Язык программирования чпу: Как программируют станки с ЧПУ на заводах — Журнал «Код»

Как программируют станки с ЧПУ на заводах — Журнал «Код»

Программисты востребованы везде, даже на производстве. Дело в том, что изготавливать каждую деталь вручную долго, поэтому нужна автоматизация. А где автоматизация, там программы и алгоритмы. Сегодня покажем вам направление в ИТ, о котором мы ещё не говорили: программирование станков с ЧПУ.

Токарный станок с ЧПУ, который вытачивает детали из металла.

Что такое станки с ЧПУ

Чтобы понять, что такое станок с ЧПУ, нужно сначала понять, что такое обычный станок, например токарный. У тебя есть некая металлическая заготовка, например цилиндр. Ты закрепляешь его на станке. Место закрепления начинает вращаться (это место называют шпинделем), вместе с ним вращается закреплённая заготовка, а токарь с помощью специального резца может вырезать из заготовки деталь нужного размера и формы. Пока что всё вручную. 

Теперь берём этот же станок, но делаем так, чтобы резцы ездили сами в разных плоскостях. Вешаем всевозможные датчики — скорости вращения, температуры и нажима. И делаем так, чтобы деталь вытачивал не токарь, а сам станок. 

Чтобы управлять таким автоматическим станком, нужен некий управляющий модуль — который заставит заготовку вращаться, а резцы ездить в нужные стороны. Вот этот блок и называют блоком ЧПУ — числового программного управления. 

Каждый блок ЧПУ соединён со всеми основными частями станка, чтобы ими можно было управлять или контролировать их состояние. Например, в токарном станке ЧПУ будет следить:

• за скоростью вращения заготовки,
• направлением вращения,
• положением резцов,
• температурой режущей кромки,
• температурой детали,
• силой нажима резца на деталь,
• перемещениями резцов и направляющих.

Блоки ЧПУ нужны для того, чтобы автоматизировать работу станка. Ты программируешь, что куда должно ездить и как вращаться, а станок это исполняет. 

Что на производстве можно запрограммировать

Запрограммировать можно всё, в чём есть блок ЧПУ — хоть станок для работы по дереву, хоть установку для лазерной резки, хоть манипулятор с точечной сваркой. Главное, чтобы нужные части производственного агрегата были снабжены приводами и датчиками.

Привод — это то, что заставляет что-либо двигаться. Например, чтобы сделать роборуку, н​​ужно 5–6 приводов, которые будут приводить в движения сочленения роборуки. Приводу можно сказать: «Разогнись на столько-то градусов» или «Повернись так-то», и он будет приводить в движение то, что к нему присоединено. 

Датчик — это штука, которая собирает какие-то данные. Например, скорость вращения, температуру, нажим, угол сгиба. Благодаря датчикам можно сказать: «разгибай привод такой-то, пока не почувствуешь датчиком нажима такую-то силу нажима». 

Как пишутся программы для ЧПУ

Есть два варианта: автоматически создать программу из макета детали или написать её с нуля.

Чаще всего используют первый вариант — сначала рисуют в деталь в 3D (для этого есть специальный софт), а потом программа сама формирует нужный код для станка, чтобы получилась нарисованная деталь. Минус такого подхода в том, что код может получиться неоптимальным: будет выполняться слишком долго или в процессе получается много отходов.

Как работает 3D-принтер

Трёхмерная модель детали, на основе которой будет сгенерирован код для станка.

Второй подход — написать программу вручную с нуля. Для этого нужно идеально знать все параметры станка и возможные состояния каждого датчика. Это сложнее, зато даёт больший контроль над тем, как изготавливается деталь.

На практике обычно делают так: рисуют трёхмерную модель, выгружают на основе неё код для ЧПУ, а потом дорабатывают его, если требуется.

Программа сгенерировала код для станка, который можно сразу поправить, если нужно.

На чём пишут такие программы

Код для станков с ЧПУ пишут на языке программирования G-code. Это относительно общий стандарт для всех станков с ЧПУ, но детали, коды и последовательности у разных производителей отличаются. Проще говоря, нельзя просто так перенести программу со станка одной фирмы и запустить на станке другой фирмы — команды могут не совпасть.

