программирование в g кодах обучение
Что такое G-код для станков с ЧПУ
Программы с G-кодом пишутся в виде текстового формата, каждую строчку называют кадром. Кадр состоит из буквенного символа – это адрес и цифра, в которой выражено числовое значение. Коды бывают основными и вспомогательными. На основе такой программы работает токарный и фрезерный станок с ЧПУ.
Для станков с программным числовым управлением существует специальный язык. Этот язык называют ISO 7 bit. Система G кодов для ЧПУ представляет собой специальные команды для работы фрезерных и токарных станков с ПУ, в командах задаются специальные параметры. Обучение ЧПУ программированию производится в технических колледжах или на курсах дополнительного образования.
Что такое G-код
Кодовая система для токарно – фрезерных станков с ЧПУ представляет собой особую группу команд, которые распознаются станками с функциями программного управления. Кодовая система была разработана компанией Electronic Industries Allience в 1960 году и доработана в 1980 году. С 1982 года она начала действовать в России. Кодовый язык входит в структуру основ программирования, он непрерывно совершенствуется и изменяется.
Какие бывают G-коды
Программы с G-кодом пишутся в виде текстового формата, каждую строчку называют кадром. Кадр состоит из буквенного символа – это адрес и цифра, в которой выражено числовое значение. Коды бывают основными и вспомогательными. На основе такой программы работает токарный и фрезерный станок с ЧПУ.
Команды группы G называют подготовительными. Они задают движение рабочих элементов на станке с определенной скоростью. Скорость может быть круговой или линейной. Также G-код используется для обработки отверстий и резьбы. Еще одной функцией является управление параметрами и координатными системами аппаратуры.
Основные команды программы направлены на выполнение следующих функций:
Символы бывают разными: М выполняет вспомогательные функции, такая команда необходима для смены инструмента, вызова подпрограммы и ее завершения, S – это функция основного движения, F – подача, Т, D, Н являются выражением функций инструмента.
Значение символа зависит от вида станка с ЧПУ. Программирование осуществляется на основе этих кодов.
Подготовительные функции
Подготовительные функции в кодовой системе выражены символом G. Каждому коду соответствует особенное значение. Все подготовительные команды, к примеру, выбор рабочей плоскости или выбор скорости перемещения, задаются первыми в программе. В коде зашифрована определенная функция. Числовыми значениями задаются параметры.
Расшифровка основных G кодов для ЧПУ
Перейдем к рассмотрению того, как расшифровываются основные G коды для станков с ПУ.
Задает скоростное позиционирование. Ее используют, когда нужно быстро переместить режущий инструмент в готовое состояние для начала работы или поместить его в безопасную позицию. Ускоренный вариант не применяют в процессе обработки деталей, поскольку скорость, которая развивается в данном случае, очень высока. Данную команду можно отменить с помощью команды G01, G02, G03.
Представляет собой линейную интерполяцию. Такая команда необходима для движения инструмента по прямой, скорость задается символом F. Отмена функции осуществляется кодами G00, G02, G03. Пример записи команды: G01 X20 Y150 F60.
Задает движение по часовой стрелке, режущий инструмент начинает двигаться по дугообразной траектории, скорость задается символом F. Также задаются параметры в координатной плоскости. Символы I, J, K – определяющие координаты дуги в плоскости. Отмена осуществляется кодами G00, G01, G03.
Это движение против часовой стрелки по дуге с заданной скоростью.
Задают перерыв в работе. продолжительность паузы задается Х или Р символом. Обычно пауза длится около одной секунды.
Задает плоскость. С помощью кода G17 выбирают координаты XY. Такая функция необходима для вращающихся движений и процесса сверления.
Задает плоскость в координатах XZ, эта плоскость становится рабочей в процессе круговой интерполяции, вращательных движениях и процессе сверления.
Позволяет выбрать рабочую площадь в координатах YZ. Такая функция необходима для движения инструмента в круговой интерполяции и постоянном цикле сверления.
Позволяет вводить данные в дюймовых измерениях. Функция предназначена для работы с дюймовыми показателями.
Позволяет работать с метрическими показателями. Он необходим при работе с данными, выраженными в метрах.
