Введение в G-код и M-код в ЧПУ и 3D-печати

Если вы работаете с Станки с ЧПУ или 3D-принтерыРано или поздно вы столкнетесь со знаменитым G-кодом и его неразлучным спутником, M-кодом. Многим это кажется языком марсиан, но на самом деле это просто высокоструктурированные инструкции, которые машина прекрасно понимает. Понимание того, что они означают и как они сочетаются, является ключом к тому, чтобы перестать работать «вслепую» и получить реальный контроль над обработкой или печатью.

Представьте себе свою машину, какой бы дорогой или современной она ни была, как довольно "простую": она знает только одно. перемещение в координаты X, Y, Z, вращение шпинделя или выдавливание материала. Когда вы отдаёте команду. Всё остальное обрабатывается G-кодом и M-кодом. В этой статье мы спокойно разберём, что это такое, как они возникли, чем отличаются, как используются сегодня в CAD/CAM и слайсерах, какие типичные ошибки они вызывают, и даже рассмотрим примеры более сложных программ как для токарных станков с ЧПУ, так и для 3D-печати.

Что такое обработка на станках с ЧПУ и почему она так сильно зависит от G-кода и M-кода?

Обработка на станках с ЧПУ, по сути, представляет собой использование станки с числовым программным управлением Токарные станки, фрезерные станки, обрабатывающие центры и т. д. используются для изготовления деталей с точностью, недостижимой вручную и многократно. Числовое управление задает положения, скорости и траектории; станок им подчиняется.

Среди его преимуществ выделяется одно. Исключительно высокая точность и эффективность удаления материала.Возможность работы с очень сложными геометрическими формами и высокая повторяемость: при грамотном проектировании можно изготовить 10 или 10 000 практически идентичных деталей.

До появления современных компьютеров машинисты поездов использовали перфокарты или ленты кодировать инструкции. Пробивание отверстий в правильной последовательности было медленным и рискованным процессом: если карта повреждалась или терялась, работа становилась невыполнимой, и производство останавливалось.

С появлением числового программного управления и первых компьютеров операторы начали внедрять строки кода вручнуюЭто было улучшением, но для сложных деталей, требующих множества операций, это стало крайне утомительным и чревато ошибками при вводе данных или вычислениях.

Сегодня ситуация совершенно иная: мы используем программное обеспечение САПР для проектирования и программы CAM для автоматического создания траекторий движения инструмента. Сама система CAM производит траектории. Файлы G-кода и M-кода готовый к запуску механизм. Это не означает, что понимание того, что находится внутри, не имеет решающего значения для проверки, оптимизации, исправления и, при необходимости, ручного программирования.

Как программирование ЧПУ управляет станками

В типичном рабочем процессе программист подготавливает среду обработки в CAM-системе: модель детали, модель зажима или инструмента, выбор инструмента. а также траектории движения инструмента для каждой операции (черновая обработка, чистовая обработка, сверление, нарезание резьбы и т. д.). На основе всей этой информации программное обеспечение генерирует программу ЧПУ, состоящую из блоков инструкций.

Каждый блок обычно представляет собой строку текста, содержащую G-код, при необходимости M-код и различные параметры: координаты X, Y, Z, радиусы, подачи (F), скорость вращения шпинделя (S), количество инструментов (T) и т. д. Система управления интерпретирует эти блоки в последовательном порядке и перемещает станок или изменяет его состояние в соответствии с записанными данными.

На практике программа обычно сочетает в себе инструкции по перемещению (G-код) и вспомогательные функции (M-код), а также некоторые другие элементы. команды Для нумерации строк используются дополнительные символы, такие как F, S, T или N. Логика такова: G-код определяет, «как» перемещается машина.M-код определяет, «что» делает машина с точки зрения функций. аппаратные средства.

Хотя системы CAM значительно упрощают работу, при изготовлении сложных деталей может потребоваться постобработка. вручную проверять циклы, компенсации и ход выполнения работ или последовательностей безопасности. В сложных проектах нередко генерация, корректировка и проверка кода занимают дни или даже недели.

Что такое G-код в ЧПУ и 3D-печати?