Язык G-code так называется потому, что в нём почти все команды начинаются с буквы G, за которой идут числа — команды для станка. Ещё есть буква M — она используется для обозначения дополнительных кодов и O — для подпрограмм. Но это деление условно и может меняться у каждого производителя станков.

Как выглядит программа для ЧПУ

Если мы заглянем в код, то увидим такое:

N1 G17 G20 G34 G40
N2 T1 M16
N3 S8600 M2
N4 G54
N5 M8
…

N-код отвечает за номер строки — они могут пригодиться, если нам нужно перепрыгнуть на какую-то определённую строку или пропустить часть команд. M отвечают за детали, например, команда N3 S8600 M2 означает, что нужно раскрутить рабочий шпиндель (за него отвечает M2) до скорости 8600 оборотов в минуту (команда S8600).

Так команда за командой станок выполняет определённые действия, и на выходе получается нужная нам деталь. 

Особенность программирования станков

В отличие от компьютера, где для каждой программы и переменной выделяется новый и пустой участок памяти, в станках всё по-другому. Дело в том, что программа в момент запуска не знает, в каком положении находятся резцы, закреплены ли направляющие и так далее. Если просто запустить программу без подготовки, ЧПУ, например, может подвинуть ещё левее резец, который и так находится в самом левом положении, и тогда может сломаться привод или крепление резца.

Чтобы такого не было, перед каждым запуском в программу встраивают команды обнуления и инициализации, чтобы каждый элемент вернуть в исходное положение. Это лучше, чем просто проверить, что где находится — после обнуления мы точно будем знать, что все элементы станка находятся в известной нам позиции и программа сможет с ними правильно работать.

Также важно понимать, что станки работают с живым материалом: металлом, деревом, акрилом, камнем и т. д. Материал несовершенен, может иметь внутренние дефекты, может плавиться и трескаться. Резцы и шпиндели тоже сделаны из каких-то материалов, у которых есть пороги нагрева, прочности и скорости. Если в компьютерном коде ошибиться и вызвать переполнение памяти, то компьютер просто зависнет. Ты его перезагрузишь, и всё. А у станка можно сломать резец или повредить шпиндель. А стоит это хозяйство будь здоров. 

Получается, это такое же программирование и алгоритмы, как и на других языках?

Независимо от того, программируем ли мы сервер или станки на заводе, в основе всего лежат алгоритмы: логика работы, переменные, циклы, подпрограммы и проверки условий. Поэтому если вы знаете, как устроены алгоритмы и можете программировать на любом языке программирования, то и освоить программирование для ЧПУ будет намного проще.

Главное — не перегрейте резец.

Текст:

Михаил Полянин

Редактор:

Максим Ильяхов

Художник:

Алексей Сухов

Корректор:

Ирина Михеева

Вёрстка:

Кирилл Климентьев

Соцсети:

Виталий Вебер

Язык программирования ЧПУ — Программирование станков с ЧПУ

За всю историю существования оборудования с Числовым Программным Управлением, начиная с первых представителей и заканчивая самыми инновационными моделями, появлялись различные языковые системы программирования для осуществления обрабатывания материала. На данный момент самым распространенным видом являются программы с G и M кодами. Программирование в этих языковых системах производится в соответствии с прерогативой ISO (Международной Организации Стандартизации), а также EIA (Ассоциация Электронной Промышленности). Эти каноны являются стандартными для производителей всего мира. Напоминает функционирование российского ГОСТа. Этот языковой вариант применяют в качестве стандартного языка американские и европейские производители обрабатывающего оборудования. Его второе название: «ИСО 7 бит». Но при производстве станков с ЧПУ часто допускается отступление от шаблонов для описания возможных действие, если подразумевается применение особых возможностей и функций.