Отменяет функцию автоматической коррекции на заданный радиус инструмента, задаваемого G41 и G42.
Включает автокоррекцию на радиус инструмента, который располагается слева от обрабатываемой детали относительно хода его движения. В программу также входит функция D.
Аналогичен коду G41, он предназначен для автокоррекции на радиус, расположенный справа от обрабатываемой детали. Программу также задают с функцией D.
Необходим для компенсации длины инструмента, корректирует его положение и задается вместе с функцией инструмента Н.
Задает локальные координатные параметры помимо стандартных параметров.
Позволяет переключаться на координатную систему рабочего станка.
G54 – G59
Осуществляют заданное смещение рабочего элемента относительно координатных параметров станка. Используя коды G54, G55, G56, G57, G58, G59 можно определить, в какой именно системе координат будет совершаться работа. Меняя коды, программист получает возможность обрабатывать разнообразные детали.
Если кодами G54 – G59 была задана какая-либо координатная система, то она будет действовать до тех пор, пока не будет отменена, и введутся другие параметры.
Представляет собой режим резки, при этом автоматически отменяются другие функции.
Задается вращение координат, команда позволяет смещать координатную систему под определенным углом. Плоскость вращения, центр и угол поворота задается командами G17, G18, G19, R. Команда G69 отменяет эту функцию.
Позволяет делать отверстия в изделиях.
Это функция высокоскоростного сверления отверстий.
Используется для нарезания левой резьбы.
G81, G82, G83
Используются для цикла сверления: стандартного, с выдержкой и прерывистого.
G85 – G87
Позволяют осуществлять разные циклы растачивания.
Позволяет установить абсолютные накопители положения.
Задает параметры оборотов, производимых за одну минуту.
Все коды взаимодействуют между собой и образовывают отдельную группу. В системе программы одна функция сменяется другой. Пример кодовой программы можно найти в интернете. Кодовая таблица должна быть в поле зрения во время программирования.
Требования к написанию программы
Программы, которые пишут для станка с ЧПУ на основе использования джи кодов, имеют определенную совершенно четкую структуру, которая состоит из нескольких команд. Все команды для работы со станком объединяются по группам – кадрам. Завершение одного кадра отмечается символом CR/LF, программу заканчивает вспомогательный код М02 или М30.
Если к программе необходимо сделать комментарий, то его размещают в круглых скобках. К примеру, (перемещение к точке начала фрезерования). Комментарий может находиться сразу после кода, но можно также и вынести его в отдельную строку.
Одна и та же команда может повторяться неоднократно, заданное количество раз в определенной последовательности. Программа пишется с помощью основных и вспомогательных функций. Ее считывают токарные и фрезерные станки.
Генерированием кодов для работы за станком на производстве занимаются специальные программы. На каждом предприятии такая система действует отлажено и ее контролирует оператор. При необходимости любую программу можно сгенерировать самостоятельно с помощью специального программного обеспечения, которое можно скачать в интернете.
Никаких специальных знаний для этого не потребуется, достаточно иметь представление о декартовой системе координат, знать физические величины и определения из курса геометрии. В качестве примера можно воспользоваться уже готовой программой. Для работы потребуются таблицы с расшифровкой кодов.
Для создания кода необходимо иметь следующие знания:
На практике такие действия произвести несложно. Для того чтобы понять как устроена система, можно посмотреть пример записи команд, потребуется также вспомогательная таблица с кодами.
Существуют специальные сервисы, позволяющие создавать программы для станков онлайн, их можно генерировать на готовом примере. Никакое дополнительное программное обеспечение устанавливать на компьютер не потребуется. Все, что нужно, это выход в интернет. При программировании требуется особая внимательность, если ошибиться в ведении числового показания, можно повредить деталь или сломать станки. Программы, созданные таким образом, можно использовать на токарных, фрезерных, плазменных станках и обрабатывать самые разные материалы.
Программирование. Основные G-коды
Фрезерные работы на станках с ЧПУ
Разберем синтаксис кадров перемещения режущего инструмента. Будем использовать в качестве основной плоскость XY.
