse rate of

Mach3. Suppose you have configured this to 25,000 Hz and 2000 steps per unit then the

maximum possible Velocity is 750 units per minute.

This maximum is, however, not necessarily safe for your motor, drive mechanism or

machine; it is just Mach3 running "flat out". You can make the necessary calculations or do

some practical trials. Let"s just try it out first.

5.5.2.1 Practical trials of motor speed

You saved the axis after setting the Steps per unit. OK the dialog and make sure that

everything is powered up. Click the Reset button so its LED glows continuously.

Go back to Config>Motor Tuning and select your axis. Use the Velocity slider to have the

graph about 20% of maximum velocity. Press the cursor Up key on your keyboard. The axis

should move in the Plus direction. If it runs away then choose a lower velocity. If it crawls

then choose a higher velocity. The cursor Down key will make it run the other way (i.e. the

Minus direction).

If the direction is wrong then, Save the axis and either (a) change the Low Active setting

for the Dir pin of the axis in Config>Ports and Pins>Output Pins tab (and Apply it) or (b)

check the appropriate box in Config>Motor Reversals for the axis that you are using. You

can akso, of course, just switch off and reverse one pair of physical connections to the

motor from the drive electronics.

If a stepper motor hums or screams then you have wired it incorrectly or are trying to drive

it much too fast. The labelling of stepper wires (especially 8 wire motors) is sometimes very

confusing. You will need to refer to the motor and driver electronics documentation.

If a servo motor runs away at full speed or flicks and indicates a fault on its driver then its

armature (or encoder) connections need reversing (see your servo electronics

documentation for more details). If you have any troubles here then you will be pleased if

you followed the advice to buy current and properly supported products - buy right, buy

Большинство приводов будут нормально работать с минимальной шириной импульса в 1 микросекунду. Если при тестировании у вас возникли проблемы (например двигатель сильно шумит) для начала проверьте, не перевернуты ли шаговые импульсы (активная low неправильно настроена на вкладке Ножки Выводов окна Порты и Ножки), потом можно например попробовать увеличить ширину импульса до, скажем, 5 микросекунд. Интерфейс Шага и Направления очень прост, но так как это важная часть, при неправильной настройке будет очень трудно обнаружить неполадку без оцилоскопа или очень детальной перепроверки.

5.5.2.2 Вычисление максимальной скорости двигателя

Если вам хочется вычислить максимальную скорость двигателя, то читайте эту главу.

Есть множество факторов, определяющих максимальную скорость оси:

Максимально допустимая скорость двигателя (возможно 4000 оборотов в минуту для серводвигателя или 1000 оборотов в минуту для шагового)

Максимально допустимая скорость винта (зависит от длинны, диаметра и т.д.)

Максимальная скорость привода ремня или понижения коробки передач

Максимальная скорость, которую поддерживает электроника привода без выдачи сообщения о сбое

Максимальная скорость обеспечивающая смазку салазок станка

Для вас наиболее важны первые два пункта. Нужно будет обратиться к спецификациям производителя, вычислить разрешенные скорости винта и двигателя и соотнести их к единицам в секунду движения оси. Задайте это максимальное значение для нужной оси в окне Velocity (скорость) Настройки Двигателя.

5.5.2.3 Автоматическое задание Шагов на Единицу

Возможно вам не удастся измерить скорость (gearing) привода оси или узнать точную подачу винта. Можно измерить расстояние на которое перемещается ось, а потом позволить Mach3 высчитать необходимое значение шагов на единицу.

Рисунок 5.12 показывает кнопку на экране настроек, которую нужно нажать для запуска этого процесса. Вас спросят какую ось нужно использовать.

Рисунок 5.12 - Автоматическая настройка шагов на единицу

Потом нужно ввести номинальное расстояние движения. Mach3 проедет это расстояние. Будьте готовы нажать кнопку экстренного останова если ось заедет слишком далеко. Наконец вам предложат измерить и ввести реальное расстояние, которое было пройдено. Это значение будет использовано для вычисления реального значения Шагов на Единицу оси вашего станка.

5.5.3 Определение ускорения

5.5.3.1 Инерция и силы

Ни один двигатель не способен моментально изменить скорость механизма. Torque необходим для задания углового момента вращающимся частям (включая и сам двигатель) и torque превращенный механизмом (винт и т.д.) в силу должен давать ускорение частям станка и инструменту или рабочей области. Некоторое количество силы тратится также на преодоление трения и собственно для того, чтобы заставить инструмент работать (резать).