G-код, также известный как RS-274 или ISO-код, — это стандартный язык programación геометрический станков с ЧПУ (Различия между машинным кодом и байт-кодомБуква «G» происходит именно от слова «геометрия»: она описывает, как машина должна двигаться в пространстве и с какими параметрами.

В традиционных станках с ЧПУ (токарные, фрезерные, лазерные и т. д.) G-код указывает траектории, рабочие плоскости, скорости подачи а также другую информацию, связанную с движением инструмента относительно заготовки. В 3D-печати это работает точно так же, но применяется к осям принтера и экструдеру.

Типичная команда G-кода начинается с буквы G, за которой следует цифра, например: Г00, Г01, Г02, Г03, Г17и т. д. Каждая комбинация имеет очень специфическое значение. Часто строка включает в себя несколько параметров, таких как X, Y, Z, R, F, S или E (в 3D-печати для экструдера).

Несмотря на наличие стандартов (ISO 6983, DIN 66025, диалекты Siemens, FANUC, Haas и другие), каждый контроллер может... добавить расширения или вариантыКроме того, некоторые параметры форматирования различаются у разных производителей: например, один станок может принимать G3, а другой — требовать G03, или допускать пропуск определенных нулей и пробелов.

Во всех случаях основная идея одна и та же: последовательность блоков, которые при последовательном выполнении, Они составляют всю траекторию движения инструмента. и, следовательно, окончательную форму напечатанного изделия или объекта.

Буквы и общие параметры в G-коде

Помимо буквы G, в языке используются и другие буквы для обозначения чего-либо. важные параметрыВ классической обработке на станках с ЧПУ мы находим, среди прочего:

• Х, У, ЯДекартовы координаты, определяющие положение инструмента или заготовки в трех измерениях. X и Y обычно обозначают горизонтальную плоскость, Z — глубину или высоту.
• AВращение вокруг оси X (в многоосевых станках).
• R: радиус дуги при выполнении круговой интерполяции.
• Я, Дж: приращения компонентов центра дуги в круговой интерполяции.
• N: номер строки или блока программы.
• F: подача, то есть скорость резания или перемещения при механической обработке.
• S: скорость вращения шпинделя, в оборотах в минуту.
• T: инструмент, который следует использовать в сочетании с инструкциями, такими как M06.

В 3D-печати по технологиям FFF/FDM эта буква также встречается очень часто. E обозначает количество экструдированной нити.а также команды позиционирования G0/G1 по осям X, Y и Z.

Основные G-коды в обработке на станках с ЧПУ

Некоторые из наиболее часто встречающиеся G-коды Ниже приведены технические характеристики фрезерных и токарных станков с ЧПУ:

• G00 – Быстрое позиционирование: Переместите инструмент как можно быстрее в заданную координату, не намереваясь при этом что-либо разрезать. Это используется при подходах и отступлениях, когда единственное, что имеет значение, — это быстро прибыть на место и избежать столкновения.
• G01 – Линейная интерполяция: Эта команда управляет движением по прямой линии между двумя точками с заданной скоростью подачи F. Это классическая команда для прямых разрезов и контурной обработки.
• G02 – Круговая временная интерполяция: Начертите дуги или окружности по часовой стрелке, обычно используя координаты X, Y (или X, Z / Y, Z в зависимости от активной плоскости) и радиус R или центр I, J.
• G03 – Круговая интерполяция против часовой стрелки: Аналогичен G02, но в обратном порядке, очень полезен для профилирования круглых заготовок, круглых канавок или изогнутых углублений.
• G04 – Пауза или остановка: Это заставляет станок остановиться на заданное время. Это необходимо для стабилизации шпинделя, охлаждения инструмента или для начала действия охлаждающей жидкости.
• G17, G18, G19 – Выбор плоскости: G17 активирует плоскость XY, G18 — плоскость XZ, а G19 — плоскость YZ, что крайне важно при работе в многоосевом режиме или при интерполяции дуг за пределами стандартной плоскости.
• Г21 / Г20: Они определяют систему единиц измерения, обычно G21 для миллиметров и G20 для дюймов.
• G43 – Компенсация длины инструмента: Учитывается, что каждый инструмент имеет разную длину, и применяется соответствующий корректор, чтобы фактическая глубина обработки соответствовала желаемой.

