Bevezetés a G-kódba és az M-kódba CNC-ben és 3D nyomtatásban

Ha együtt dolgozol CNC gépek vagy 3D nyomtatókElőbb vagy utóbb találkozni fogunk a híres G-kóddal és elválaszthatatlan társával, az M-kóddal. Sokaknak úgy hangzik, mint egy marsi nyelv, de valójában ezek egyszerűen csak rendkívül strukturált utasítások, amelyeket a gép tökéletesen megért. Annak megértése, hogy mit mondanak, és hogyan kombinálódnak, kulcsfontosságú ahhoz, hogy ne „vakon” dolgozzunk, és valódi kontrollt gyakoroljunk a megmunkálás vagy a nyomtatás felett.

Gondolj a gépedre, bármilyen drága vagy modern is legyen, egészen „egyszerűnek”: csak azt tudja, X, Y, Z koordinátákra mozgatás, orsó forgatása vagy anyag kihúzása amikor kiadod a parancsot. Minden mást G-kód és M-kód kezel. Ebben a cikkben nyugodtan lebontjuk, hogy mik ezek, hogyan keletkeztek, miben különböznek, hogyan használják őket ma CAD/CAM-mal és szeletelőkben, milyen tipikus hibákat okoznak, sőt, bonyolultabb programokra is példákat mutatunk be, mind CNC esztergákhoz, mind 3D nyomtatáshoz.

Mi a CNC megmunkálás, és miért támaszkodik annyira a G-kódra és az M-kódra?

A CNC megmunkálás lényegében a következők használatát jelenti: számítógépes numerikus vezérlésű gépek (Esztergák, marógépek, megmunkálóközpontok stb.) olyan alkatrészek gyártására szolgálnak, amelyek olyan pontossággal készülnek, amelyet manuálisan és ismételten lehetetlen lenne elérni. A numerikus vezérlés meghatározza a pozíciókat, a sebességeket és a pályákat; a gép engedelmeskedik.

Előnyei közül az egyik kiemelkedik rendkívül nagy pontosság, hatékonyság az anyagleválasztásban, a nagyon összetett geometriákkal való munka lehetősége és a brutális ismételhetőség: ha a program jól van elkészítve, 10 vagy 10 000 gyakorlatilag azonos darabot lehet előállítani.

Mielőtt a ma ismert számítógépek megjelentek volna, a mozdonyvezetők lyukkártyák vagy lyukszalagok az utasítások kódolásához. A lyukak helyes sorrendben történő kilyukasztása lassú és törékeny folyamat volt: ha a kártya megsérült vagy elveszett, a munka tönkrement, és a gyártás leállt.

A numerikus vezérlés és az első számítógépek megjelenésével az operátorok elkezdték bevezetni kódsorok manuálisEz előrelépés volt, de a sok műveletet igénylő összetett alkatrészek esetében rendkívül unalmassá vált, és hajlamos volt a gépelési vagy számítási hibákra.

Ma már egészen más a helyzet: CAD szoftvert használunk a tervezéshez, és CAM programokat a szerszámpályák automatikus generálásához. Maga a CAM állítja elő a G-kód és M-kód fájlok készen áll a gép futtatására. Ez nem jelenti azt, hogy a belső tartalom megértése nem létfontosságú az áttekintéshez, optimalizáláshoz, javításhoz és szükség esetén a kézi programozáshoz.

Hogyan vezérli a CNC programozás a gépeket

Egy tipikus munkafolyamatban a programozó előkészíti a megmunkálási környezetet a CAM-ban: alkatrészmodell, pofa- vagy szerszámmodell, szerszámkiválasztás és szerszámpályákat minden művelethez (nagyolás, simítás, fúrás, menetfúrás stb.). Mindezek alapján a szoftver létrehozza a CNC programot, amely utasításblokkokból áll.

Minden blokk általában egy sornyi szöveg, egy G-kód, opcionálisan egy M-kód és különféle paramétereket: X, Y, Z koordinátákat, sugarakat, előtolásokat (F), orsófordulatszámot (S), szerszámok számát (T) stb. A vezérlés ezeket a mondatokat szekvenciális sorrendben értelmezi, és a leírtak szerint mozgatja a gépet vagy változtatja meg az állapotát.

