G-код в программировании ЧПУ: что это? Типы, использование и список

G-код, часто называемый геометрическим кодом, является основным языком, используемым в Программирование с ЧПУ. Согласно статистике, более 80% станков с ЧПУ во всем мире используют G-код для программирования. Это стандартизированная система кодирования, которая управляет движением станков с ЧПУ, таких как токарные станки, фрезерные станки и 3D-принтеры, сообщая станку, как именно перемещать режущий инструмент для производства определенной детали или продукта. Между тем, G-код также можно комбинировать с программным обеспечением для автоматизированного проектирования (CAD) и автоматизированного производства (CAM) для достижения бесшовной связи между проектированием и обработкой.

В этой статье будет представлен подробный обзор G-кода, его структуры, общих команд и того, как он используется в программировании ЧПУ.

Что такое G-код?

G-код — это язык, используемый станками с ЧПУ для интерпретации и выполнения определенных инструкций по перемещению. Код представляет собой ряд буквенно-цифровых команд, которые диктуют действия станка, такие как линейные перемещения, смена инструмента, скорость вращения шпинделя и активация охлаждающей жидкости. Он позволяет станку точно выполнять повторяющиеся задачи без прямого ручного вмешательства.

По сути, G-код служит «инструкцией по эксплуатации» для станков с ЧПУ, рассказывая им, как:

• Перемещайте инструмент в разных направлениях (оси X, Y, Z)
• Контролируйте скорость и глубину резания
• Активировать системы охлаждения
• Изменить инструменты
• И многое другое ...

Каждый производитель станков может иметь собственные расширения или варианты G-кода, но большинство G-кодов стандартизированы международными организациями, такими как ISO (Международная организация по стандартизации).

Историческое развитие G-кода

G-код был изобретен в 1958 году Лабораторией сервомеханики Массачусетского технологического института (MIT) для управления станками с ЧПУ (числовым программным управлением), что произвело революцию в производстве, позволив высокоточное и автоматизированное производство сложных деталей. Позднее, в 1960-х годах, он был стандартизирован Альянсом электронной промышленности для обеспечения совместимости между различными станками.

С момента своего изобретения G-код остается основой программирования ЧПУ, постоянно адаптируясь для удовлетворения меняющихся потребностей обрабатывающей промышленности. Сегодня G-код используется во всем мире для управления широким спектром станков с ЧПУ, включая:

• Фрезерные станки (вертикальные и горизонтальные)
• Токарные станки и токарные центры
• Кофемолки и другие прецизионные машины
• 3D принтеры

Базовая структура G-кода

Инструкции G-кода имеют относительно простую структуру, что облегчает чтение и запись. Обычно команды G-кода начинаются с буквы «G», за которой следует число, указывающее тип операции или движения. После G-кода указываются дополнительные параметры, такие как координаты, скорости подачи и номера инструментов.

Например, команда:

означает:

• G01: Выполнить линейное интерполяционное движение (прямую линию).
• X10 Y10: Переместите инструмент в точку с координатами X=10 и Y=10.
• F100: Установите скорость подачи 100 миллиметров в минуту.

Эта лаконичная структура позволяет программистам ЧПУ легко определять траекторию инструмента и условия резания для сложных задач обработки, таких как бурение, фрезерование и точение.

Пример простой программы G-кода может выглядеть так:

Роль и назначение G-кода

Основная роль G-кода заключается в предоставлении точных инструкций станкам с ЧПУ, что позволяет им выполнять сложные операции, такие как резка, сверление, фрезерование и шлифование. G-код позволяет производителям автоматизировать производство деталей, что необходимо для производства больших объемов высокоточных компонентов по низкой стоимости.

Вот несколько ключевых функций G-кода:

1. Управление движением: G-код позволяет инструменту перемещаться в различных направлениях (по прямым линиям, дугам) с точным позиционированием по осям X, Y и Z.
2. Определение траектории инструмента: Объединяя G-коды с другими параметрами, такими как скорость подачи (F), скорость шпинделя (S) и смена инструмента (M06), программисты ЧПУ могут определить точную траекторию, по которой должен двигаться инструмент для создания желаемой формы или геометрии.
3. Контроль цикла: Специализированные коды, такие как G81 (сверление) или G84 (нарезание резьбы), позволяют машине выполнять повторяющиеся задачи с минимальным ручным вмешательством, повышая эффективность и снижая риск человеческой ошибки.
4. Компенсация инструмента: Износ инструмента, изменения диаметра и длины учитываются с помощью команд компенсации, таких как G41, G42 (компенсация радиуса инструмента) и G43 (компенсация длины инструмента).