Mach3 будет ускорять (и замедлять) двигатель с заданным уровнем. Если двигатель обеспечивает больше torque чем необходимо для работы (резки), преодоления трения и инерции на заданном уровне ускорения, тогда все в порядке. Если же torque не хватает, тогда либо двигатель заглохнет (если шаговый) либо повысится погрешность позиции серводвигателя. Если погрешность станет слишком высокой, тогда привод возможно сообщит о неисправности, но даже если и не сообщит то точность резки всеравно пострадает. Далее это будет объяснено более детально.

5.5.3.2 Тестирование разных значений ускорения

Попробуйте запустить и остановить станок с разными настройками бегунка Ускорения в окне Настройки Двигателя. При низком значении вы сможете услышать как увеличивается и понижается скорость.

5.5.3.3 Почему стоит избегать серьезных ошибок серводвигателя

Большинство перемещений, указанных в подпрограмме подразумевают одновременное движение двух и более осей. Так при движении из X=0, Y=0 в X=2, Y=1 Mach3 переместит ось Х вдвое быстрей чем ось Y. Это не только координирует движения на постоянной скорости но также гарантирует что при ускорении и замедлении применяется необходимая скорость, но ускорение всех движений производится на скорости, определенной самой медленной осью.

Если для данной оси вы выберете слишком высокое значение ускорения, Mach3 будет полагать что это значение может использоваться, но так как на практике ось задерживается после получения команды (т.е серво погрешность высока) то положение разреза при работе будет неточным.

5.5.3.4 Выбор значения ускорения

Принимая во внимание все моменты инерции двигателя и винта, силы трения и torque двигателя вполне возможно вычислить какого ускорения можно достичь с данной погрешностью.

Если от станка вы не требуете огромной производительности, мы рекомендуем задавать такое значение, при которых тестовый запуск и останов звучит нормально. Да это не совсем по научному, но обычно дает хорошие результаты.

5.5.4 Сохранение и тестирование осей

Теперь следует проверить ваши вычисления используя MDI чтобы сделать определенное G0 движение. Для точной проверки можно воспользоваться стальной линейкой. Более точный тест можно провести с помощью Дискового Тест Индикатора (DTI)/Часов и плоского бруска. Вообще-то его следует монтировать в держатель инструмента, но для обычного станка можно использовать рамку станка.

Предположим что вы тестируете ось Х и используете 4 дюймовый брусок.

Используйте экран MDI чтобы выбрать дюймы и абсолютные координаты. (G20 G90) Установите зажим на столе и отгоните ось так, чтобы щуп DTI касался ее. Гарантируйте окончание движением в отрицательном направлении Х. Установите шкалу на ноль. Это показано на рисунке 5.13.

Рисунок 5.13 - Установка нулевой позиции

Теперь используйте MDI экран Mach3 и нажмите кнопку G92X0 чтобы задать отступ и следовательно обнулить DRO оси Х. Переместитесь в положение х = 4.5 с помощью G0 X4.5. Промежуток должен быть около половины дюйма. Если нет, то тогда что-то не так со значением Шагов на Единицу которое вы вычислили. Проверьте и исправьте его.

Положите брусок и передвиньтесь на Х = 4.0. Это движение в отрицательном направлении по Х так же как и прогон, так что эфект обратной подачи будет погашен. Значение на DTI покажет ошибку позиционирования. Она должна быть thou или что-то около того. Это показано на рисунке 5.14.

Уберите брусок и сделайте G0 X0 чтобы проверить нулевое значение. Повторите тест чтобы получить набор из примерно 20 значений и посмотрите насколько различается позиционирование. Если вы получите последовательные ошибки, тогда можно подстроить значение Шагов на Единицу для достижения максимальной точности.

Рисунок 5.14 - Брусок в положении

Теперь нужно проверить, не теряются ли шаги на оси в повторяющихся движениях на скорости. Уберите брусок. Выполните G0 X0 и проверьте нулевое значение на DTI.

Используйте редактор для ввода следующей программы:

F1000 (это быстрее чем возможно но Mach3 ограничит скорость)

G20 G90 (Дюймы и Абсолют)

М98 Р1234 L50 (запустить подзадачу 50 раз)

G1 X0 (движение туда и обратно)

М99 (возврат)

Нажмите Запуск Цикла для запуска. Убедитесь что движения звучат плавно.

После окончания DTI конечно должно показывать 0. Если что-то не получается, то прийдется лучше настроить максимальный уровень ускорения оси.

5.5.5 Повтор настройки других осей

Используя полученный опыт, вы сможете быстро повторить весь процесс для остальных осей.

5.5.6 Установка двигателя шпинделя

Если скорость двигателя вашего шпинделя фиксирована или управляется вручную, то эту главу можно пропустить. Если двигатель включается и выключается в любом направлении с помощью Mach3, то это будет установлено с помощью реле выводов.