A gyakorlatban a program általában mozgásutasításokat (G-kód) és segédfunkciókat (M-kód) kombinál néhány további funkcióval. parancsok További karaktereket, például F, S, T vagy N-t használunk az egyenesek számozására. A logika a következő: A G-kód határozza meg, hogy "hogyan" mozog a gépAz M-kód határozza meg, hogy a gép "mit" csináljon funkciók tekintetében. hardver.

Bár a CAM sok munkát megspórol, ha az alkatrész kifinomult, utófeldolgozásra lehet szükség. ciklusok, kompenzációk és előrehaladás manuális áttekintése vagy biztonsági szekvenciák. Komplex projektekben nem ritka, hogy a kód generálása, módosítása és validálása napokig vagy akár hetekig is eltarthat.

Mi a G-kód a CNC-ben és a 3D nyomtatásban?

A G-kód, más néven RS-274 vagy ISO-kód, a szabványos nyelv programozás geometriai CNC gépekről (Gépi kód és bájtkód közötti különbségekA „G” pontosan a „geometria” szóból származik: azt írja le, hogyan és milyen paraméterekkel kell a gépnek mozognia a térben.

A hagyományos CNC-kben (esztergagépek, marógépek, lézerek stb.) a G-kód jelzi pályák, munkasíkok, előtolási sebességek és egyéb, a szerszám munkadarabhoz viszonyított mozgásával kapcsolatos információk. 3D nyomtatásban pontosan ugyanezt teszi, de a nyomtató tengelyeire és az extruderre alkalmazva.

Egy tipikus G-kódos parancs G betűvel kezdődik, amelyet egy szám követ, például G00, G01, G02, G03, G17stb. Minden kombinációnak nagyon specifikus jelentése van. A sor gyakran több paramétert is tartalmaz, például X, Y, Z, R, F, S vagy E (az extruder 3D nyomtatásában).

Bár léteznek szabványok (ISO 6983, DIN 66025, Siemens dialektusok, FANUC, Haas, többek között), minden vezérlés képes bővítmények vagy variációk hozzáadásaEzenkívül bizonyos formázási részletek a gyártók között változnak: például az egyik gép elfogadhatja a G3-at, míg egy másik G03-at igényelhet, vagy bizonyos nullák és szóközök elhagyását engedélyezheti.

Minden esetben az alapötlet ugyanaz: blokkok sorozata, amelyek sorrendben végrehajtva Ezek alkotják a teljes szerszámpályát és így a nyomtatott darab vagy tárgy végső alakját.

Betűk és gyakori paraméterek a G-kódban

A G betű mellett a nyelv más betűket is használ a jelzésre fontos paraméterekA klasszikus CNC megmunkálásban többek között a következőket találjuk:

• X ÉS ZA szerszámot vagy munkadarabot három dimenzióban pozicionáló derékszögű koordináták. Az X és Y általában a vízszintes síkot, a Z a mélységet vagy a magasságot jelöli.
• A: forgás vagy centrifugálás az X tengely körül (többtengelyes gépeken).
• R: egy ív sugara körinterpoláció végrehajtásakor.
• Én, J.: a körinterpolációk ívközéppontjának inkrementális komponensei.
• N: programsor vagy blokkszám.
• F: előtolás, azaz a forgácsolási vagy elmozdulási sebesség a megmunkálási műveletek során.
• S: orsófordulatszám, percenkénti fordulatszámban.
• T: az M06-hoz hasonló utasításokkal együtt használható eszköz.

Az FFF/FDM 3D nyomtatásban a betű is nagyon gyakran megjelenik. E az extrudált szál mennyiségét jelzi, valamint a G0/G1 pozicionálási parancsokkal az X, Y és Z tengelyeken.

