CNC taglio al plasma (no THC), configurazione Mach3 con macro

Ben trovati!

Ritorno sull'argomento Plasma perchè ritengo sia molto interessante dotare la propria cnc di una torcia capace di tagliare lamiere fino a 25 mm.
Il costo e lo sforzo sono veramente minimi e con poco vi ritroverete con una CNC combo. Personalmente credo che fare una combo fresa + plasma sia un buon compromesso rispetto alla combo fresa + laser perchè quest'ultima richiederebbe parametri di taglio (velocità e accelerazioni) completamente diversi oltre al fatto che il laser (sia Co2 che diodo) è molto delicato e particolarmente sensibile alle vibrazioni e alla polvere prodotte da una fresa.

Tempo fa avevo pubblicato un articolo dove installavo la torcia al plasma sulla mia CNC Raptor e questa volta vorrei approfondire l'argomento perchè mi sono deciso a migliorare un pò le cose.
Mentre prima avevo scritto solo un post-processore apposito per Aspire questa volta ho voluto fare qualche passo in più per semplificarmi (forse) un pò la vita.

Come prima cosa ho comprato una nuova macchina al plasma perchè la CUT50 si è bruciata per la seconda volta e da quello che ho appreso dai forum non è uno strumento poco affidabile. La componentistica elettronica è di scarsa qualità, i cablaggi interni sono fatti in modo poco professionale (non a caso è cinese), in totale l'avrò usata si e no 10 volte.

Una tra le migliori case costruttrici di macchine al plasma è la Hypertherm ma anche il modello più econimico ha dei prezzi inavvicinabili (€ 1600) soprattutto per quello che devo fare io (qualche pezzo ogni tanto).

Dopo tante ricerche ho trovato un'azienda tedesca  Stamos Welding che produce macchine al plasma di buona qualità (sicuramente meglio di quelle cinesi) a prezzi più abbordabili e come se non bastasse ti garantiscono il prodotto per 3 anni.

Ho comprato il modello S-PLASMA 85CNC che è indicato per applicazioni su macchine a CNC perchè dispone di un'uscita per il collegamento con il THC (torch height control) che però al momento non voglio utilizzare.

Normalmente le macchine al plasma hanno l'innesco a contatto, significa che per iniziare il taglio la torcia deve toccare il pezzo da tagliare, questa macchina (come la precedente CUT50) ha la funzionalità arco pilota l'innesco del plasma avviene senza il contatto diretto, il che ci viene in aiuto.

L'approccio che voglio utilizzare per eseguire il taglio è tramite un sistema meccanico di rilevamento pezzo, il THC (torch height control) per il momento ho deciso di non integrarlo sia per i costi sia perchè non credo di avere applicazioni che ne richiedono l'utilizzo; in ogni caso avendo la macchina predisposta posso sempre decidere di aggiungerlo in futuro.

La messa a terra (molto importante)

Ho letto che è fondamentale (anzi di più) assicurarsi di aver messo a terra tutti i componenti compresi per evitare in primis di prendere la scossa e, ultimo ma non meno importante, per ridurre le frequenze e i disturbi che si generato durante il taglio.

Nel retro del mio garage ho piantato un palo zincato da 2 mt nel terreno dal quale ho fatto partire due cavi da 6 mm diretti uno verso il telaio della cnc e l'altro verso il telaio del plasma.

La prima cosa che ho fatto è costruire un supporto per sorreggere la torcia a testa fluttuante (vedi sotto) e per farlo ho "cannibalizzato" l'asse Z da una delle cnc che avevo costruito tempo fa al quale ho applicato una molla ed un finecorsa.

fonte: proma-elektronika.com

L'utilizzo della molla serve per evitare collisioni tra la torcia ed il pezzo e anche per far funzionare il tutto come fosse un probe per l'azzeramento pezzo.

Principio di funzionamento

Il principio di funzionamento è molto semplice e richiede l'utilizzo delle macro di mach3.

