DL1DOW - Projekt: CNC-Steuerung BF20 -

CNC-Fräse: Software

Die Steuerung der kleinen Fräsmaschine erfolgt über einen dedizierten Rechner, der keinen Internetzugang hat und nur für die Maschinensteuerung vorgesehen ist. Installiert sind darauf neben der Maschinensteuersoftware Mach3 lediglich CAD-, CAM- und Hilfsprogramme.

Auf dem Fräsen-PC ist nur die benötigte Software installiert
Auf dem Steuer-PC ist nur Software für die CNC-Bearbeitung installiert. (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)

Die Steuerung der kleinen Fräsmaschine erfolgt über die Software Mach3, die auf einem gewöhnlichen, nicht mehr allzu aktuellen IBM-PC installiert ist. Der PC ist ein IBM (Intel Celeron, 2,88 GHz, 2GB RAM) mit einer Erweiterungskarte mit zwei IEEE 1284 Parallelports.

Es stellt sich die Frage, inwiefern auf einem PC, der der Steuerung einer Maschine dient, überhaupt eine andere Software installiert sein sollte. (Es stellt sich auch die Frage, inwiefern ein Standard-PC überhaupt als Maschinensteuerung geeignet ist.) Da die Sicherheitsfunktionen (Not-Halt-Kreis und Endabschaltung) jedoch per Hardware in der Steuerung bzw. Maschine realisiert sind, halte ich die Installation ausgewählter Programme auf dem Steuer-PC im Hobbybereich für vertretbar.

Im Wesentlichen sind deshalb neben dem Betriebssystem auf der Steuerung alle Programme installiert, die für die Realisierung von der Idee bis zum fertigen Werkstück notwendig sind:

Betriebssystem und Dienstprogramme

Betriebssystem ist eine Minimalinstallation von Windows XP SP3, wobei allerdings keine Mühe darauf verwendet wurde, unnütze Programme wie Paint oder MSN zu entfernen - es geht bei der Minimalinstallation rein um Stabilität, nicht um Geschwindigkeit. Trotzdem glaubt man kaum, wie schnell bei einer derart „alten Kiste” ohne Virenscanner, Firewall, Flash, Netzwerkdienste und mit einer Minimalinstallation von Windows XP plötzlich der Rechner und die Programme starten.

Als Texteditor kommt das unter der GPL stehende Notepad++[1] zum Einsatz, für die Datensicherung die bei dem DVD-Laufwerk beiliegende Version von Nero[2].

Mach 3

Screenshot Mach3 Original-Oberfläche
Die Fräsensteuerung erfolgt mit Mach3 von Artsoft. (Screenshot der Original-Oberfläche 1024.set von Mach3) (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)

„Mach 3” von Artsoft[3] ist eine Windows-Software für die Steuerung von CNC-Fräsen, ‑Drehmaschinen oder ‑Plasmaschneidern mit Schritt- oder Servomotoren über Parallelschnittstellen des PCs (wobei auch mehr oder weniger beliebte USB-Schnittstellen erhältlich sind). Eine voll funktionsfähige Demo-Version ist auf 250 Zeilen G-Code begrenzt. Die (englische) Vollversion kostet ca. 175$, mehrere unterschiedliche deutsche Versionen sind ebenfalls erhältlich, z.B. bei Christoph Seelig[4]. Trotz einiger Eigenheiten hat sie sich in der Vergangenheit als sehr zuverlässig und komfortabel herausgestellt.

Der Not-Halt-Stromkreis wird durch eine Hardware in der Schrittmotorsteuerung zur Verfügung gestellt, hier liest Mach3 nur den Status aus. Die Endschalter an beiden Enden der X- Y- und Z‑Achse werden softwareseitig ausgewertet und dienen gleichzeitig als Referenzschalter. Auf von der Steuerung hardwareseitig unterstütze Endschalter wurde verzichtet, da bei der Größe meiner Maschine vernünftige Endanschläge geeigneter erscheinen.