Fő G-kódok a CNC megmunkálásban

Néhány leggyakoribb G-kódok A CNC marógépek és esztergagépek specifikációi a következők:

• G00 – Gyors pozicionálás: Mozgassa a szerszámot a lehető leggyorsabban egy megadott koordinátára, anélkül, hogy szándékában állna megmunkálni. Ezt olyan megközelítéseknél és visszavonulásoknál használják, ahol az egyetlen fontos szempont a gyors és ütközésmentes megérkezés.
• G01 – Lineáris interpoláció: Egyenes vonalú mozgást parancsol két pont között, megadott F előtolással. Ez a klasszikus parancs egyenes vágásokhoz és kontúrmegmunkáláshoz.
• G02 – Körforgásos időinterpoláció: Rajzoljon íveket vagy köröket az óramutató járásával megegyező irányban, általában X, Y (vagy X, Z / Y, Z az aktív síktól függően) koordinátákkal és egy R sugárral vagy egy I, J középponttal.
• G03 – Óramutató járásával ellentétes körinterpoláció: Ugyanaz, mint a G02, de fordított sorrendben, nagyon hasznos körök, körhornyok vagy ívelt zsebek profilalkotásához.
• G04 – Szünet vagy tartózkodás: Ez a művelet egy meghatározott időre leállítja a gépet. Ez lehetővé teszi az orsó stabilizálódását, a szerszám lehűlését vagy a hűtőfolyadék kifejtését.
• G17, G18, G19 – Síkválasztás: A G17 az XY síkot, a G18 az XZ síkot, a G19 pedig az YZ síkot aktiválja, ami elengedhetetlen többtengelyes módban történő munkavégzéshez vagy a standard síkon kívüli ívek interpolálásához.
• G21 / G20: Ezek határozzák meg a mértékegységrendszert, általában G21 a millimétert és G20 a hüvelyket jelöli.
• G43 – Szerszámhossz-kompenzáció: Figyelembe veszi, hogy minden szerszámnak eltérő a hossza, és a megfelelő korrekciót alkalmazza, hogy a tényleges megmunkálási mélység a kívánt legyen.

Az esztergáknál is gyakoriak a specifikus kódok, például G71 hosszirányú nagyoló ciklusokhoz, G70 profilsimításhoz, vagy G76 ciklikus menetvágáshoz, amelyek lehetővé teszik egy kontúr meghatározását, és a vezérlő automatikusan generálja a köztes fogások híres "létráját".

Speciális példa a G-kódra CNC esztergán

Hogy lássuk ezen ciklusok valódi potenciálját, vegyünk egy tipikus forgatókönyvet: egy hengeres blokkal kezdünk, és azt akarjuk, hogy nagy mennyiségű anyag nagyolása kevés vonallal, némi felesleges anyagot hagyva a simító menethez, és menettel befejezve.

Egy esztergálási programban kezdhetjük a kezdeti anyagméret meghatározásával egy szabványos utasítással a szimulátorban, a program azonosításával egy számmal, például O0001-gyel, a metrikus rendszer kiválasztásával a G21 paranccsal, és a fordulatonkénti előtolás módjának beállításával a G99 paranccsal.

Ezután szerszámcserét rendelnek el valami ilyesmivel M06 T0101 (1. szerszám az 1. eltolással), az orsófordulatszámokat G97 módban (állandó fordulatszám) határozzák meg az S1800 M03 paranccsal az óramutató járásával megegyező irányú forgáshoz, és G00 paranccsal gyorsan a munkadarab közelébe pozicionálják (például X26 Z2).

Ezután a G01 használatával szembenézni a téglával áthaladva a középponton (X-1 F.05), térjen vissza a biztonságos pozícióba, és adja meg a híres G71 nagyoló ciklust. Ez a ciklus két sorban van definiálva, megadva a kontúr forgácsolási mélységét U, a visszahúzást R, a kezdő mondatot P és a záró mondatot Q, az U és W ráhagyásokat, valamint az F előtolást.

Az N1 és N2 közötti kontúrvonalakat például az alábbiakban ismertetjük: X0-ig felfelé irányuló marás, Z-irányú előtolás, adott sugarú G03 ív, hengeresztergálás és kúpesztergálás. A lényeg az, hogy a profil monoton növekvő vagy csökkenő átmérőben, hogy a ciklus megfelelően működjön.