In pratica la macro fa scendere la torcia fino a che non tocca il pezzo da tagliare poi grazie alla molla l'asse Z continua a scendere fino a che non tocca il fine corsa. Al tocco del finecorsa viene azzerato il DRO dell'asse Z e fatto risalire di una quota prestabilita, nel mio caso la quota di alzata è quella che serve per mantenere la punta della torcia a 1 mm dal pezzo.

Ho modificato una macro esistente (rinominata in M1111) che si occupa di gestire un comune probe mettendogli i valori di alzata finale.
Riporto qui di seguito una gif che spiega in breve il principio di funzionamento.

fonte: proma-elektronika.com

In aggiunta alla macro per azzerare lo Z della torcia ne ho scritte altre 2  (M1112 e M1113) per gestire l'innesco e lo stop.

In linea di massima quello che vorrei fare è che ad ogni segmento di taglio la torcia deve fare lo zero pezzo e innescare l'arco alla giusta distanza.

Riepilogo i passaggi per ogni segmento da tagliare:

1. Effettuo lo zero pezzo con la macro M1111
1. La torcia scende fino a toccare il pezzo e quindi il finecorsa
2. l'asse Z viene azzerato
3. la torcia risale fino ad una distanza di 1 mm dal pezzo
4. fine macro
2. Aziono l'innesco con la macro M1112
1. Accendo la torcia con M03 (alla distanza di 1mm)
2. Attendo circa 1.5 secondo per lo sfondamento del pezzo
3. Alzo la torcia a 2mm dal pezzo (distanza ideale per il taglio)
4. fine macro
3. Movimentazione assi X e Y con la torcia accesa per effettuare il taglio
4. Fine del segmento, spengo la torcia con la macro M1113
1. lancio il comando M05
2. Risalita di sicurezza di 10mm
3. fine macro

Nel caso in cui avete una torcia al plasma senza arco pilota sarà necessario modificare la macro M1112 in modo che l'innesco avvenga per contatto e quindi la Z dovrà essere a 0 o -1 (del resto la molla serve a questo).

Mach3, attivare il segnale del Probe

Per far si che l'azzeramento pezzo funzioni è fondamentale collegare il finecorsa della torcia ad uno dei pin di ingresso della breakpout board DB25-1205.

Io l'ho collegato al PIN15 in modalita NA (normalmente aperto) e dall'altro capo del finecorsa ho colletato +5V in modo che al contatto i 5V entrino nel pin15 magari aggiungeteci una resistenza.

Lato Mach3 ho configurato il Probe sul PIN 15

Mach3, le macro in breve...

Chi non ha mai usato le macro di mach3 scoprirà che sono una vera potenza per gestire situazioni personalizzate.

Come avrete notato mach3 accetta istruzioni  G es. G01, G03, G90, ecc ma anche istruzioni M, quest'ultime sono macro e da M01 a M99 sono usate da Mach3 dall M100 in poi sono personalizzabili.
Personalizzabili significa che posso scrivere una macro che ad esempio oltre ad accendere il mandrino aziona anche una elettrovalvola per il soffio dell'aria oppure una luce lampeggiante ecc...

Come si scrive e dove va salvata una macro

Le macro si scrivono in VBscript e questa cosa non deve spaventare perchè è un linguaggio di programmazione semplice e in ogni caso su internet ci sono tonnellate di esempi.
Le macro si trovano nella cartella di mach3:

C:\Mach3\macros\[nome del tuo profilo] es: C:\Mach3\macros\Raptor

Noterete che ci sono diversi file *.m1s quelli sono macro, un file M3.m1s è la macro M3 da usare nel Gcode. Se si vuole creare una macro personalizzata basta creare un nuovo file es. M1111.m1s, aprirlo con il blocco note e scrivere del codice. All'interno di una macro è possibile inserire anche del gcode.