Японские станки с Числовым Программным Управлением компании Fanuc первыми были настроены на соответствие G и M кодами стандарта ISO. Они применили этот стандарт наиболее широко и основательно. Сейчас стойки ЧПУ Fanuc очень востребованы в нашей стране и во всём мире. Поэтому мы рассмотрим именно этот стиль языковой программирования. Другие изготовители, к примеру, Sinumerik или Heidenhain, адоптированы к работе с этими языками, однако некоторые коды немного различаются. На самом деле это не проблема. Программисту необязательно знать все используемые коды, Главное иметь понятие о базовом кодировании. Если возникнет надобность в программировании особенной функции, всегда можно заглянуть в документацию, прилагающуюся к любой системе. Там указывается набор кодов, которые могут понадобиться в соответствии с возможностями станка. Если знать стиль работы по программе Fanuc, то можно осилить практически любое оборудование с ЧПУ.

У некоторых производителей обрабатывающих станков с Числовым Программным Управлением существует возможность использовать диалоговый язык для создания программ. Работать с ним гораздо удобней. В его основе лежат предложения и словосочетания на английском языке, перечень стандартных вопросов, сокращений, графическое оформление, которое осуществляется в интерактивном режиме. Особенно актуально это для молодых неопытных программистов, которые только начинают постигать науку общения с оборудованием такого типа.



SprutCAM Практик бесплатно на год при покупке станка с ЧПУ

Написать инженеру

Поделиться:

Новости

Форматно-раскроечный станок WoodTec PS 45S PRO

Подробнее

Форматно-раскроечный станок WoodTec K 45САР

Подробнее

Статьи

Всё о лазерных станках ЧПУ

Всё о фрезерных станках ЧПУ

Лазерная обработка

Фрезерная обработка

Системы станка ЧПУ

Ремонт лазерных станков

Программирование станков с ЧПУ

NC Studio

Оборудование компании

Изделия на ЧПУ станках

Санитарные нормы на производстве

Какой язык кодирования используется на станках с ЧПУ?

Перейти к содержимому

• 27 сентября 2022 г.
• Мишель Немет
• Опубликовано в Обработка

Для тех, кто задается вопросом, должны ли они управлять своими станками с ЧПУ с помощью написанного от руки кода или с помощью кода, сгенерированного CAM, первое, что нужно сделать, это узнать все об этом языке кодирования. Понимание того, что это такое, как оно сделано и как его читать, облегчит принятие решения.

Обработка с ЧПУ 101

Генерация G-кода может выполняться вручную или с помощью программного обеспечения CAM. От идеи до завершения обычно идет этот путь:

Программное обеспечение CAD или программист создает 3D-модель в программном обеспечении CAM ИЛИ программист интерпретирует модель CAD, оптимизирует и применяет траектории, а также пишет G-код для станка с ЧПУ à ЧПУ использует G-код для направления резки.

Подавляющее большинство магазинов отказались от ручного написания G-кода. В наши дни большая часть производства автоматизирована компьютерами с помощью программного обеспечения CAD/CAM, что ускоряет процесс и устраняет большую часть возможности человеческой ошибки. Взглянув на то, что на самом деле представляет собой G-код, вы поймете, почему.

Что такое G-код?

Проще говоря, G-код

— это язык, который понимают станки с ЧПУ. В этой части мы называем весь этот язык G-кодом, хотя его можно разбить на более мелкие части в зависимости от функции: G, M, F, S и T. Каждая буква различает разные команды для процесса обработки:

• G: движение машины
• M: разные действия машины
• F: подачи
• S: скорости (относительно шпинделя)
• T: инструменты

За этой буквой будет следовать число, соответствующее определенной команде. Например, S400 будет означать «400 оборотов шпинделя в минуту», а M06 будет сигнализировать о смене инструмента. Наиболее важными командами обычно являются G-команды. Вы можете найти наиболее часто используемые G-команды здесь: G-Code Tutor.

Строки кода организованы в блоки, помеченные буквой N, а затем числом (обычно четным) для их подсчета. Каждый блок соответствует одной операции обработки. Например, если вы ищете конкретную черновую операцию, зная, что ее метка — N14, вы сэкономите время на беглом просмотре кода. Для большинства частей потребуются тысячи строк кода, поэтому понимание системы маркировки имеет решающее значение.

Почему важно знать G-код?