Miután a G71-gyel végzett nagyolás befejeződött, egy G70 P1 Q2 parancs kerül indításra, így a finomsebességgel és előtolással végezd el az utolsó simításokat ugyanazt a kontúrt követve. Ezután a kocsit referenciára küldheti a G28 U0 W0 paranccsal, leállíthatja az orsót M05 paranccsal, átválthat egy T0303 menetvágó szerszámra, és aktiválhatja a G76 ciklust, hogy több menettel és mélység, szög, menetemelkedés (például F1.5) és belső átmérő paraméterekkel rendelkező menetet generáljon.

Végül a kocsit visszaállítják a biztonságos pozícióba (G28 U0 W0), és a programot M30 (befejezés és visszatekerés) vagy M00 (leállítás visszatekerés nélkül) paranccsal állítják le. A teljes folyamat a következőképpen írható le: nagyon kevés programsor a fix ciklusoknak köszönhetőenami nagyban leegyszerűsíti a mindennapi munkát.

Mi az M-kód és mi a szerepe?

Az M-kódot „vegyes” vagy „gépfunkciós” kódnak is nevezik. Míg a G-kód a geometriával és a mozgással foglalkozik, az M-kód vezérli a folyamatokat. Kiegészítő műveletek: orsó indítása vagy leállítása, hűtőfolyadék bekapcsolása, szerszámcsere, leállítja vagy befejezi a programot stb.

Formálisan ezek olyan parancsok, amelyek M betűvel kezdődnek, majd egy számmal, például M00, M03, M05, M06, M08, M30Mindegyik kapcsolóként működik, amely be- vagy kikapcsol valamit, vagy a vezérlő egy másik állapotba való átváltását okozza.

Fontos részlet, hogy általános szabályként minden blokkban csak egy blokkot használnak. egyetlen M kódKettő vagy több függvény egy sorba helyezése általában rossz ötlet, mivel sok függvény kölcsönösen kizárja egymást: az orsó nem indulhat el és állhat le egyszerre ugyanabban a parancsban anélkül, hogy a gép "beragadna".

A szabványosabb G-kóddal ellentétben az M-kódok Gyártók között jelentősen eltérnek.Az M03 vagy M05 jelentése általában szinte minden esetben ugyanaz, de más kódok (palettacsere, megfogó, speciális ciklusok) változhatnak, sőt a formátum (M3 vs M03) is hibákat okozhat, ha a vezérlés szigorú.

A CNC-ben leggyakrabban használt M-kódok

A leggyakoribb M-kódok között A CNC-ben megjelenő programok a következők:

• M00 – Program leállítása: Ellenőrzött módon szünetelteti a végrehajtást, amíg a kezelő meg nem nyomja a folytatáshoz szükséges gombot. Ellenőrzésekhez, manuális változtatásokhoz vagy egyszeri beavatkozásokhoz használják.
• M02 / M30 – Program vége: Ezek jelzik, hogy a program befejeződött. Az M30 számos vezérlőn a leállítás mellett a program elejére teker vissza, hogy befejezze azt.
• M03 – Mozgó orsó (az óramutató járásával megegyezően): Az orsó az óramutató járásával megegyezően indul, amit általában egy S értékű fordulatszám kísér.
• M04 – Mozgó orsó (az óramutató járásával ellentétes irányban): Ugyanaz, mint az M03, de az ellenkező irányba forog, bizonyos műveletekhez vagy speciális konfigurációkhoz hasznos.
• M05 – Orsó leállítása: Lassítja a forgást, ami egy szükséges lépés a szerszámcsere vagy a vágási művelet befejezése előtt.
• M06 – Szerszámcsere: Utasítja a gépet az automatikus szerszámcserére a T-ben jelzett szerszámra. Szerszámtárral rendelkező megmunkálóközpontokban elengedhetetlen.
• M08 – Hűtőközeg BE: Kapcsolja be a hűtőrendszert (sugár, eső stb.) a hőmérséklet fenntartásához és a felületminőség javításához.
• M09 – Hűtőközeg KI: Elzárja a hűtőfolyadék áramlását, ami nagyon hasznos közvetlenül szerszámcsere előtt vagy a művelet végén.

Habár ezek közül a kódok közül sok hasonló a gépek között, kötelező áttekinteni a specifikus vezérlési kézikönyv mivel egyes M modellek gyártótól függően teljesen eltérő funkciókkal rendelkezhetnek.

