Плазма на Mach3: ProNest, постпроцессор, M3/M5 и поиск металла G31

Цепочка от чертежа до дуги

Вопросы практиков одни и те же: почему плазма не включается, не ищет лист, режет меньше чертежа и рисует петли. Ответы лежат в разных звеньях цепочки.

ProNest выпускает Hypertherm: это CAD/CAM с раскроем для плазмы, лазера, гидроабразива и газа, с технологическими таблицами под материалы. Условия лицензии и наличие пробной версии на странице продукта не указаны, их выясняют у поставщика. SheetCam поддерживает фрезерование, плазму и лазерную гравировку, лицензия модульная, актуальные условия смотрят на сайте. Есть и бесплатный путь для самого раскроя: открытая программа deepnest-next под лицензией MIT только раскладывает контуры по листу и не создаёт G-код, поэтому после неё нужен один из двух предыдущих пакетов. Сравнение программ для других типов станков и контроллеров вынесено в статью о программах для лазерной резки. О том, что такое постпроцессор вообще, написано в статье о подборе постпроцессора.

M3 и M5: включение и выключение дуги

В Mach3 нет отдельной команды «дуга». Плазму включают тем же кодом, что и шпиндель. По руководству, M3 запускает шпиндель, M5 останавливает, а выходы под эти команды назначают на контакты порта в настройках; их выводят на реле поджига источника. Отдельные паузы после запуска и остановки задаются в настройках шпинделя в секундах.

Поэтому проблема «плазма не включается из программы» чаще всего выглядит так: раскройщик выдаёт для дуги свои коды (в ряде постпроцессоров это M20 и M21), а Mach3 их не знает и пропускает или останавливается; смотрите, что именно выводит ваш постпроцессор. Практики выбирают один из двух путей:

1. Заменить в постпроцессоре M20 и M21 на M3 и M5. В постпроцессоре ArtCAM для плазмы это делают в разделе движений: врезанию назначают M3, подъёму M5, а если нужны две команды в одной строке, их разделяют переводом строки.
2. Оставить коды и описать макросы M20 и M21 в Mach3, которые вызывают то же действие, что M3 и M5.

Пауза между резами задаётся командой G4. Паузу пробивки ставят после M3 или в настройках задержки при запуске, а не гадают по звуку.

G31: как резак находит металл

Чтобы держать правильную высоту пробивки, станок должен знать, где лист. Это решает G31. По руководству Mach3, команда G31 с координатой Z двигает точку по прямой с текущей подачей к заданной точке, пока не сработает датчик, затем отходит от точки срабатывания чуть назад. Координаты точки срабатывания записываются в параметры 2000–2005. Если до заданной точки датчик не сработал, команда выдаёт ошибку, а если резак уже находится ближе чем в 0,254 мм от заданной точки, ошибка выдаётся сразу.

Датчиком служит плавающий держатель резака с концевиком или омический датчик касания сопла. Омический на грязном, масляном или окрашенном металле не срабатывает, поэтому по руководству CandCNC ему нужен резервный ограничитель хода. Последовательность перед каждой пробивкой такая:

1. Резак поднимают на безопасную высоту и приезжают к точке реза.
2. G31 опускает резак до касания листа.
3. Mach3 или макрос обнуляет Z по месту касания.
4. Резак поднимается на высоту пробивки: по руководству CandCNC, это обычно вдвое больше высоты резки на металле толще 3 мм, у Hypertherm для Powermax 1,5–4 высоты резки.
5. M3 зажигает дугу, пауза пробивки проходит, резак опускается на высоту резки и начинает ход.

Если станок не ищет металл на первой точке, в обсуждениях практиков виноват чаще всего останов M00, который постпроцессор ставит после переезда на первую точку (блок OUTPUT STOP). Его удаляют из постпроцессора. Другой случай: ProNest обрезает подачу в G31 до F5, поставив точку после F, и поиск идёт слишком медленно. Тогда скорость поиска задают на станке, а в постпроцессоре проверяют формат вывода Z и убирают лишние комментарии с названием детали.

Пробивка, вход и выход

Контур всегда начинается с пробивки, поэтому место пробивки и вход выбирают так, чтобы пробивка не попала в деталь.

• Вход (lead-in). Внешний контур врезают снаружи детали, контур отверстия внутри него, на отходе. Hypertherm советует при пробивке металла близкой к максимальной толщине брать вход длиной с толщину листа: для 12 мм это 12 мм. Выход (lead-out) делают коротким, чтобы не оставалось недореза.
• Пауза. Пауза пробивки задаётся в таблице процесса по толщине и току. Слишком долгая пауза расширяет отверстие, а у THC вызывает скачки напряжения. При износе расходников паузу приходится увеличивать.