Если Mach3 используется для управления скорость шпинделя либо через сервопривод, принимающий импульсы Шага и Направления либо через PWM контроллер двигателя, то эта глава расскажет как настроить вашу систему.

5.5.6.1 Скорость двигателя, скорость шпинделя и шкивы

Шаг и Направление и PWM в равной мере позволяют управлять скоростью двигателя. При работе и вы и подпрограмма опираетесь на скорость шпинделя. Конечно скорости двигателя и шпинделя зависят от шкивов или механизма связывающих их. Мы будем использовать термин "шкив" для обозначения обоих типов привода.

Рисунок 5.15 - Привод шпинделя на шкивах

Если у вас нет контроля над скоростью двигателя, то выбирайте Шкив 4 с высокой максимальной скоростью как например 10,000 оборотов в минуту. Это предотвратит жалобы Mach3 если вы будете запускать программу со словом S, требующим скажем 6000 оборотов в минуту.

Самостоятельно Mach3 никак не сможет узнать какой уровень шкивов используется в определенный момент времени, так что эта задача лежит на операторе станка. Вообще-то информация дается в два подхода. Когда система настраивается (это то, что вы сейчас делаете) вы определяете до 4 возможный комбинаций шкивов.Они задаются с помощью физических размеров шкивов или уровней механической головки. После, когда запускается подпрограмма, оператор определяет какой шкив (1-4) используется.

Уровни шкивов станка задаются в окне Настройки->Порты и ножки (рисунок 5.6) где максимальная скорость четырех наборов шкивов определяется вместе с используемым по умолчанию. Максимальная скорость это скорость, на которой шпиндель будет вращаться когда двигатель работает на полной скорости. Полная скорость достигается 100% шириной импульса в PWM и на установленном значении Скорости на Настройки Двигателя "Оси шпинделя" для Шага и Направления.

Как пример, предположим что позиция, которую мы назовем "Шкив 1" это отношение (нисходящее) 5:1 от двигателя к шпинделю, а максимальная скорость двигателя 3600 оборотов в минуту. Максимальная скорость Шкива 1 в Настройки->Логика будет установлена на 720 оборотов в минуту (3600: 5). Шкив 4 может быть отношением (восходящим) 4:1. При той же самой скорости двигателя его максимальная скорость будет равна 14,400 оборотов в минуту (3600 х 4). Остальные шкивы будут где-то посередине. Шкивы не обязательно располагать по мере увеличения скорости, но какая-то логическая связь для облегчения управления станком должна присутстовать.

Значение Минимальной Скорости применяется равно ко всем шкивам и выражается как процент от максимальной скорости и минимальный процент уровня сигнала PWM. Если скорость ниже требуемой (выражением S) то Mach3 попросит вас сменить уровень шкива. Например при максимальной скорости 10,000 оборотов в минуту на шкиве 4 и минимальном проценте 5%, выражение S499 запрости другой шкив. Это сделано чтобы предотвратить работу двигателя или его контроллера на скорости ниже минимального уровня.

Mach3 использует информацию об уровне шкива следующим образом:

Когда подпрограмма исполняет команду S или значение введено в DRO задания скорости, то значение сравнивается с максимальной скоростью для выбранного в данный момент шкива. Если запрошенная скорость больше максимальной, возникает ошибка.

Иначе процент от максимального для шкива, который был запрошен, и это используется для задания ширины PWM или импульса Шага генерируемого для получения этого процента максимальной скорости двигателя как задано в настройках двигателя для "Осей шпинделя".

Например максимальная скорость шпинделя для Шкива #1 1000 оборотов в минуту. S1100 выдать ошибку. S600 выдаст импульс, шириной в 60%. Если максимальная скорость Шага и Направления 3600 оборотов в минуту, то двигатель "шагнет" на 2160 оборотах в минуту (3600 х 0.6).

5.5.6.2 PWM контроллер шпинделя

Для настройки двигателя шпинделя для управления с помощью PWM, отметьте галочками Включить Оси Шпинделя и Управление PWM на закладках Порты и Ножки, Порты Принтера и Страница Выбора Осей (Рисунок 5.1). Не забудьте нажать Применить. На закладке Страница Выбора Сигналов Вывода (рис 5.6) определите ножку вывода для Шага Шпинделя. Эта ножка должна быть подключена к электронике управления PWM двигателя. Вам не нужно Направление Шпинделя, так что установите эту ножку в 0. Примените изменения.