G-kód és M-kód FDM/FFF 3D nyomtatásban

Valami nagyon érdekes történik a 3D nyomtatásban: bár egy másik technológiáról beszélünk, a vezérlés lényege a ugyanaz a koncepció, mint a G-kód és az M-kód mint a CNC-ben. A nyomtató firmware-e (Marlin, Klipper, RepRap stb.) értelmezi a vonalakat és mozgatja a motorokat, melegíti a hotendet, bekapcsolja a ventilátorokat, vagy elvégzi az ágy szintezését.

A nyomtató nem érti az STL, OBJ vagy 3D hálókat; csak azt tudja, hogy muszáj mozgassa a fejét bizonyos koordinátákraA folyamat során anyagot helyeznek le (extrudálnak) egy meghatározott sebességgel és hőmérsékleten. A szeletelő a 3D geometriát több ezer sornyi G-kóddá alakítja.

Egy egyszerű nyomtatóparancs például a G0 X15 parancshoz hasonló parancs, amely az X tengelyt 15 mm-rel elmozdítja pozitív irányba. Az X, Y, Z és E koordináták G0/G1 parancsokkal való kombinálása a következőket eredményezi: rajzold meg a darab minden rétegét az ágyon.

A darabot leíró G-kód mellett a szeletelők mindig generálnak egy kezdő és befejező kód (kezdő G-kód és záró G-kód), amely minden nyomtatási feladat előtt és után lefut. Ezek a szkriptek minden feladatban megismétlődnek, hacsak nem módosítja őket.

A kezdeti beállítás jellemzően magában foglalja az alaphelyzetbe állítást (G28), az ágy és a hotend fűtését (M140, M104, M109), valamint az automatikus szintezést, ha van érzékelő. egy tisztítóvezeték kihúzásastb. Befejezéskor a fűtőket (M104 S0, M140 S0), a motorokat (M84), a ventilátorokat (M106 S0) kikapcsolják, és néha a Z tengelyt is elmozdítják, hogy az alkatrészt elmozdítsák a hotendtől.

Miért kell módosítani a kezdő és a záró G-kódot 3D nyomtatásban?

Bár a legtöbb szeletelőgép hoz magával meglehetősen általános alapértelmezett szkriptek Mivel számos nyomtatóval működnek, gyakran érdemes testre szabni őket, hogy a legtöbbet hozhassuk ki belőlük. Néhány tipikus ok:

• Adjon hozzá egy sorozatot automatikus ágyszintezés ha a nyomtatódnak van érzékelője.
• Használjon előtisztító vezetékeket az extruder tisztításához és az első réteg tapadásának javításához.
• Hangok vagy riasztások konfigurálása a nyomtatás befejezésekor.
• Jobb kontroll a hotend és az ágy hűtése a vetemedés vagy az izzószál csöpögésének elkerülése érdekében.
• EEPROM nélküli nyomtatók esetén állítsa alaphelyzetbe a Z eltolásokat, a PID paramétereket vagy a kikapcsoláskor elvesző beállításokat.

A Cura-hoz hasonló szeletelőkben ez elég egyszerű: belépsz a nyomtatóbeállításokba, megnyitod a gépbeállításokat, és két szövegmezőt látsz a következőkhöz: G-kód kezdő és G-kód záróOtt szerkesztheted, beillesztheted a kódrészleteket, és az adott modelledhez igazíthatod.

Gyakori G-kód parancsok 3D nyomtatószkriptekben

Néhány parancs, ami általában megjelenik Ezek a szkriptek (nem teljes programok) a következők:

• G92 E0: Állítsd vissza az extrudert nullára, hogy ettől kezdve az extrudálási parancsok ehhez a ponthoz viszonyítottan működjenek.
• G28: Minden tengelyt az origójába (homing) visz, ami elengedhetetlen a nyomtatás megkezdése előtt.
• G1 XYFE: X/Y mozgást, F előtolást és E extrudálást kombinál, általában tisztítási vonalak rajzolásához vagy az ágy egy adott pozíciójába való mozgatáshoz.
• G1 Z: Állítsa be a Z-tengely magasságát, hogy a hotend ne ütközzön az ágynak vagy a kész alkatrésznek.
• G1 FE: A végén található Filament-visszahúzási parancsok megakadályozzák a csöpögést.
• M106 S: Konfigurálja a réteg ventilátorának sebességét 0-tól (kikapcsolva) a maximumig.
• M104 S0 / M140 S0: A munka befejeztével kikapcsolják az extrudert és az ágyat.
• M84: Kapcsolja ki az összes motort, hogy a tengelyek szabaddá váljanak.