Ширина реза и размер детали

Плазма удаляет полосу металла шириной 1,4–3 мм, и деталь выходит меньше чертежа. Числа по Powermax и пример для 12 мм приведены в статье про качество кромки, здесь важно, где и как это задать:

• В таблице процесса раскройщика под материал, толщину, ток и сопло хранятся скорость, пауза пробивки и ширина реза. Таблицы лежат в отдельной папке программы и открываются как электронные таблицы. Править их полезнее, чем менять чертёж: при замене расходников меняется одна строка.
• В настройке вывода включают опцию коррекции в коде управляющей программы. Раскройщик сам смещает контур на половину ширины реза, и стойка получает уже готовую траекторию. Для стоек, которые не умеют G41 и G42, это единственный вариант.
• Для стоек с G41 учитывайте особенность Mach3. Практики отмечают, что ProNest добавляет к G41 параметр K как ширину реза, а в Mach3 буква K обозначает смещение дуги по Z. Поэтому ширину реза и паузу пробивки лучше хранить в таблице, а не передавать в параметрах команды.

Простая проверка в цифрах: при ширине реза 1,6 мм квадрат 100 мм без коррекции получится 98,4 мм, а отверстие диаметром 40 мм выйдет 41,6 мм. Вырежьте пробный квадрат и круг на материале, который будете резать, измерьте штангенциркулем и поправьте значение в таблице.

Для малых отверстий нужна отдельная строка в таблице. Практики пишут, что при G41 они выходят на 1–2 мм меньше номинала, и задают поправку по диаметрам; блокировка THC на малых контурах разобрана в статье про контроль высоты.

Петли и скругления в углах

Петля в углу получается из двух разных причин, и лечатся они в разных местах.

В раскройщике. Включённое сглаживание углов и настройка петли на входе по умолчанию рисуют на траектории лишние кольца. В теме про петли в углах плазменных деталей автор убрал их отключением сглаживания на наружной резке и настройкой параметров петли в расширенном редактировании. Если радиус скругления контура меньше величины коррекции реза, вместо скругления получается отверстие, и радиус делают больше диаметра коррекции. У разных версий ProNest меню отличаются.

В Mach3. Движение на углу определяют режим траектории и ускорение. Руководство описывает два режима. В режиме точного останова (G61) станок останавливается на каждом изменении направления и точно идёт по заданной траектории. В режиме постоянной скорости (G64) он перекрывает торможение с разгоном в новом направлении, поэтому углы скругляются тем сильнее, чем ниже ускорение осей. Для плазмы это даже полезно: быстрее и плавнее. В настройках логики есть режим Plasma Mode, оптимизирующий углы для плазмы, и предельный угол: изменения направления больше заданного угла обрабатываются как точный останов, даже когда включён режим постоянной скорости. Руководство отмечает, что значение подбирают опытом, а не берут из таблицы.

Параметр Lookahead в руководстве описан как число строк кода, которое интерпретатор держит в буфере, и «обычно не требует настройки». Поэтому «петли из-за Lookahead» маловероятны, а вот контур из тысяч коротких отрезков действительно тормозит станок: на каждом стыке резак замедляется. Его заменяют дугами и окружностями в CAD или в экспорте DXF.

Motor Tuning для плазмы: как подобрать

Универсального числа для плазмы нет: оно зависит от массы портала, двигателей, механики и драйверов. Руководство Mach3 даёт метод, и он подходит для плазмы без изменений.

1. Задайте шаги на единицу и убедитесь, что оси идут на заданное расстояние. Порядок и расчёт частоты импульсов описаны в статье про первый запуск Mach3.
2. Поставьте скорость около 20 % максимума и проверьте ход осей. Затем поднимайте ускорение, пока ось не начнёт пропускать шаги, и остановитесь на значении с запасом.
3. Руководство предупреждает: при слишком большом ускорении ось отстаёт от команды, ошибка слежения растёт, и контур выходит неточным. Проверить это на плазме можно пробной деталью: квадрат 100 мм должен давать равные диагонали, а круг не должен превращаться в овал.
4. Отдельно подберите скорость и ускорение оси Z. Скорость опускания в G31 должна быть заметно ниже, чтобы резак не ударялся о лист, а ускорение — достаточным, чтобы THC успевал работать. Тюнинг Z в Mach3 и параметры самого THC задают независимо, и скорость опускания в макросе сверяют именно с Motor Tuning оси Z.
5. Режим траектории и предельный угол ставят последними, на детали с острыми углами и малым отверстием.

Симптом, причина, проверка