В токарных станках также распространены специальные коды, например: G71 для циклов продольной черновой обработкиG70 для чистовой обработки профиля или G76 для циклической нарезки резьбы позволяют задать контур и автоматически создать знаменитую «лестницу» промежуточных проходов.

Усовершенствованный пример G-кода на токарном станке с ЧПУ.

Чтобы увидеть истинный потенциал этих циклов, рассмотрим типичный сценарий: мы начинаем с цилиндрического блока и хотим черновая обработка больших объемов материала с небольшим количеством линий, оставляя некоторый избыток материала для финишной обработки и завершая нитью.

В программе для токарного станка мы могли бы начать с определения начального размера материала с помощью стандартной инструкции в симуляторе, обозначив программу номером, например, O0001, выбрав метрическую систему с помощью команды G21 и установив режим подачи на оборот с помощью команды G99.

Далее, производится смена инструмента, например, с помощью чего-то вроде... М06 Т0101 (инструмент 1 со смещением 1), частота вращения шпинделя определяется в режиме G97 (постоянная частота вращения) с помощью команды S1800 M03 для вращения по часовой стрелке, а позиционирование осуществляется быстро с помощью команды G00 вблизи заготовки (например, X26 Z2).

Затем, используя G01, вы можете облицевать кирпич Пройдя через центр (X-1 F.05), вернитесь в безопасное положение и войдите в знаменитый цикл черновой обработки G71. Этот цикл определяется в двух строках, задавая глубину резания U, вынос R, начальный блок P и конечный блок Q контура, припуски U и W и подачу F.

Ниже описаны контурные линии между, например, N1 и N2: обработка торца до X0, подача по оси Z, дуга G03 с определенным радиусом, цилиндрическая токарная обработка и коническая токарная обработка. Важно, чтобы профиль был монотонно возрастающий или убывающий по диаметру, чтобы цикл работал правильно.

После завершения черновой обработки с помощью G71 запускается G70 P1 Q2, чтобы с заданной скоростью и подачей выполнить точную обработку... внести последние штрихи Следуя тому же контуру. Затем можно переместить каретку в исходное положение с помощью команды G28 U0 W0, остановить шпиндель командой M05, переключиться на резьбонарезной инструмент T0303 и активировать цикл G76 для создания резьбы в несколько проходов с параметрами глубины, угла, шага (например, F1.5) и внутреннего диаметра.

Наконец, каретка возвращается в безопасное положение (G28 U0 W0), и программа завершается командой M30 (завершение и перемотка) или M00 (остановка без перемотки). Весь этот процесс можно описать следующим образом: Благодаря фиксированным циклам, количество строк кода очень невелико.что значительно упрощает повседневную работу.

Что такое M-код и какую роль он играет?

M-код известен как «разнообразный» или «машинный функциональный» код. В то время как G-код работает с геометрией и движением, M-код управляет Вспомогательные действия: запуск или остановка шпинделя, включение подачи охлаждающей жидкости, смена инструмента.остановить или завершить программу и т. д.

Формально это команды, начинающиеся с буквы М, за которой следует цифра, например: М00, М03, М05, М06, М08, М30Каждый из них действует как переключатель, который включает или выключает что-либо, либо приводит к изменению состояния элемента управления.

Важная деталь заключается в том, что, как правило, в каждом блоке используется только один блок. единый код МРазмещение двух или более операций на одной линии обычно является плохой идеей, поскольку многие функции взаимоисключающие: шпиндель не может запускаться и останавливаться одновременно в рамках одной и той же команды, иначе станок «заклинит».

В отличие от G-кода, который более стандартизирован, M-коды Они значительно различаются у разных производителей.Значение кодов M03 или M05 обычно одинаково почти во всех случаях, но другие коды (смена паллеты, захват, специальные циклы) могут меняться, и даже формат (M3 против M03) может вызывать ошибки при строгом контроле.