Artikel mit Bezug zu Mach3:

NCPlot 1.3

Screenshot NCPlot
NCPlot 1.3 (Screenshot): G-Code-Editor mit eingeschränkten Backplot-Fähigkeiten (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)

Die Fräsensteuerung mit Mach3 arbeitet mit dem teilweise genormten G-Code. NCPlot[5]. ist ein sogenannter Backplotter, ein Programm das der Ansicht von erzeugten Fräsbahnen (3d) am PC dient. Diesem Zweck, nämlich anderweitig erzeugten G-Code darzustellen, kann das Programm leider nicht immer zuverlässig dienen. Oder positiv ausgedrückt: Wenn das Programm die Werkzeugbahnen falsch anzeigt, dann wenigstens so falsch, daß keine Gefahr besteht, dieser Anzeige Glauben zu schenken.

Hervorragend eignet sich das Programm jedoch als Texteditor für G-Code, d.h. beim manuellen Schreiben von G-Code hat es zwar ungefähr den Komfort des „Notepad”-Texteditors, bietet dafür aber eine sehr gute Visualisierung der erzeugten Werkzeugbahnen inklusive der Radiuskorrektur. Aus diesem Grund ist war NCPlot bei mir unter Mach3 als Texteditor eingetragen.

Bis etwa Oktober 2010 gab es eine kostenlose Version von NCPlot 1.3.

NC Corrector 4

Screenshot NC Corrector 4
NC Corrector 4 (Screenshot): G-Code-Editor mit und Backplotter (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)

NC Corrector[10] ist ebenfalls ein G-Code-Editor und ein vollwertiger Backplotter, der im Gegensatz zu NCPlot 1.3 keinerlei Probleme mit für Mach 3 erzeugten Fräsbahnen hat. Auch die Editor-Funktionen sind komfortabel.

Das Programm ist unter Windows XP SP 3 lauffähig und hat bei mir NCPlot 1.3 abgelöst.

TurboCAD

Screenshot TurboCAD 15
TurboCAD 15 (Screenshot): altbacken, aber gut bedienbar (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)

TurboCAD 15 Professional [6] ist ein 2D/3D-CAD-Programm und scheint sich eher an Architekten zu richten. Sowohl im 2D- als auch im 3D-Bereich ist es von der Bedienbarkeit weder unter den schlechtesten noch unter den besten CAD-Programmen einzuordnen. In erster Linie war bei mir der günstige Preis Entscheidungsmerkmal: Die vorletzte Version ist meist für deutlich unter 100 € zusammen mit einem schönen Handbuch erhältlich.

Erstaunliche Qualitäten beweist das Programm beim Import von 3D-Daten: Hiermit konnten Daten im ACIS-SAT und IGES-Format, die von deutlich teureren Programmen (NX, CATIA V5 und ABAQUS) nicht lesbar waren, problemlos importiert und konvertiert werden. Für 2D-Daten verfügt das Programm zwar über ein eigenes Datenformat, die Unterstützung des DXF-Datenaustauschformats ist aber so ausgezeichnet, daß es keinen Grund gibt, darauf zurückzugreifen.

CorelDraw

Screenshot CorelDraw
CorelDraw X4 (Screenshot): Mittel der Wahl für die Konvertierung von Vektorformaten (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)

Das Vektorzeichenprogramm Corel Draw X4[7] ist eigentlich für Grafiken und die Druckvorstufe gedacht, kann aber dank seiner zahlreichen Import- und Exportfilter auch Zeichnungen aus zahlreichen Vektorformaten importieren. Konkreter Grund für den Umzug von Corel Draw von meinem Bürorechner auf den CNC-Rechner war die Konvertierung von alten Zeichnungsdaten, (damals noch mit ME10 erstellt) aus dem PDF-Format in das DXF-Format. Dank der hervorragenden Ebenenfunktionen kommt es fast an ein CAD-Programm heran und auch die Skalierung hat unter der Konvertierung nicht gelitten. Insbesondere die guten Exportfilter machen Corel Draw X4 seinem kostenlosen Open-Source-Konkurrenten Inkscape 0.48, dessen DXF-Export leider von fast keinem CAD-Programm gelesen werden kann, in diesem Bereich (noch) weit überlegen. Von diesem Programm ist eine preiswerte Home&Student-Version erhältlich.