Macro M1113 (M1113.m1s)

qui sotto vi mostro la macro M1113 che ho scritto per spegnere la torcia:

Code "(Spengo la torcia)" Code "M05" Code "(Risalita di sicurezza)" Code "G0 Z10" Exit Sub

Quando Mach3 esegue il comando M1113 esegue due azioni: M05 e G0 Z10 (i testi fra parentesi sono solo dei commenti).

Macro M1112 (M1112.m1s)

La macro M1112 è leggermente più complessa, può essere richiamata con 2 parametri per controllare la pausa e l'altezza es. M1112 P1.5 Q2
P1.5 è il primo parametro e indica i secondi di pausa per lo sfondamento del pezzo
Q2 è il secondo parametro e indica l'altezza della torcia dal pezzo
Nel codice qui sotto recupero i valori dei 2 parametri con param1() e param2() e li utilizzo per comporre del Gcode.

pausaSfondamento = param1() torchHeight = param2() Code "(Accendo la torcia)" Code "M03" Code "(Attendo lo sfondamento)" Code "G04 P"& pausaSfondamento Code "(Alzo la torcia)" Code "G01 Z"& torchHeight & "F400" Exit Sub

Macro M1111 (M1111.m1s)

Il valore 5.8 che trovate alla 4° e 5° riga è l'offset in mm del mio asse Z ovvero la distanza che serve per toccare il finecorsa e sarà quello che dovrete variare per adattarlo al vostro sistema.

CurrentFeed = GetOemDRO(818) DoSpinStop() 'Fermo in ogni caso per sicurezza il motore M5 ZMove = 40 'Misura di Ricerca del probe ZOffset = -8 'Altezza del probe ZSal = ZOffset + 10 + 3 'Altezza di risalita dopo l'azzeramento utenise StopZmove = 0 'Blocco programma con Zmove oltrepassata If GetOemLed (825)=0 Then 'Controllo se il probe è OK o difettoso DoOEMButton (1010) 'Azzero asse Z Cosi che la sonda comincerà a muoversi da qui 'Code "G4 P1" 'Tempo di posizionamento del probe sotto la Z Code "G31 Z-"& ZMove & "F600" 'Comando discesa Z , Distanza Ricerca probe e feedrate While IsMoving() 'Attesa del segnale d'ingresso digitalize Wend Probepos = GetVar(2002) 'Rilevo il punto esatto di contatto al probe If Probepos = - ZMove Then 'Se distanza Zmove = Probepos Azzeramento non possibile responce = MsgBox ("**ERRORE** Utensile non Inserito o Probe non posizionato" , 4 , "Probe **ERRORE**" ) Code "G0 Z10" 'Alzo la Z di (x)mm in rapido StopZmove = 1 'Mando StopMove a 1 per bloccare la sub successiva Code "F" &CurrentFeed 'Ritorno al feedrate Originale End If If StopZmove = 0 Then 'Con Stepmove a 0 continuo ciclo Code "G0 Z" & Probepos 'ritorno al punto di touch, eliminando eventuli errori While IsMoving () Wend Call SetDro (2, ZOffset) 'Azzeramento Z con somma altezza probe Code "G4 P1" 'Attesa Aggiornamento Dro. Code "G0 Z" & ZSal 'Quota Z di ritorno (x)mm dopo dall'azzeramento Code "(Asse Z Azzerata!)" 'Messaggio visualizzato con azzeramento a buon fine Code "F" &CurrentFeed 'Ritorno al feedrate Originale End If Else Code "(Segnale Probe a terra, Controlla connesioni e riprova)" 'Messaggio visualizzato con azzeramento fallito End If Exit Sub

E' facile comprendere quanto è potente Mach3 per gestire situazioni complesse.

Per maggiori informazioni sulle macro di Mach3 vi consiglio di leggere la documentazione ufficiale.

Vectric Aspire, il Post-processore... 

Fino a qui ho solo istruito Mach3 per gestire l'altezza torcia e la fase d'innesco dell'arco creando dei nuovi comandi M ma tali comandi devono poi essere inseriti nel post-processore che genera il Gcode.
Io lavoro sempre con Apire per cui vi mostro come ho gestito la cosa.
Se utilizzate altri CAM non disperate perchè ognuno di essi ha una sezione dove è possibile gestire i post-precessori.