Пример
Зададим текущее положение инструмента X12; Y22 и рассмотрим два случая.
1. Активен G90
G90
G0 X48.5 Y43
Перемещение ускоренного хода произойдет в координату X48.5 и Y43.
2. Активен G91
G91
G0 X48.5 Y43
Перемещение ускоренного хода произойдет на 18,5 мм в положительном направлении оси X и 43 мм в отрицательном направление оси Y, т. е. в координаты X60.5 и Y65.
Процесс резания осуществляется с использованием перемещения по линейной и круговой интерполяции.
1. Используя радиус дуги CR.
2. Используя координаты центра дуги (I, J, K по осям X, Y и Z).
Часто требуется удалить материал снаружи или изнутри контура, сформировав при этом тот или иной элемент. Чтобы не нарушить границы контура, необходимо учитывать радиус инструмента. Другими словами, необходимо, чтобы траектория перемещения оси инструмента была смещена, или эквидистантна, обрабатываемому контуру.
1. Компенсация может быть включена/отключена только при прямолинейном движении.
2. В кадре включения компенсации длина перемещения должна быть больше длины используемой коррекции на радиус инструмента.
Рассмотрим смещения на примере обработки контура квадрата 90 × 90 мм.
1. Начало системы координат в центре.
2. Глубина фрезерования — 5 мм.
3. Обработка будет проводиться фрезой диаметром 10 мм с частотой вращения 10 000 об/мин и подачей 500 мм/мин.
4. Материал заготовки — сплав Д16Т.
Программирование. G1
1. Подвод:
D1
G0 X−51 Y−51
G0 Z−5
2. Компенсация и перемещение линейно в первую точку:
G1 G41 X−45 Y−45 F500
3. Оставшаяся часть:
G1 Y45
G1 X45
G1 Y−45
G1 −45
4. Отвод инструмента и выключение коррекции:
G1 G40 X−51 Y−51
G-коды для станков с ЧПУ: таблица с примерами и обучение
Предлагаем выяснить, как задается траектория движения (и вообще последовательность действий) высокопроизводительного металлообрабатывающего оборудования. Подробно рассмотрим готовые G-коды для ЧПУ: с примерами, обучением оператора и другими нюансами, играющими достаточно важную роль. Максимум полезной информации – от возможных методов и актуальных стандартов до основных и подготовительных функций, от определений и терминов, до причин, по которым обслуживающему персоналу нужно разбираться в вопросе.
Начнем с того, что сегодня они применяются для всех видов оборудования с числовым управлением, как для профессионального и устанавливаемого на максимально ответственных объектах, так и для любительского. В своей совокупности они образуют базовое подмножество языка ISO 7 bit, позволяющего установить и проконтролировать режимы обработки деталей.
Что такое программирование ЧПУ G-кодами
Фактически это задание определенной последовательности команд, определяющих характер движения режущего инструмента и захватных органов, степень фиксации заготовки и другие параметры. По своей роли это ключевая часть технологического обеспечения металлообрабатывающего оборудования, устанавливаемого на современных производствах.
Написанный алгоритм отличается жесткой структурой и представляет собой последовательность кадров – групп из нескольких команд. Каждый такой блок, объединенный общей функцией, обладает порядковым номером и отделен от последующих и предыдущих переводом строки (символ ПС/LF). Это сделано для наглядности листинга.
Что такое G-код ЧПУ
Это система команд, воспринимаемых станками с программным управлением. Была создана еще на заре 60-х годов – ассоциацией EIA (Electronic Industries Alliance), – но до готового к использованию формата (RS274D) ее доработали только в 1980-м году. Позднее, на очередном заседании профильного комитета, ее утвердили в качестве стандарта ISO 6983-1:1982. В Советском Союзе для регламентации ее положений ввели ГОСТ 20999-83, а обозначать ее в технической литературе стали ИСО-7 бит.
С того времени и по сей день широко используется, как самостоятельно, так и в роли базового подмножества для создания сходных языков, постоянно совершенствуется и расширяется.