Практический пример: программа фрезерования с ЧПУ

Рассмотрим сценарий, в котором оператору необходимо фрезеровать простую деталь с круговым элементом. Ниже приведен пример программы G-кода, которая выполнит эту задачу:

В этой программе:

• Шпиндель включается на 1000 об/мин.
• Инструмент начинает работу в исходной точке (X0, Y0) и перемещается на заданную глубину резания (Z-2), после чего фрезерует дугу по часовой стрелке, создавая круговой элемент.
• После завершения резки инструмент возвращается на безопасную высоту.
• Программа завершается остановкой шпинделя и отключением подачи охлаждающей жидкости.

Эта программа перемещает режущий инструмент по заданным траекториям для создания детали, начиная с быстрых перемещений и заканчивая остановкой шпинделя.

Как работает G-код?

Рабочий процесс G-кода подразумевает синхронизированное взаимодействие между функциями станка с ЧПУ и программированием оператора. Вот как это работает:

Рабочий процесс G-кода на стороне машины

Все Станки с ЧПУ оснащены микроконтроллером, который может интерпретировать G-код. Большинство станков с ЧПУ используют стандартизированный G-код, но некоторые продвинутые станки с несколькими осями или уникальными функциями могут потребовать дополнительных команд, которые записываются в микроконтроллер станка для управления этими конкретными функциями.

Когда внутренняя система управления станка с ЧПУ получает команды G-кода, она интерпретирует их в соответствии с инструкциями микроконтроллера станка. Затем система управления посылает направления движения различным компонентам станка, таким как шпиндель, двигатели и устройства смены инструмента, для выполнения требуемых операций.

Рабочий процесс G-кода на стороне оператора

1. CAD дизайн: Процесс обычно начинается с создания файла САПР (Computer-Aided Design), который визуализирует требуемую деталь в 2D или 3D. Этот дизайн служит чертежом для детали, которая будет обработана.
2. Преобразование в G-код: Современный CAM программное обеспечение может автоматически преобразовывать проекты САПР в оптимизированное программирование G-кода. Программное обеспечение вычисляет наилучшую траекторию инструмента, скорость подачи и скорость резания, учитывая различные параметры, такие как тип материала и смещения инструмента.
3. Редактирование G-кода: Если необходимы какие-либо корректировки или настройки, редакторы G-кода используются для изменения G-кода. Этот шаг позволяет операторам точно настроить программу для конкретных нужд, например, для корректировки траекторий инструмента или изменения скоростей.
4. Постобработка: Поскольку G-код может различаться в зависимости от марки и модели станка, он часто проходит постобработку. Этот шаг стандартизирует G-код для конкретного станка с ЧПУ, обеспечивая совместимость и предотвращая ошибки, которые могут возникнуть из-за разных систем контроллеров.
5. Передача на станок с ЧПУ: После постобработки готовый G-код передается на станок с ЧПУ, где он выполняется для управления движениями и операциями станка.

Благодаря автоматизации преобразования проектов САПР в G-код станки с ЧПУ обеспечивают точные и повторяемые производственные процессы, значительно сокращая время и усилия, необходимые для выполнения сложных задач обработки.

Основные типы команд G-кода

G-код обычно делится на несколько функциональных категорий в зависимости от конкретных действий, которые он контролирует. К ним относятся:

Управление движением

Эти команды управляют движением инструмента по различным осям (X, Y, Z) для выполнения резки, сверления или других операций обработки.

• G00 – Быстрое позиционирование
  Пример: G00 X10 Y10 Z5 (Быстро переместите инструмент в положение X=10, Y=10, Z=5)
• G01 – Линейная интерполяция (прямая линия)
  Пример: G01 X50 Y50 F100 (Перемещаться линейно по X=50, Y=50 со скоростью подачи 100 мм/мин)
• G02 – Круговая интерполяция по часовой стрелке
  Пример: G02 X100 Y100 I50 J50 (Двигайтесь по часовой стрелке до точки X=100, Y=100 с центром в точке I=50, J=50)
• G03 – Круговая интерполяция, против часовой стрелки
  Пример: G03 X100 Y100 I50 J50 (Двигайтесь по дуге против часовой стрелки до X=100, Y=100 с центром в точке I=50, J=50)

Компенсация инструмента

Эти команды компенсируют изменения размера, длины и износа инструмента.