Определите Внешние Активационные сигналы в Портах и Ножках и Настройка->Устройства Вывода чтобы включить/выключить контроллер PWM, и, если требуется, установить направление вращения. Теперь откройте Настройки->Порты и Ножки Настройки Шпинделя и найдите PWMBase Freq. Значение здесь это частота квадратной волны, ширина импульса которой модулируется. Это сигнал, подаваемый на ножку Шага Шпинделя. Чем выше выбранная вами частота, тем быстрее ваш контроллер сможет реагировать на изменения скорости, но тем меньше выбор скоростей. Число разных скоростей это частота импульса Двигателя/PWMBase Freq. Так например если вы работаете на 35,000 Гц и задали PWMBase = 50 Гц, то для выбора доступно 700 разных скоростей. Этого почти наверняка достаточно на любой реальной системе, так как двигатель с максимальной скоростью 3600 оборотов в минуту может, теоретически, управляться с шагом меньше чем 6 оборотов в минуту.

5.5.6.3 Шаг и Направление контроллер шпинделя

Для того чтобы настроить двигатель шпинделя для управления посредством Шага и Направления, отметьте галочками Включить Оси Шпинделя на закладках Порты и Ножки, Порты Принтера и Страница Выбора Осей (Рисунок 5.1). Управление PWM не отмечайте. Не забудьте применить изменения. Определите ножки выводов на закладке Страница Выбора Сигналов Вывода (рис 5.6) для Шага Шпинделя и Направления Шпинделя. Эти ножки должны быть подключены к электронике привода двигателя. Примените изменения. Определите Внешние сигналы Активации на страницах Порты и ножки и Настройки->Устройства вывода для включения/выключения если хотите обесточить двигателькогда шпиндель останавливается по М5. Он конечно и так не будет вращаться так как Mach3 не будет посылать шаговые импульсы, но, в зависимости от конструкции привода, может еще содержать остаточную энергию. Теперь перейдем к Настройки->Настройка двигателя для "Осей Шпинделя". Единицами для него будет один оборот. Так что Шаги на Единицу это количество импульсов на один оборот (2000 для 10-кратного микрошагового привода или 4 х число строк энкодера серводвигателя или похожего с электронной начинкой).

В поле Скорости нужно ввести число оборотов в секунду на полной скорости. Так что для двигателя на 3600 оборотов в минуту нужно ввести 60. Это невозможно с энкодером с высоким числом строк на такт максимального уровня импульсов из Mach3 (энкодер с 100 строк позволяет 87.5 оборотов в секунду на системе с 35,000 Гц). Шпинделю потребуется мощный двигатель, электроника привода которого предположительно включает в себя электронную начинку, которая может превзойти это ограничение.

Ускорение можно настроить экспериментальным путем, чтобы запуск и останов шпинделя были плавными.

Обратите внимание: что если вы хотите ввести слишком маленькое значение в поле Ускорения, это делается с помощью ручного ввода а не ползунком. Время около 30 секунд для запуска шпинделя вполне возможно.

5.5.6.4 Тестирование привода шпинделя

Если у вас есть тахометр или стробоскоп, то вы можете измерить скорость шпинделя вашего станка. Если же нет, то прийдется оценивать ее на глаз и экспериментальным путем.

На экране Настроек Mach3 выберите шкив, который позволяет 900 оборотов в минуту. Установите ремень в соответствующее положение. На экране Запуска Программы установите скорость шпинделя, отвечающую 900 оборотам в минуту и начинайте вращать его. Измерьте или оцените скорость. Если она не соответствует нужной, нужно перепроверить вычисления и настройки.

Также можно проверить скорость всех шкивов тем же путем но с применимым набором скоростей.

5.6 Другие настройки

5.6.1 Настройка homing и программных ограничителей

5.6.1.1 Соотносящиеся скорости и направление

Диалог Настройка->Home/Softlimits (начальное положение/программные ограничители) позволяет определить реакцию на осуществление операции калибровки (G28.1 или кнопка на экране). Рисунок 5.16 показывает диалог. % Скорости используется для предотвращения врезания в стопы осей на полной скоростипри поиске переключателей калибровки.

Рисунок 5.16 – Homing (калибровка)

Когда вы производите калибровку, Mach3 не знает положение осей. Направление движения зависит от галочки возле Home Neg. Если отмечено, то ось будет двигаться в отрицательном направлении пока не станет активным ввод Home. Если он уже активен, то ось будет двигаться в положительном направлении. Точно так же если галочка не стоит, ось движется в положительном направлении пока ввод не станет активным и в отрицательном если он уже активен.