Ezekkel a parancsokkal együtt minden firmware hozzáadja a saját kódjait az ágy szintezéséhez, a haladó szünetekhez, a filamentcseréhez stb. Ezért olyan fontos ez. hogy pontosan tudja, mit ért a nyomtatója.

A G-kód és az M-kód közötti főbb különbségek

Bár mindig együtt jelennek meg és kiegészítik egymást, a G-kód és az M-kód különböző szerepek a CNC programozáson és a 3D nyomtatáson belül. A különbségeket több pontban is összefoglalhatjuk:

• Célja: A G-kód vezérli a szerszámpályákat, pozíciókat, tájolásokat és előtolási sebességeket. Az M-kód kezeli a kiegészítő funkciókat, például az orsókat, a hűtőfolyadékokat, a szerszámcseréket és a program leállítását.
• Utasítás típusa: A G-kód geometriai jellegű, azt diktálja, hogyan mozog a gép; az M-kód operatív, olyan gépállapotokra összpontosít, amelyek nem feltétlenül járnak mozgással.
• Szabványosítás: A G-kódok viszonylag szabványosítottak az iparban, így a G00, G01, G02 stb. általában ugyanazt jelentik a különböző gépeken. Ezzel szemben sok M-kód... jobban függ a gyártótól és a jelentésük megváltozhat.
• Súlypontosság: A G-kód közvetlenül befolyásolja az alkatrész méretpontosságát; egy helytelenül paraméterezett G01 tönkreteheti a kontúrt. Az M-kódnak közvetettebb hatása van (például a hűtőfolyadék be- vagy kikapcsolása befolyásolja a hőstabilitást és a felületminőséget).
• Bonyolultság: A G-kód blokkok általában sűrűbbek, sok koordinátával, sugárral és lépésszámmal rendelkeznek, míg az M-kód egyszerűbb, de nagyon fontos a biztonság és a sorrend szempontjából.

Végső soron a program egy zenekarként fogható fel, ahol a A G-kód jelöli a hangjegyeket és a dallamotAz M-kód pedig dönti el, hogy mikor lép be az egyes hangszerek, mikor van csend, és mikor húzódik le a függöny.

Egyéb kiegészítő parancsok a CNC programozásban

A G és M mellett három betű elengedhetetlen mind a CNC-ben, mind a 3D nyomtatásban: F, S és T. Ezek nem független kódok, de a mozgásokat kísérő paraméterek vagy függvények:

• F (Betáplálás): Meghatározza az előtolási sebességet, például mm/percben vagy mm/fordulatban, attól függően, hogy a G94 vagy a G95 (vagy egyes vezérlőknél a G99) aktív-e. A túl magas F érték szerszámtörést okoz; a túl alacsony rontja a ciklusidőket és gyenge felületkezelést eredményezhet.
• S (orsósebesség): M03 vagy M04 paranccsal kombinálva az orsófordulatszámot jelzi fordulat/percben. Bizonyos összefüggésekben más sebességeket is jelenthet.
• T (Szerszám): Válassza ki az M06 szerszámcserében használandó szerszámot, ügyelve arra, hogy az megegyezzen a szerszám raktárban lévő tényleges pozíciójával.

Egy CNC mozgásparancsra példa lehet a G01 X-100. Y-50. Z35. F10, amely lineáris elmozdulást parancsol percenként 10 egység előtolással (a rendszertől függően). Ha hozzáadjuk az M03 S3000 parancsot, akkor azt jelezzük, hogy ebben a pozícióban az orsót a következő sebességgel szeretnénk forogni: 3000 fordulat/perc az óramutató járásával megegyező irányban.