• G41 – Компенсация радиуса инструмента, левая
  Пример: G41 D1 (Активировать компенсацию радиуса левого инструмента с коррекцией инструмента D1)
• G42 – Компенсация радиуса инструмента, правая
  Пример: G42 D1 (Активировать компенсацию радиуса правого инструмента с коррекцией инструмента D1)
• G43 – Компенсация длины инструмента
  Пример: G43 H01 (Активировать компенсацию длины инструмента с помощью смещения инструмента H01)

Система координат и позиционирование

Эти команды определяют, как машина рассчитывает и интерпретирует позиции.

• G90 – Абсолютное позиционирование
  Пример: G90 X20 Y20 (Переместите инструмент в абсолютные координаты X=20, Y=20)
• G91 – Инкрементное позиционирование
  Пример: G91 X10 Y10 (Переместить инструмент на 10 единиц в направлениях X и Y относительно текущего положения)

Управление шпинделем

Эти команды управляют вращением шпинделя, в котором установлен режущий инструмент.

• M03 – Вращение шпинделя по часовой стрелке
  Пример: M03 S1200 (Запустите шпиндель на скорости 1200 об/мин по часовой стрелке)
• M04 – Вращение шпинделя против часовой стрелки
  Пример: M04 S1200 (Запустите шпиндель на скорости 1200 об/мин против часовой стрелки)
• M05 – Остановка шпинделя
  Пример: M05 (Остановить шпиндель)

Управление охлаждающей жидкостью

Эти команды активируют или деактивируют охлаждающую жидкость для контроля температуры в зоне резки и смывания мусора.

• M08 – Охлаждающая жидкость включена
  Пример: M08 (Активировать охлаждающую жидкость)
• M09 – Охлаждающая жидкость выключена
  Пример: M09 (Деактивировать охлаждающую жидкость)

Разные функции (М-коды)

Эти команды управляют различными вспомогательными функциями, такими как смена инструмента и управление программой.

• M06 – Смена инструмента
  Пример: M06 T2 (Изменить на инструмент 2)
• M00 – Остановка программы
  Пример: M30 (Конец программы)
• M30 – Конец программы
  Пример: M00 (Остановите программу и дождитесь ввода данных оператором)

Циклы сверления и нарезания резьбы

Эти команды используются для определенных повторяющихся операций обработки, таких как сверление и нарезание резьбы.

• G81 – Цикл бурения
  Пример: G81 X10 Y10 Z-5 R2 F100 (Сверление по координатам X=10, Y=10 на глубину Z=-5 с высотой отвода Z=2 и скоростью подачи 100 мм/мин)
• G84 – Цикл нарезания резьбы
  Пример: G84 X10 Y10 Z-5 R2 F50 (Нарежьте резьбу по координатам X=10, Y=10 на глубину Z=-5 с высотой отвода Z=2 и скоростью подачи 50 мм/мин)

Эти категории помогают организовать G-код в логические разделы на основе задач, которые необходимо выполнить. Каждая категория имеет решающее значение для обеспечения того, чтобы станок с ЧПУ выполнял свои операции правильно и эффективно.

Как читать и понимать команды G-кода

Чтение G-кода становится простым, если вы понимаете его базовую структуру.

Буквы G и M обозначают тип операции. Например, G00 — для быстрого перемещения, а G81 — для сверления.

Буквы X, Y и Z указывают позиции в системе координат станка, а цифры после них показывают точное местоположение. Например, X10 перемещает инструмент в позицию X=10.

Буквы типа F и S обозначают скорость подачи и скорость шпинделя соответственно. Например, F100 устанавливает скорость подачи 100 единиц в минуту, а S1200 устанавливает скорость шпинделя 1200 об/мин. Комментарии можно добавлять с помощью точки с запятой (;), которые игнорируются станком, но полезны для справки. Например, G01 X10 Y10 F100 означает, что инструмент перемещается в X10, Y10 со скоростью подачи 100.

Пример команды G-кода

• G01 Х10 Y10 F100
  • G01: Линейное перемещение (по указанным координатам).
  • X10: Перейти к X = 10.
  • Y10: Перейти к Y = 10.
  • F100: Скорость подачи составляет 100 единиц в минуту.

Эта команда дает команду станку с ЧПУ двигаться по прямой линии к координатам (X10, Y10) со скоростью подачи 100 ед./мин.

Какие станки используют G-код?