5.6.1.2 Положение переключателей home

Если возле Авто Ноль стоит галочка, тогда DRO оси примет значение положения Калибровки/Переключателя Home, определенного в столбце Home Off (вместо настоящего Нуля). Это может послужить для уменьшения времени homing на очень больших и медленных осях. Конечно необходимо иметь отдельные переключатели пределов и калибровки, если переключатели калибровки находятся не в конце оси.

5.6.1.3 Настройка программных ограничителей.

Как было сказано выше большинство внедрений переключателей предела включает в себя некоторые компромисы и случайное их задевание потребует вмешательства оператора, и может требовать перезапуска и перекалибровки системы. Программные ограничители могут дать защиту против такого рода случаев.

Программа откажется позволить оси передвинуться за заданный предел программных ограничителей осей X, Y и Z. Они могут принимать значение в радиусе от -99999 до +99999 единиц для каждой оси. Когда движение прогона будет приближаться к ограничителю, скорость движения будет снижаться на время нахождения в Медленной Зоне (Slow Zone), которая определяется на столе.

Если Медленная Зона будет слишком большой, то вы уменьшите эффективное рабочее пространство станка. Если она слишком мала, то вы рискуете задеть аппаратные ограничители. Определенные пределы используются только когда кнопка Программыне Ограничители включена.

Если подпрограмма пытается передвинуться за программные ограничители, то это спровоцирует ошибку.

Значения программных ограничителей также используются для определения режущего пространства если включен показ пути инструмента. Вам это может показаться удобным даже если вы не озабочены настоящими пределами.

5.6.1.4 G28 Начальное положение

Координаты G28 определяют положение в абсолютных координатах, в которое оси передвинутся когда выполнится команда G28. Они определяются в текущих единицах (G20/G21) и не меняются автоматически когда вы меняете единицы.

Mach3 - это пакет программного обеспечения, который работает на ПК и превращает его в экономичную станцию управления станком. Для работы Mach3 вам нужно иметь ПК, на котором установлена операционная система Windows 2000, Windows XP или Windows 7 32bit. Разработчики программы рекомендует использовать компьютер с процессором от 1ГГц и оперативной памятью не менее 1ГГб. Стационарный компьютер дает лучшие результаты, по сравнению с ноутбуками и значительно дешевле. Кроме того, вы можете использовать этот компьютер и для других работ, когда он не занят управлением вашим станком. При установке на ноутбук рекомендуется провести .

Mach3 и его драйвер параллельного порта соединяется с оборудованием станка через параллельный порт (порт принтера). Если ваш компьютер не оборудован параллельным портом (всё больше и больше компьютеров выпускается без этого порта), вы можете приобрести специальную плату – USB-LPT, которая подключается к компьютеру через USB порт, или приобрести плату расширителя портов PCI-LPT или PCI-E-LPT.

1. После установки программы Mach3 проверяем работу драйвера.

После установки программы запускаем файл DriverTest.exe, при корректной работе драйвера наблюдаем картинку, рисунок 1.

Рисунок 1 Проверка работы драйвера программы Mach3.

Если нет, следует проверить следующее:

1) операционная система Windows 32bit

2) Совпадает ли номер LPT порта и его адрес с настройками в Mach3, по умолчанию LPT1 и адрес порта(0x378) , то есть картинка из меню пуск->панель управления -> система -> оборудование -> диспетчер устройств -> порты COM и LPT должна быть как на рисунке 2.

Рисунок 2. Просмотр настроек LPT порта

Mach3 поддерживает работу только с портами LPT1 или LPT2, если при установке внешней платы номер порта LPT3, то его нужно изменить в диспетчере устройств на LPT1.

Адрес порта можно посмотреть в свойствах(правая кнопка мыши на выделенной надписи), вкладка - ресурсы.

Если используется переходник USB-LPT, скачать драйвер для переходника USB по ссылке https://cloud.mail.ru/public/6kXS/3CddBpHpG

На этом настройка закончена.

При желании можно поэкспериментировать с установкой разных скоростей и ускорений, выбирая те, которые вас больше устраивают и при которых двигатели вращаются устойчиво без пропуска шагов и подергиваний.

Максимальная скорость примерно равна 500-600 мм/мин на каждый миллиметр шага винта. Т.е. если ваш винт имеет шаг 1,5 мм, вы можете достичь скорости примерно 1000 мм/мин, для ШВП с шагом 5мм это значение уже 3000мм/мин, а для ШВП1610 аж 6000мм/мин!

Добившись максимально возможной скорости, имейте ввиду, что для реальной устойчивой работы эти значения желательно снизить на 20-40%.

Можно также поэкспериментировать со скоростью спада тока в обмотках, но это лучше делать на готовом станке.