Наиболее часто используемые M-коды в ЧПУ

Среди наиболее часто встречающихся M-кодов В программе CNC вы увидите следующие программы:

• M00 – Остановка программы: Эта функция приостанавливает выполнение заданных действий до тех пор, пока оператор не нажмет кнопку продолжения. Она используется для проверок, внесения ручных изменений или разовых вмешательств.
• M02 / M30 – Завершение программы: Они указывают на завершение программы. На многих контроллерах команда M30, помимо остановки, откатывается к началу программы, чтобы завершить её.
• M03 – Вращение шпинделя (по часовой стрелке): Вращение шпинделя происходит по часовой стрелке, обычно сопровождаясь значением S в оборотах в минуту.
• M04 – Вращение шпинделя (против часовой стрелки): Аналогичен M03, но вращается в противоположном направлении, что полезно для определенных операций или специальных конфигураций.
• M05 – Остановка шпинделя: Это замедляет вращение, что является необходимым шагом перед сменой инструмента или завершением операции резки.
• M06 – Смена инструмента: Дает станку команду на автоматическую смену инструмента, указанного в букве Т. Незаменима в обрабатывающих центрах с инструментальным магазином.
• M08 – Хладагент включен: Включите систему охлаждения (струйную, дождевую и т. д.), чтобы поддерживать температуру и улучшить качество поверхности.
• M09 – Хладагент выключен: Это перекрывает поток охлаждающей жидкости, что очень полезно непосредственно перед сменой инструмента или в конце операции.

Хотя многие из этих кодов похожи на разных машинах, обязательно необходимо их проверить. конкретное руководство по управлению Потому что некоторые модели M могут иметь совершенно разные функции в зависимости от производителя.

G-код и M-код в 3D-печати FDM/FFF

В 3D-печати происходит нечто весьма любопытное: хотя речь идёт о другой технологии, в основе управления лежит... Тот же принцип, что и у G-кода и M-кода. чем в станках с ЧПУ. Прошивка принтера (Marlin, Klipper, RepRap и т. д.) интерпретирует линии и перемещает двигатели, нагревает сопло, включает вентиляторы или выполняет калибровку платформы.

Принтер не понимает форматы STL, OBJ или 3D-сетки; он знает только, что ему это необходимо. переместите голову в определенные координатыПроцесс включает в себя подачу материала (экструзию) с заданной скоростью и температурой. Программа-слайсер преобразует 3D-геометрию в тысячи строк G-кода.

Простой пример команды принтера — это, например, G0 X15, которая перемещает ось X на 15 мм в положительном направлении. Комбинирование команд X, Y, Z и E с командами G0/G1 позволяет достичь следующего: нарисуйте каждый слой произведения на кровати.

Помимо G-кода, описывающего деталь, слайсеры всегда генерируют начальный и конечный код (Начальный и конечный G-коды), которые выполняются до и после каждого задания печати. ​​Эти скрипты повторяются во всех заданиях, если вы их не измените.

Первоначальная настройка обычно включает в себя калибровку (G28), нагрев платформы и хотэнда (M140, M104, M109), а также автоматическое выравнивание, если установлен датчик. экструзия линии продувкии т. д. После завершения нагреватели (M104 S0, M140 S0), двигатели (M84), вентиляторы (M106 S0) отключаются, а иногда перемещается ось Z, чтобы отодвинуть деталь от нагревательного элемента.

Зачем изменять начальный и конечный G-код при 3D-печати?

Хотя большинство слайсеров обеспечивают довольно стандартные скрипты по умолчанию Поскольку они совместимы со многими принтерами, часто бывает целесообразно их настраивать для максимальной эффективности. Вот несколько типичных причин:

• Добавить последовательность автоматическое выравнивание стола если ваш принтер оснащен датчиком.
• Включите линии предварительной продувки для очистки экструдера и улучшения адгезии первого слоя.
• Настройте звуковые сигналы или оповещения по завершении печати.
• Более эффективный контроль охлаждение нагревательного элемента и платформы чтобы избежать деформации или подтекания нити.
• На принтерах без EEPROM необходимо сбросить смещения по оси Z, параметры ПИД-регулятора или настройки, которые теряются при выключении питания.

В таких слайсерах, как Cura, все довольно просто: вы заходите в настройки принтера, открываете настройки устройства, и видите два текстовых поля для начало G-кода и конец G-кодаТам вы можете редактировать, вставлять фрагменты кода и адаптировать его к своей конкретной модели.