Вы уже знаете, что понимание того, как G-код маркируется в блоках, может быть полезным при поиске операций. Это также может помочь упростить и прояснить строки кода. Программисты, умеющие «говорить» на G-коде, могут вставлять комментарии в код, не влияя на то, как машина его читает. Эти комментарии могут помочь определить движение, пометить координаты или даже дать напоминания. Чтобы добавить комментарий между двумя командами, используйте круглые скобки. Чтобы добавить единицу в конце строки, используйте точку с запятой.

Даже машинистам, которые вообще не будут менять код, полезно его понять. Таким образом, каждый член команды может помочь устранить неполадки и оптимизировать обработку. Возможность просматривать и быстро находить определенные блоки жизненно важна, когда время имеет решающее значение, особенно для деталей с более длительными или более сложными процессами обработки.

Попробуйте Mastercam сами

Попробуйте Mastercam с нашей бесплатной демо-версией Learning Edition. Вы можете скачать здесь.

G Code CNC Basic Programming: Mastering CNC Machines

Время чтения: 6 мин

M06? G54? С1000? Эти цифры вам что-нибудь говорят? Знание наиболее распространенных команд в вашем G-коде может не стоять на первом месте в вашем списке приоритетов, но может помочь вам понять, что делает ваша машина. Станки с ЧПУ действительно хорошо делают именно то, что им говорят. ваша работа состоит в том, чтобы убедиться, что вы говорите ему делать правильные вещи — и трудно эффективно общаться с машиной, если вы не говорите на ее языке.

Что такое G-код?

G-код — это простой язык программирования для станков с ЧПУ. Он состоит из строк кода, организованных в блоки. Каждый блок управляет одной операцией обработки с ЧПУ, например, операцией резки определенным инструментом. Каждая строка в блоке помечена буквой N и номером. Эти номера строк обычно являются четными (N2, N4, N6 и т. д.).

Программы G-кода загружаются в станок с ЧПУ для управления операциями обработки

Поскольку компьютеры стали меньше, дешевле в использовании и стали более доступными, G-код был создан с использованием CAM или автоматизированного производства. Программа CAM принимает вашу 3D-модель CAD, выбранные инструменты и некоторую другую информацию в качестве входных данных. Затем он оптимизирует пути инструментов и выдает G-код, чтобы сообщить станку с ЧПУ, что делать. Можно написать программы G-кода вручную (я написал короткую программу в аспирантуре!), но для сложных операций обработки, требующих десятков тысяч строк кода, если вы не перфекционист мазохист, вы, наверное, не хотите.

Даже если вы не пишете блоки кода вручную, вы можете добавлять комментарии к строкам кода, которые могут быть полезны для самостоятельной идентификации операции. Это не обязательно практично, если у вас длинная программа, но может быть полезным дополнением в начале каждой программы для отслеживания проекта или версии. Чтобы добавить комментарий в середине строки между двумя командами, просто используйте круглые скобки. Например: 

G0 X8 (координата x) Y13 (координата y).

Вы также можете добавлять комментарии в конце строк, используя точку с запятой: 

S100 F200; установить скорость и подачу

Почему важно знать G-код?

Если я что-то знаю об инженерах (а я определенно знаю, потому что я один), так это то, что нам нравится понимать, как все работает. G-код — это язык, который говорит станку с ЧПУ, что делать, поэтому понимание этого языка необходимо, чтобы действительно понять, как работает станок с ЧПУ.

Кроме того, если вам когда-нибудь понадобится поговорить с программистом, оператором или механиком, с которым вы работаете, полезно знать, о чем вы говорите. Точно так же, когда при обсуждении вопроса они начинают говорить о программе CAM, вы не увязнете в попытках понять, что они говорят.

А когда вы столкнетесь с проблемами при работе со станком с ЧПУ, полезно иметь возможность проверить программу на наличие ошибок. Или, если машина делает что-то неожиданное, у вас больше шансов правильно проанализировать проблему.

Наконец, когда вы хорошо понимаете, как работает ваш станок с ЧПУ, вы можете проектировать свои детали для более эффективной обработки. Благодаря меньшему количеству операций, настроек и сложной геометрии вы можете сэкономить время и деньги.