В дальнейшем для работы используйте инструкцию программы MACH3..

Mach3 - это пакет программного обеспечения, который работает на ПК и превращает его в экономичную станцию управления станком. Для работы Mach3 вам нужно иметь ПК, на котором установлена операционная система Windows 2000, Windows XP или 32-битная Windows Vista. (Для работы в операционной системе Windows Vista может понадобиться патч реестра, который можно скачать на сайте www.machsupport.com .) ArtSoft USA рекомендует использовать процессор с частотой не менее 1GHz и монитор с разрешением 1024 x 768 пикс. Стационарный компьютер дает лучшие результаты, по сравнению с лэптопами и значительно дешевле. Кроме того, вы можете использовать этот компьютер и для других работ, когда он не занят управлением вашим станком. При установке на ноутбук рекомендуется провести оптимизацию системы под Mach3 .

Mach3 и его драйвер параллельного порта соединяется с оборудованием станка через один (иногда через два) параллельный порт (порт принтера). Если ваш компьютер не оборудован параллельным портом (всё больше и больше компьютеров выпускается без этого порта), вы можете приобрести специальную плату – USB-LPT, которая подключается к компьютеру через USB порт, или приобрести плату расширителя портов PCI-LPT или PCI-E-LPT.

Mach3 генерирует импульсы шага и сигналы направления, выполняя последовательно команды G-кодовой управляющей программы (УП), и посылает их на порт(ы) компьютера или внешний контроллер. Платы электропривода двигателей осей вашего станка должны принимать сигналы шага и сигналы направления (step и dir), выдаваемые программой Mach3. Так обычно работают все шаговые двигатели и современные сервосистемы постоянного и переменного тока, оснащенные цифровыми энкодерами (датчиками положения).

Чтобы настроить систему с ЧПУ на использование Mach3, вам необходимо установить ПО Mach3 на ваш компьютер и правильно подключить электроприводы ваших двигателей к порту компьютера.

Mach3 очень гибкая программа, созданная для управления такими машинами, как фрезерные станки, токарные станки, плазменные резаки и трассировщики. Характеристики станков, управляемых Mach3, следующие:

· Частичное ручное управление. Кнопка Аварийного останова (EStop ) обязательно должна присутствовать на любом станке.

· Две или три оси, расположенные под прямым углом друг к другу (обозначаемые как X, Y, и Z)

· Инструмент, движущийся относительно заготовки. Начальные положения осей фиксируются относительно заготовки. Относительность движения заключается в том, что (1) движется инструмент (например, фреза, зажатая в шпинделе, перемещается по оси Z или токарный инструмент, закрепленный в зажиме, совершает движение в направлении осей X и Z) или (2) перемещается стол и закрепленная на нем заготовка (например, на консольно-фрезерном станке происходит перемещение стола по направлениям осей X, Y и Z, когда инструмент и шпиндель неподвижны).

И дополнительно:

· Выключатели, сообщающие, когда инструмент находится в положении «База».

· Выключатели, определяющие ограничения разрешенного относительного движения инструмента.

· Управляемый «шпиндель». Шпиндель может вращать инструмент (фрезу) или заготовку (точение).

· До трех дополнительных осей. Они могут быть определены как ротационные (т.е. их движение измеряется в градусах) или линейные. Каждая из дополнительных линейных осей может быть подчинена оси X, Y, или Z. Они будут перемещаться вместе, управляемые УП или вашими ручными переездами, но обращение к ним осуществляется по отдельности (для получения детального описания см. параграф 5.6.4).

· Выключатель или выключатели, соединенные в защитную цепь станка.

· Управление способом подачи охлаждения (жидкостного и/или газообразного)

· Зонд - щуп в держателе инструмента, позволяющий производить оцифровку существующих деталей или моделей.

· Энкодеры, датчики положения со стеклянной шкалой, которые могут показывать положение узлов станка

· Специальные функции.