Методы программирования обработки деталей ДЖИ-кодами для ЧПУ
Существуют 3 принципиально разных варианта – каждый со своими особенностями, плюсами, минусами и спецификой применения. Кратко рассмотрим каждый способ из этой тройки, выделяя основные моменты.
Ручное
Алгоритм функционирования составляется в текстовом формате, в редакторе на удаленном компьютере. После чего переносится технологом в память оборудования – записывается с оптического диска, USB-устройства (раньше для этого также использовались дискеты), а при непосредственном соединении с ПК – через порты интерфейса.
На пульте УЧПУ
В данном случае ввод команд осуществляется с клавиатуры, размещенной на стойке. Каждый кадр (блок) отображается на дисплее, причем постоянные циклы могут быть представлены в виде пиктограмм (по выбору оператора) – для удобства, чтобы сократить листинг. Нюансы зависят от особенностей системы, например, интерфейс HEIDENHAIN или Fanuc диалоговый, поэтому последовательность действий можно задать интуитивным путем.
При помощи CAD/CAM
Наиболее прогрессивным способом справедливо считаются именно САПР, так как они помогают сократить временные затраты и уберечься от ошибок, которые особенно часты при сложных алгоритмах. Но для их эффективного использования нужно внедрить единые для всего производственного цикла электронные решения, что не всегда возможно.
Вручную сегодня вводятся G-коды для токарного станка с ЧПУ, и то тогда, когда нужно выполнить простые задачи, допустим, расточить отверстие или снять металл по двум направлениям, то есть в ситуациях, когда ошибки реально выявить сразу. С пульта можно задать все то же самое и переходы посложнее, с обработкой по 2,5 и 3 координатам. Это очень подходящий выбор для серийного выпуска деталей по шаблону.
После создания эскиза в ADEM, MasterCAM или другой популярной САПР в диалоговом режиме удобно выбирать оборудование, инструменты и дополнительные приспособления, пределы перемещения и степень коррекции. Возможности задания траектории максимально широки, а при современном уровне развития CAD/CAM не составит труда выполнить виртуальную симуляцию техпроцесса, обнаружить сразу заметные ошибки вроде соударений, пропущенных припусков, зарезов, и исключить их.
Почему стоит изучать программирование ЧПУ
Ответ очевиден – чтобы уметь писать оптимальные алгоритмы для выполнения конкретной технологической операции. Просто понимать команды и пользоваться готовыми решениями не всегда удобно – в силу следующих причин:
Стандарты и диалекты G-кода для ЧПУ станка: примеры
Первые шаги по регламентированию совокупности команд предприняла уже упомянутая Ассоциация электронной промышленности (EIA), когда ввела RS-274. Со временем свод правил был дополнен и расширен, превратился в NIST RS-274NGC. Большинство его положений перешли в актуальный сегодня стандарт ISO 7 bit.
Диалекты – это ответвления языка, в рамках которых инженеры дописали свои функции, ориентированные на определенную специфику техпроцессов или помогающие положительно выделиться среди ряда конкурентов.
И так далее – диалектов много, они отличаются между собой уровнями поддержки и отображения, характером макро- и микроопераций, параметрами смещения и форматирования, инкрементными и абсолютными координатами.
Какие бывают G и M коды ЧПУ: описание
Сначала определим, в чем между ними разница. ДЖИ-команды являются основными и подготовительными, ЭМ – вспомогательными (технологическими). Записываются вместе, в строчку (первые – в начале, вторые – в конце) или, другими словами, покадрово – для наглядности листинга. В результате алгоритм представляет собой совокупность символьных блоков – с адресами и числовыми значениями.
В задачи G-группы входит определение линейной или круговой скорости, а также направления движения рабочих инструментов оборудования. Кроме того, они обязаны регламентировать расточку отверстий и нарезание резьбы, управлять координированием и другими особенностями дополнительной аппаратуры.
М-коды программирования ЧПУ призваны дополнять основные, упрощая выполнение алгоритма. На практике их роль сводится к смене лезвий, сверл (или других органов), к вызову и завершению подпрограмм.
Помимо этих двух распространенных семейств, также есть:
Поэтому оператору крайне важно разбираться в разнообразии представленных символов, а умение читать их построчно вообще подразумевается – это необходимое условие для контроля выполнения технологических операций.