Su Aspire i file dei post-processori si trovano nella cartella PostP es:
C:\ProgramData\Vectric\Aspire\V3.0\PostP\
oppure
C:\ProgramData\Vectric\Aspire\V4.0\PostP\

all'interno troverete tanti file *.pp, ecco quelli sono i post processori.

Il consiglio è quello di partire da uno gia fatto, salvarlo con un nuovo nome e modificarlo.
Io sono partito da questo file gcode_arc_mm.pp e salvato in: RaptorPlasma.pp

RaptorPlasma.pp

Questo è il contenuto del mio post-processore

+================================================ + + Vectric machine output configuration file + +================================================ + + History + + Who When What + =============== ========== =========================== + Mirco Slepko 02/08/2018 Written for metric +================================================ POST_NAME = "Plasma Raptor 5 Mirco Slepko (mm) (*.txt)" FILE_EXTENSION = "txt" UNITS = "MM" DIRECT_OUTPUT = "Mach|Mach4.Document" SUBSTITUTE = "({)}" RAPID_PLUNGE_TO_STARTZ = "NO" +------------------------------------------------ + Line terminating characters +------------------------------------------------ LINE_ENDING = "[13][10]" +------------------------------------------------ + Block numbering +------------------------------------------------ LINE_NUMBER_START = 0 LINE_NUMBER_INCREMENT = 1 LINE_NUMBER_MAXIMUM = 999999 +================================================ + + Formating for variables + +================================================ VAR LINE_NUMBER = [N|A|N|1.0] VAR SPINDLE_SPEED = [S|A|S|1.0] VAR FEED_RATE = [F|C|F|1.1] VAR X_POSITION = [X|C|X|1.3] VAR Y_POSITION = [Y|C|Y|1.3] VAR Z_POSITION = [Z|C|Z|1.3] VAR ARC_CENTRE_I_INC_POSITION = [I|A|I|1.3] VAR ARC_CENTRE_J_INC_POSITION = [J|A|J|1.3] VAR X_HOME_POSITION = [XH|A|X|1.3] VAR Y_HOME_POSITION = [YH|A|Y|1.3] VAR Z_HOME_POSITION = [ZH|A|Z|1.3] VAR SAFE_Z_HEIGHT = [SAFEZ|A|Z|1.3] +================================================ + + Block definitions for toolpath output + +================================================ +--------------------------------------------------- + Commands output at the start of the file +--------------------------------------------------- begin HEADER "( [TP_FILENAME] )" "( File created: [DATE] - [TIME])" "( for Mach2/3 from Vectric PostProcessor for Raptor 5 By Mirco Slepko)" "( Material Size)" "( X= [XLENGTH], Y= [YLENGTH], Z= [ZLENGTH])" "([FILE_NOTES])" "(Toolpaths used in this file:)" "([TOOLPATHS_OUTPUT])" "(Tools used in this file: )" "([TOOLS_USED])" "[N] G00G21G17G90G40G49G80" "[N] G71G91.1" "[N] T[T]M06" "[N] ([TOOLNAME])" "([N] G00G43[ZH]H[T])" "[N] (Toolpath:- [TOOLPATH_NAME])" "[N] ([TOOLPATH_NOTES])" "[N] G94" "[N] [XH] [YH] [F]" "(begin INITIAL_RAPID_MOVE)" "[N] M5 (inizio con la torcia spenta)" +--------------------------------------------------- + Commands output for rapid moves +--------------------------------------------------- begin RAPID_MOVE "[N] G00 [X] [Y] [Z] (RAPID_MOVE)" +--------------------------------------------------- + Commands output for the first feed rate move +--------------------------------------------------- begin PLUNGE_MOVE "[N] M1111 (prepararo la torcia all'innesco)" "[N] M1112 P1.5 Q2 (accendo torcia + pausa sfondamento 1.5 sec. + regolo altezza 2mm dal pezzo)" begin RETRACT_MOVE "[N] M1113 (spengo la torcia e la alzo)" begin FIRST_FEED_MOVE "[N] G1 [X] [Y] [F]" +--------------------------------------------------- + Commands output for feed rate moves +--------------------------------------------------- begin FEED_MOVE "[N] G1 [X] [Y]" +--------------------------------------------------- + Commands output for the first clockwise arc move +--------------------------------------------------- begin FIRST_CW_ARC_MOVE "[N] G2 [X] [Y] [I] [J] [F]" +--------------------------------------------------- + Commands output for clockwise arc move +--------------------------------------------------- begin CW_ARC_MOVE "[N] G2 [X] [Y] [I] [J]" +--------------------------------------------------- + Commands output for the first counterclockwise arc move +--------------------------------------------------- begin FIRST_CCW_ARC_MOVE "[N] G3 [X] [Y] [I] [J] [F]" +--------------------------------------------------- + Commands output for counterclockwise arc move +--------------------------------------------------- begin CCW_ARC_MOVE "[N] G3 [X] [Y] [I] [J]" +--------------------------------------------------- + Commands output at toolchange +--------------------------------------------------- begin TOOLCHANGE "[N] T[T]M6" "[N] ([TOOLNAME])" "[N] G43 H[T]" +--------------------------------------------------- + Commands output for a new segment - toolpath + with same toolnumber but maybe different feedrates +--------------------------------------------------- begin NEW_SEGMENT "(NEW_SEGMENT)" "([TOOLPATH_NAME])" "([TOOLPATH_NOTES])" "(/NEW_SEGMENT)" +--------------------------------------------------- + Commands output at the end of the file +--------------------------------------------------- begin FOOTER "(FOOTER)" "[N] G00 [XH] [YH]" "[N] M09" "[N] M30" "(/FOOTER)" %