В большинстве случаев, станок подключается к компьютеру, на котором установлен Mach3, через параллельный (принтерный) порт(ы) компьютера. Простой станок использует один порт, комплексному – иногда требуется два. Управление специальными функциями, такими как LCD дисплей, смена инструмента, фиксирование осей или конвейер для отвода стружки, происходит посредством подключения специального устройства ModBus (например, PLC или Homan Design ModIO контроллер). Также соединение может происходить через "эмулятор клавиатуры", который генерирует псевдо нажатия клавиш в ответ на сигналы ввода. Mach3 управляет сразу шестью осями, координируя их одновременное движение с помощью линейной интерполяции, или осуществляя круговую интерполяцию по двум осям (из X, Y и Z), в то же время линейно интерполируя оставшиеся четыре с помощью угла, охваченного круговой интерполяцией. Таким образом, при необходимости инструмент может перемещаться по сужающейся винтовой траектории. Подача на протяжении этих передвижений поддерживается в соответствии со значением, указанным в вашей управляющей программе (УП), согласно ограничениям ускорения и максимальной скорости осей. Вы можете вручную передвигаться по осям, используя различные способы ручных Переездов. Если механизм вашего станка представляет собой руку робота или гексапод, то Mach3 не сможет им управлять, потому что в этом случае потребуются кинематические вычисления, чтобы соотнести положение «инструмента» в точках X,Y и Z с длиной и вращением «руки» станка. Mach3 может запускать шпиндель, вращать его в любом направлении и выключать его. Также возможно управление скоростью вращения (в об/мин) и наблюдение за углом его наклона для выполнения таких задач, как нарезание резьбы. Mach3 может включать и выключать два типа подачи охлаждения. Mach3 наблюдает за аварийными выключателями Estop и контролирует использование выключателей Баз, защитного оборудования и концевых выключателей. Mach3 сохраняет базу данных параметров до 256 единиц различного инструмента. Однако, если в вашем станке предусмотрена автоматическая смена инструмента или магазина, вам придется управлять ею самостоятельно. В Mach3 имеется возможность задания макросов, но для работы с этой
функцией пользователю нужно знать программирование.

Варианты приводов движения по осям
Шаговые и серво двигатели
Есть два возможных типа движущей силы для приводов осей
1 Шаговый двигатель
2 Серводвигатель (пост. или перем. тока)
Каждый из них может передвигать оси движение посредством ходовых винтов (прямых или шарико-винтовых), ремней, цепей, шестерен или червячной передачи. Способ передачи движения определяет скорость и крутящий момент получаемый от двигателя, зависящие от передаточного отношения редуктора, характеристик механического привода. Свойства биполярного шагового двигателя:

· Низкая стоимость

· Простое 4-х проводное подключение к двигателю

· Почти не требует ухода

· Скорость двигателя ограничена примерно 1000 оборотами в минуту, а вращающий момент ограничен, примерно, 3000 унциями на дюйм (21 Nm). Максимальная скорость определяется при работе двигателя или электроники привода на их максимально допустимом напряжении. Максимальный вращающий момент определяется при работе двигателя на его максимально допустимой силе тока (в амперах).

· Для производственных нужд шаговики станка должны управляться микрошаговым контроллером с дроблением шага, обеспечивающим плавность действий на любой скорости с соответствующей эффективностью.

· Шаговики обычно обеспечивают только управление открытыми циклами. Это означает, что существует возможность потери шагов при большой нагрузке, и это не сразу станет заметно для пользователя станка. На практике, шаговые двигатели обеспечивают вполне достаточную производительность на стандартных станках

С другой стороны, серводвигатель это:

· Относительно высокая цена (особенно для двигателей пост. тока)

· Требуются кабели и для двигателя и для энкодера

· Требуется уход за щетками (на двигателях переменного тока)

· Скорость двигателя может достигать 4000 оборотов в минуту, а вращающий момент практически не ограничен (насколько позволит ваш бюджет!)

· Используется управление закрытыми циклами, так что положение привода всегда должно быть правильным (иначе будет подан сигнал о сбое)