Подготовительные G-функции ЧПУ
Могут задавать скорость перемещения ножа (гильотины) или выбор плоскости резания, но в блоке всегда записываются первыми. После обязательной литеры – ДЖИ с символами – идут координаты, представленные в виде числовых значений.
В зависимости от своего назначения они определяют позицию рабочего органа, выполняют переключение, компенсируют диаметр и длину, определяют особенности сверления, расточки, резьбования (полный список соответствия мы приведем ниже). Важно, что при составлении алгоритма, в текстовом формате, они остаются наглядными: при должном опыте чтения листинга оператору не составляет труда понять, что содержит каждая из них.
Расшифровка G-кодов для ЧПУ
Основных функций достаточно много, поэтому подробнее рассмотрим те из них, которые чаще всего применяются на практике, и это:
Конечно, есть и другие, менее применимые, но все равно нужные и используемые. В процессе написания алгоритма инженер объединяет их в группы, заставляя взаимодействовать между собой и/или менять друг друга. От эффективности комбинаций зависит общая рациональность листинга, а значит и производительность выполнения технических операций.
Дополнительные функции и символы при программировании
Планируя последовательность действий сложного и высокоточного оборудования, лучше держать все возможные варианты в поле своего зрения и, при необходимости, сверяться, за что ответственен тот или иной ДЖИ. Поэтому мы и представляем их Вашему вниманию в максимально наглядном виде.
G-code, потерявшийся брат Assembler-а
Про язык управления промышленными CNC-станками и всевозможными любительскими устройствами вроде 3D-принтеров написано очень много статей, но почитать о том, какова идеология этого языка и как она связана с аппаратной реализацией — почти негде. Поскольку моя работа связана непосредственно с программированием станков и автоматизацией производства, я попробую заполнить этот пробел, а также объяснить, почему выбрал такой странный заголовок.
Пару слов о себе, и почему я вообще решил написать об этом. Мои рабочие обязанности заключаются, в том числе, в том, чтобы заставить любой имеющийся в компании станок с ЧПУ делать всё, что он вообще может физически. Компания — небольшая (единицы сотен сотрудников), но в арсенале — вертикальные фрезерные автоматы Haas трех разных поколений, горизонтальные фрезерные автоматы DMG Mori нескольких типов, лазерный резак Mitsubishi, токарные автоматы Citizen Cincom и куча всего еще. И весь этот зоопарк управляется программами на G-code. Изучая разные реализации этого языка, я понял, что то, что пишут в учебниках и книгах по нему — не всегда является правдой. В то же время, мне стали понятны многие аналогии между этим языком и Assembler-ом, который я изучал когда-то в институте, и на котором практически ничего серьезного никогда не написал.
Предупреждая возможные возражения, сразу скажу, что статья не предполагается как руководство по программированию, это обзор особенностей и странностей языка, а также среды в которой он выполняется.
Базовый синтаксис
Если вы хоть раз видели программу на G-code, то знаете, что это последовательность строк, которые состоят из буквенных кодов, за которыми следуют некие числа. Эти буквенные коды называются «адрес». Причина такого термина очень проста: в первых контроллерах станков программа выполнялась путем записи значений в ячейки памяти, которым были даны буквенные имена. Исполнительные устройства, в свою очередь, читали значения по этим адресам и делали то, что от них требуется. Когда мне приходится обучать операторов, я объясняю им, что контроллер, на самом деле, можно условно поделить на две части: ту, что отвечает за интерфейс с пользователем, и ту, что отвечает за работу механизмов. Они часто и физически разнесены по разным платам. А общение между ними происходит все еще через ограниченный набор этих самых ячеек памяти. Другой вопрос, что со временем, к именованным адресам, которые обозначаются буквами латинского алфавита, добавились еще численные адреса (начинающиеся с символа #), через которые осуществляется доступ к портам ввода-вывода, настройкам, специальным возможностям, и так далее.
Традиционно, когда описывают синтаксис G-code, говорят, что любая команда в программе начинается с буквы G для «подготовительных» кодов и M — для дополнительных, что номер строки начинается с буквы N, а номер программы или подпрограммы — с буквы O. Это, в принципе, правда, но не вся и не всегда.