Каковы критически важные команды G-кода?

Каждая команда G-кода представляет собой комбинацию букв и цифр, и в языке используется 5 основных букв. Каждая буква соответствует разному типу действия, которое должна выполнить машина. Это буквы, которые вам нужно знать::

• M: коды действий станка
• G: коды движения
• F: управление подачей
• S: скорость шпинделя
• T: операции с инструментом

Каждая из этих букв сочетается с числом для создания фактической команды. Вот список наиболее распространенных и важных команд:

М-команды

М-команды управляют станком, выполняя такие действия, как запуск или остановка шпинделя или запуск смены инструмента.

M00: остановка программы

M02: конец программы

M03: шпиндель вкл., вращение по часовой стрелке

M04: шпиндель вкл., вращение против часовой стрелки

M05: остановка шпинделя

M06: смена инструмента выкл.

M30: конец программы, режимы перемотки и сброса

G-команды

G-команды подготавливают машину к движению определенным образом. Они обычно сопровождаются координатами, поэтому машина также знает, куда двигаться. Есть также некоторые G-команды, которые используются в начале программы в качестве «безопасных» настроек, чтобы убедиться, что станок с ЧПУ находится в правильном режиме.

Команды перемещения

G0: быстрое перемещение

Быстрое перемещение используется для перемещения к новым координатам для начала резки или для возврата к карусели инструментов для смены инструмента. Эта команда используется только тогда, когда инструмент НЕ касается детали.

G01: управляемое движение

Эта команда используется для операций резания, когда также указывается скорость подачи.

G02: движение по часовой стрелке

Движение по часовой стрелке для изогнутых траекторий. Для этого режима требуются конечные координаты, а также расстояние до центральной точки дуги в обоих направлениях X и Y. Команда I — это расстояние по оси X до центральной точки, а команда J — это расстояние по оси Y до центральной точки. Начальная точка дуги — это положение машины при запуске G2, поэтому вам может потребоваться сначала переместить машину в правильное начальное положение.

Пример: G02 X10 Y7 I0 J-5

G02 подготавливает станок к управляемому движению по часовой стрелке

G03: движение против часовой стрелки

Эта команда создает дугу между двумя точками так же, как G2, но в направлении против часовой стрелки.

Команды безопасности

G17, G18, G19: рабочая плоскость

G17 устанавливает плоскость x/y как плоскость для обработки. G18 задает плоскость z/x, а G19 задает плоскость y/z.

G20/21: единицы измерения

G20 устанавливает единицы измерения в дюймы, а G21 устанавливает единицы измерения в миллиметры. Это ДОЛЖНО соответствовать вашей модели САПР!

G28: исходное положение

G28 отправляет станок непосредственно в исходное положение. Машина поедет прямо туда (возможно, по пути наткнувшись на вашу часть). Укажите промежуточную точку, и вы сможете убедиться, что машина ни во что не врежется по пути домой. Этой точкой может быть только одна координата, например Z0, или полностью определенная, например X0 Y0 Z0.

G90/G91

Эти команды управляют режимом, в котором машина интерпретирует координаты. G90 переводит станок с ЧПУ в абсолютный режим, что означает, что он перейдет к позиции X10 Y10, например, из любого другого места. И наоборот, G91 указывает машине работать в инкрементальном или относительном режиме. Это означает, что машина переместится на 10 единиц по оси X и на 10 единиц по оси Y для одной и той же команды X10 Y10.

T: Операции с инструментами

T указывает номер инструмента, на который следует перейти, вместе с командой M06 (смена инструмента). При настройке станка с ЧПУ каждому инструменту присваивается номер.

Эти инструменты готовы к загрузке в станок с ЧПУ и маркированы для операций обработки

S: Скорость шпинделя

Устанавливает скорость шпинделя на число, непосредственно следующее за буквой S. Например, S500 означает 500 оборотов в минуту (в типичных единицах измерения).

F: Скорость подачи

F управляет скоростью перемещения станка при реализации режимов движения G к заданным координатам.