Фрезерный станок с поперечной кареткой
Начнем с проверки минимально возможного расстояния движения. Это будет абсолютный предел по точности выполняемой на станке работы. После мы проверим ускоренные переезды и крутящий момент. Предположим, например, что вы создали фрезерный станок с поперечной кареткой (ось Y), и ход поперечной каретки составляет 12 дюймов. Вы собираетесь использовать винт с резьбой в одну нить, с шагом в 0.1 дюйм и шариковой гайкой. Ваша цель, достичь минимального движения в 0.0001
дюйма. Один полный оборот винта с шагом в 0.1 дюйма дает движение на 0.1 дюйма, так что перемещение на 0.0001 дюйма – это 1/1000 часть от этого. Это 1/1000 оборота вала двигателя, если он напрямую соединен с винтом. Использование шагового двигателя. Минимальный шаг шагового двигателя зависит от того, каким образом он управляется. Обычно распространенные шаговые двигатели имеют 200 полных шагов на оборот, но контроллеры также обеспечивают и микро-шаговые режимы. Микрошаговые режимы помогают добиваться гладкого передвижения на высшем значении скорости подачи, и многие контроллеры позволяют производить 10 микрошагов на один полный шаг. 200-шаговый двигатель с 10 микрошагами на один полный шаг
обеспечивает 1/2000 оборота, как минимальный шаг. Как показано в примере выше, два микро-шага дадут желаемое минимальное перемещение на 0.0001 дюйма. Это, однако, должно рассматриваться с некоторыми оговорками. Тогда как число микрошагов на один шаг растет, крутящий момент быстро падает. В зависимости от нагрузки, ложащейся на двигатель, может не быть достаточного крутящего момента для действительного движения мотора на один микрошаг. Бывает необходимо сделать
несколько микрошагов прежде чем появится достаточный крутящий момент. В общем, для получения точных результатов используйте не микрошаговый режим. Основные преимущества микрошагового режима – уменьшение механических помех, сглаживание запуска и снижение резонансных проблем. Теперь обратим внимание на возможную скорость ускоренных переездов. Предположим, по минимуму, что максимальная скорость двигателя – 500 оборотов в минуту. В нашем примере с
ходовым винтом с шагом 0.1 дюйма, 500 оборотов в минуту дадут скорость ускоренных переездов 50 дюймов в минуту, или около 15 секунд для преодоления 12 дюймов длины направляющих. Этот результат является удовлетворительным, но не впечатляющим. На такой скорости электронике микрошагового привода двигателя требуется 16,667 (500 об./мин. * 200 шагов на оборот * 10 микрошагов на шаг / 60 секунд в минуте) импульсов в секунду. На компьютере с частотой 1 ГГц, Mach3 может генерировать одновременно по 35,000 импульсов в секунду для каждой из 6 возможных осей. Так что, с такой задачей она справится без проблем. Теперь следует определить требуемый для станка крутящий момент, который задаст параметры требующегося двигателя. Одним из способов измерить его, является установка станка на тяжелейший рез, который, как вы считаете, вам когда-нибудь придется сделать, применив наибольший затяг (скажем 12”) на ручном колесике, применяемом на направляющих, закрутив до отказа балансировочную пружину (или приспособив под эти цели пружину от кухонных весов). Крутящий момент для этого реза (в унциях-дюймах) – считанный баланс (в унциях) x 12. Другой способ, это использовать информацию о калибре и параметрах двигателя, который, как вы знаете, стоит на таком же станке с такими же направляющими и винтом. Поскольку шаговый двигатель может «терять шаги» с набеганием погрешности, лучше используйте двигатель большего калибра с запасом в крутящем моменте. Также вы можете увеличить крутящий момент с помощью редуктора. Если вычисленная скорость ускоренных переездов находится в разумных пределах, вы можете рассмотреть вариант снижения передаточного отношения до 2:1 (применив, скажем, зубчатую ременную передачу), что должно удвоить крутящий момент на винте. Это позволит использовать двигатель меньшего калибра (а, следовательно, и дешевле).

Привод портального трассировщика
Для портального трассировщика может потребоваться движение, по меньшей мере, на расстояние 60 дюймов по оси портала. Винт шарико-винтовой пары для такой длины - это слишком дорогое и сложное решение, так как, кроме прочего, его тяжело защитить от пыли. Многие разработчики приходят к использованию передач посредством цепей или зубчатых колес. Выберем минимальный шаг в 0.0005 дюйма. Ведущая шестерня с 20-ю зубцами и шагом ј дюйма дает порталу перемещение 5 дюймов на оборот шестерни. Шаговый двигатель (десять микрошагов) дает 2000 шагов на оборот, так что между двигателем и валом шестерни требуется редукция 5:1 (используя ремень или редуктор) и при передаточном отношении 5:1 один
оборот шагового двигателя даст в результате перемещение на 1 дюйм. С такой конструкцией, если мы получим 500 оборотов в минуту от шаговика, перемещение будет 500 дюймов в минуту или 8.33 дюйма в секунду. Ускоренный переезд на 60 дюймов, не принимая во внимание ускорение и замедление, займет 7.2 секунды . Вычисление крутящего момента на этом станке сложнее, чем на фрезере с поперечной кареткой, учитывая массу передвигаемого портала, инерцию, длительность ускорения и замедления, что, наверное, важнее, чем сила реза. Чужой опыт или самостоятельные эксперименты будут для многих лучшим решением.

Концевые выключатели (Limit) и выключатели Баз (Home switches)
Концевые выключатели (Limit) используются для того, чтобы не давать осям двигаться слишком далеко и тем самым избежать возможного повреждения станка. Вы можете использовать станок и без них, но небольшая ошибка в расчетах может повлечь за собой множество повреждений, устранение которых обойдется довольно дорого

Статьи по подготовке файлов резки для фрезерного станка в программе ArtCam.