Типичные команды G-кода в скриптах для 3D-принтеров

Некоторые команды, которые обычно появляются Эти скрипты (не полные программы) следующие:

• G92 E0: Обнулите экструдер, чтобы с этого момента команды экструзии выполнялись относительно этой точки.
• G28: Это позволяет вернуть все оси в исходное положение (центрирование), что крайне важно перед началом печати.
• G1 XYFE: Она сочетает в себе перемещение по осям X/Y, подачу по оси F и экструзию по оси E, обычно для создания линий продувки или перемещения в определенное положение на рабочей поверхности.
• G1 Z: Отрегулируйте высоту по оси Z, чтобы предотвратить касание нагревательного элемента к платформе или готовой детали.
• G1 FE: В конце подаются команды на втягивание нити, чтобы предотвратить капание.
• М106 С: Настройте скорость вращения вентилятора слоя, от 0 (выключено) до максимальной.
• M104 S0 / M140 S0: Когда работа завершена, они выключают экструдер и платформу.
• M84: Отключите все двигатели, чтобы оси освободились.

Наряду с этими командами, каждая прошивка добавляет свой собственный код для выравнивания стола, расширенных пауз, смены филамента и т. д. Вот почему это так важно. чтобы точно знать, что понимает ваш принтер.

Основные различия между G-кодом и M-кодом

Хотя G-код и M-код всегда встречаются вместе и дополняют друг друга, они имеют разные роли В рамках программирования станков с ЧПУ и 3D-печати их различия можно суммировать в нескольких пунктах:

• Цель: G-код управляет траекториями движения инструмента, его положением, ориентацией и скоростью подачи. M-код управляет вспомогательными функциями, такими как шпиндель, подача охлаждающей жидкости, смена инструмента и завершение программы.
• Тип инструкции: G-код имеет геометрическую природу, он определяет, как движется машина; M-код является операционным, он фокусируется на состояниях машины, которые не обязательно связаны с движением.
• Стандартизация: G-коды в отрасли относительно стандартизированы, поэтому G00, G01, G02 и т. д. обычно означают одно и то же на разных машинах. В отличие от них, многие M-коды являются стандартизированными. больше зависит от производителя и их значения могут меняться.
• Точность взвешивания: G-код напрямую влияет на точность размеров детали; неправильно заданный параметр G01 может испортить контур. M-код оказывает более косвенное влияние (например, включение или выключение охлаждающей жидкости влияет на термическую стабильность и качество поверхности).
• Сложность: Блоки G-кода, как правило, более плотные, содержат множество координат, радиусов и перемещений, в то время как M-код обычно проще, но крайне важен для безопасности и последовательности выполнения.

В конечном итоге, программу можно рассматривать как оркестр, где G-код обозначает ноты и мелодию.А M-код определяет, когда вступает каждый инструмент, когда наступает тишина и когда закрывается занавес.

Другие дополнительные команды в программировании ЧПУ

Помимо G и M, существуют три буквы, которые являются обязательными как для станков с ЧПУ, так и для 3D-печати: F, S и T. Это не самостоятельные коды, а параметры, сопровождающие движения или функций:

• F (Корм): Определяет скорость подачи, например, в мм/мин или мм/об в зависимости от того, активна ли команда G94 или G95 (или G99 на некоторых элементах управления). Слишком высокое значение F приведет к поломке инструмента; слишком низкое — к увеличению времени цикла и может привести к некачественной обработке поверхности.
• S (скорость вращения шпинделя): При использовании с командами M03 или M04 указывает скорость вращения шпинделя в об/мин. В некоторых случаях может также отображать другие скорости.
• Т (Инструмент): Выберите инструмент, который будет использоваться при смене инструмента по операции M06, при этом крайне важно, чтобы он соответствовал фактическому положению инструмента на складе.

Примером команды перемещения для станка с ЧПУ может быть G01 X-100. Y-50. Z35. F10, которая задает линейное перемещение со скоростью подачи 10 единиц в минуту (в зависимости от системы). Если мы добавим M03 S3000, мы укажем, что в этой позиции мы хотим, чтобы шпиндель вращался со скоростью 3000 об/мин по часовой стрелке.