Noterete verso metà del file che ho introdotto i comandi M1111, M1112, M1113 con dei commenti e oltre a questo ho eliminato tutte le istruzioni [Z] per evitare che la torcia si sposti sull'asse Z.

In questo video ho simulato il taglio di 3 quadrati che si trovano ad altezze diverse, per ogni elemento da tagliare viene eseguito lo zero pezzo per cui la punta lavora sempre a 2mm da esso.

Installazione della torcia sulla CNC

Da un punto di vista meccanico ho installato la torcia a bordo macchina a fianco al mandrino su una basetta metallica con delle fascette a incastro che ho leggermente modificato per poterle stringere.

Come piano di lavoro ho usato un vecchio cancello.

Progettare il percorso utensile

Il taglio al plasma presenta delle caratteristiche ben diverse da quello a fresa per cui anche l'approccio al pezzo deve cambiare.

Come prima cosa è necessario crearsi un proprio utensile con le caratteristiche del taglio al plasma.

Il taglio al plasma è più "sporco" del taglio a fresa e una permanenza anche di pochi decimi di secondo sulla linea di taglio (con la torcia accesa) potrebbe comprometterne la qualità e lo spessore creando un bordo irregolare.

Se ad esempio devo tagliare un quadrato capita che per fare gli spigoli gli assi devono decelerare e accelerare e di conseguenza il tempo di permanenza aumenta, per ovviare a questo è consigliabile creare un percorso/raccordo (o fillet) che va fuori dalla linea di taglio e rientra come in figura sotto.

Come avrete notato nel punto in basso a sinistra non ho creato alcun raccordo perchè è il punto iniziale del taglio e tale raccordo lo si genera dal percorso utensile.

Essendo il punto in basso a sinistra l'inizio del taglio imposto il raccordo nella sezione "guide". Tale raccordo fa si che il plasma inizi a sfondare generando quel caratteristico "buco" e inizi il suo tragitto lontano dal pezzo. Lo stesso vale per la fine del percorso.

Uno dei primi test di taglio



Spero che queste informazioni vi siano state di aiuto e alla prossima...