Corel Draw profitiert sehr stark vom Minimal-Windows und startet auf dem alten Steuerungsrechner mehrfach schneller als auf meiner — aktuellen, mehrere Generationen neueren — Büromaschine.

SheetCam TNG

Screenshot SheetCAM TNG
SheetCAM TNG (Screenshot): Durch die Ebenorientierung und die übersichtliche Darstellung der einzelnen Verarbeitungsschritte bedeutet die Erstellung der Maschinenprogramme nur wenige Mausklicks. (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)

SheetCAM TNG[8] ist ein 2,5D-CAM (Computer Aided Manufacturing) und bildet die Schnittstelle zwischen der Zeichnung und dem G-Code, der letztendlich die Maschine steuert. SheetCAM TNG liest die Zeichnungsformate DXF, SVG und HPGL ein sowie Excellon-Bohrungsdaten. Angeblich kann auch G-Code als Zeichnung importiert werden, wobei allerdings von SheetCam selbst erzeugter G-Code für Mach3 nicht als sinnvolle Linien importiert wird.

SheetCAM bietet für den Fräsanwender Kontur- Taschen- und Bohrprozesse unter Ausnutzung einer hinterlegbaren Werkzeugtabelle. Sein Excellon-Import macht es auch für das Bohren von Leiterplatten interessant. Außerdem bietet es das Schachteln mehrerer Werkstücke aus einer Platte an - eine Option, die bei den kleinen Verfahrwegen meiner Maschinen eher uninteressant ist.

Sehr komfortabel ist die direkte Schnittstelle zu Mach3, die eine direkte Übertragung des erzeugten G-Codes zur Steuerung erlaubt- für mich war das der Ausschlag, CAD und CAM überhaupt auf dem Steuerungsrechner zu installieren. Kleine Gravuren mit Einlinienschriften sind auch möglich, wobei es bei diesen Operationen hinter CamBam zurückbleibt - aber für die ein- oder andere Beschriftung einer Frontplatte ist auch diese Option durchaus zu gebrauchen. Für alle Kontur- und Taschenoperationen erlaubt SheetCam TNG einstellbare Anfahrstrategien mit Rampen und/oder tangentialem Anfahren. Einzig ein Vorbohren im Eintauchpunkt ist nur sehr, sehr umständlich zu realisieren. Alles in allem ist SheetCam TNG allerdings für seine Preisklasse hervorragend und läßt nur wenige Wünsche offen.

CamBam

Screenshot CamBam
CamBam 0.8.2 (Screenshot): perfekt für Beschriftungen (Zum Vergrößern auf das Bild klicken)

CamBam[9] ist ebenfalls ein 2,5D-CAM, das allerdings noch lange nicht so weit wie SheetCam entwickelt ist. Die Entwicklung läßt jedoch hoffen. Bei mir bedurfte die Bedienung deutlich weniger Eingewöhnung als SheetCam, auch besteht im Gegensatz dazu unter CamBam auch die Möglichkeit, Zeichnungen direkt im CAM zu ändern. CamBam kann, im Gegensatz zu den meisten CAD- oder CAM-Programmen Umrisse aus jeder Art von TrueType-Schriftarten erzeugen, unter denen die Auswahl an Schrifttypen deutlich umfangreicher als unter den Einlinienschriften ist. Aus diesem Grund ist die kostenlose erhältliche ältere Version 0.8.2 bei mir die erste Wahl, wenn es um Beschriftungen geht.

Links

DL1DOW German Amateur Radio Station