Ветвление и циклы
Подпрограммы
Указатели, переменные, регистры
Хотя G- и M-коды контроллеров — довольно большая тема, переменные — еще более обширная и сложная история. Дело в том, что «железо» станков управляется огромным количеством переменных, напоминающих по принципу их работы регистры процессоров. Доступ к этим регистрам в каких-то случаях возможен по предопределенным буквенным именам, в каких-то — по номерам, в каких-то — по назначенным буквенно-цифровым именам. При этом, свойства, назначение и поведение этих переменных могут быть совершенно разными.
Если вы хоть раз видели программу на G-code для промышленного станка, вы, возможно, заметили, что в начале самой программы, а иногда — в начале каждого фрагмента или подпрограммы, отвечающей за один инструмент или один элемент детали, есть длинная строка кодов, которые вроде бы ничего не делают. Это так называемая safe line. Она нужна, потому что станок помнит свое состояние. Например, содержимое какого-то регистра может сохраняться даже после выключения и включения станка, потому абсолютно всегда имеет смысл в явном виде устанавливать желаемое состояние перед совершением каких-то операций. Это напоминает то, как в web-разработке используются Reset.css и Normalize.css. Иначе, это правило для программистов звучит как «никогда не предполагай, что станок находится в определенном состоянии, если ты его в это состояние не привел». Пренебрежение этим может стоить дорого, включая капитальный ремонт станка. При этом, наиболее надежной практикой считается именно приведение станка в искомое состояние, а не проверка, находится ли он в нем. Почему? Потому что приведение, как правило, делается одной безусловной командой, а проверка требует условного ветвления.
Причина, почему я упомянул переменные и регистры вместе — то, что многие контроллеры станков имеют одно общее «пространство адресации» ячеек памяти, которые не только выполняют разную функцию, но и «живут» в совершенно разных аппаратных частях контроллера. В одно и то же пространство отображаются такие разные группы ячеек, как действующая страница стека локальных переменных, глобальные общедоступные переменные, глобальные общедоступные энергонезависимые переменные, выделенные регистры хранения координат перемещения, значения датчиков, порты управления состоянием реле внешнего оборудования, порты ввода состояния внешнего оборудования, состояние аварийной остановки, порты выделенного назначения для устройства смены оснастки, переменные калибровочных данных устройств автоматического измерения длины инструмента и положения/размера деталей, положение рабочих систем координат относительно глобальной системы координат станка, типы, геометрия и время жизни (в секундах или циклах) инструмента. Соответственно, множество разных действий могут выполняться простой записью в ту или иную переменную.
Приведение типов
Об обучении
Программированию станков с ЧПУ учат очень разными путями и с разными задачами. В одном случае, речь просто о том, чтобы научить пользоваться CAD/CAM, чтобы программист был в состоянии превратить модель (чертёж) в код, исполняемый на том или ином станке, изготавливающий деталь по модели. Это напоминает процесс обучения программированию «общего назначения» в ВУЗе, где вопросы исполнения кода, аппаратной архитектуры и написания кода на Ассемблере рассматриваются очень поверхностно. В других, заметно более редких случаях, процесс более всего напоминает обучение системному программированию, а примеры исполнения кода на конкретной архитектуре входят в него, как неотъемлемая часть. Поскольку я когда-то учился цифровой электронике, и программирование железа на низком уровне было частью этого, пусть и в довольно скромном объеме, второй вариант лично мне как-то ближе, и именно так я старался преподавать это сам, когда у меня была такая возможность.
Я вполне допускаю, что некоторые аналогии в статье могут показаться кому-то натянутыми, но я и не претендую на их точность. Речь, скорее, о сходстве «духа» упомянутых выше языков, о том, что опыт «ассемблерного мышления» может довольно сильно способствовать глубокому пониманию G-code, тогда как опыт программирования только на языках высокого уровня, отделенных от аппаратной реализации, может вызвать недоумение и даже некоторую неприязнь у того, у кого вдруг возникнет необходимость писать вручную для станков с ЧПУ.