G-код используется в самых разных станках с ЧПУ (числовым программным управлением) и 3D-принтерах, обеспечивая точный контроль над операциями станка. Наиболее распространенные типы станков, использующих G-код, включают:

1. Фрезерный станок с ЧПУ — использует вращающийся режущий инструмент для удаления материала с неподвижной заготовки.
2. Токарный станок с ЧПУ – Использует стационарный режущий инструмент на вращающейся заготовке для создания цилиндрических и конических поверхностей.
3. Шлифовальный станок с ЧПУ — тонкая обработка для сглаживания поверхностей и удаления минимального количества материала, часто в качестве финишного этапа.
4. Сверлильный станок с ЧПУ — создает отверстия в заготовке с помощью сверла.
5. Фрезерный станок с ЧПУ — сочетает в себе ЧПУ и фрезерный станок для резки и резьбы по таким материалам, как дерево и пластик.
6. Станок лазерной резки с ЧПУ — использует сфокусированный лазерный луч для точной резки материалов, как правило, тонких.
7. Станок для гидроабразивной резки с ЧПУ — использует воду под высоким давлением для резки материалов без выделения тепла.
8. Машина плазменной резки с ЧПУ — использует ионизированный газ (плазму) для резки токопроводящих материалов, особенно металлов.
9. Электроэрозионный станок с ЧПУ (EDM) – использует электрические разряды для точной обработки твердых материалов.
10. 3D-принтер с ЧПУ — использует G-код для управления нанесением материала слой за слоем для создания прототипов или сложных деталей.

Эти машины используют G-код для точного управления операциями в различных производственных и технологических процессах.

Преимущества G-кода

Высокая стандартизация

G-код имеет высокий уровень стандартизации благодаря своей долгой истории и широкому использованию в промышленном производстве. Разработанный в то время, когда рос спрос на точность и эффективность, G-код был создан для предоставления унифицированного языка управления для станков с ЧПУ.

Его стандартизация позволяет станкам с ЧПУ разных производителей распознавать и выполнять одни и те же программы G-кода. Это значительно повышает универсальность и взаимозаменяемость производственных систем, принося пользу таким отраслям, как аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение и небольшие механические мастерские.

Прямое подключение к работе машины

Как язык программирования низкого уровня, G-код напрямую управляет движениями и скоростями машины с высокой точностью. Он позволяет использовать специальные команды, которые управляют каждым действием машины, от небольших движений инструмента до высокоскоростной резки, обеспечивая детальный и точный контроль.

По сравнению с языками программирования более высокого уровня, G-код проще и более тесно связан с реальными операциями станка. Каждая команда G-кода соответствует определенному действию, что делает его высокоэффективным и точным для выполнения сложных задач обработки, таких как сверление, фрезерование и резка. Его также можно легко настроить для удовлетворения различных специальных требований обработки.

Легкость обучения

Хотя программное обеспечение CAM может показаться более интуитивно понятным для новичков из-за его графического интерфейса и автоматизированных функций, понимание базовой структуры G-кода имеет решающее значение для более глубокого изучения. G-код имеет простую структуру, начинающуюся с буквы «G», за которой следуют числа и параметры, представляющие конкретные действия машины.

Как только будет понята базовая структура G-кода, новичкам будет легче понять принципы программирования ЧПУ. Ограниченное количество команд делает их относительно простыми для запоминания, и после освоения эти команды можно комбинировать для выполнения широкого спектра задач обработки. Для тех, кто хочет углубить свои знания в области программирования ЧПУ, изучение G-кода является важным первым шагом.

Кому следует изучать G-код?

Операторы ЧПУ
Операторы ЧПУ Знание G-кода дает им возможность настраивать и устранять неполадки в программах станков, обеспечивая больший контроль и точность в процессе обработки.

Инженеры, дизайнеры и любители
G-код также полезен для инженеров, дизайнеров и любителей, занимающихся обработкой на станках с ЧПУ или 3D-печатью. Понимание G-кода помогает им эффективно обмениваться проектами, оптимизировать процессы и настраивать свои проекты.

Разница между G-кодом и M-кодом

Аспект	G-код	М-код
Основная функция	Управляет перемещением инструмента по осям X, Y, Z, скоростью подачи и вращением.	Управляет вспомогательными функциями машины, такими как поток охлаждающей жидкости, запуск/остановка программы, выбор передачи.
Отношение к геометрии	Напрямую влияет на геометрию детали, направляя траекторию инструмента.	Не влияет на геометрию детали, фокусируется на работе станка.
Примеры	G01 (линейное движение), G02/G03 (круговое движение)	M03 (шпиндель включен), M05 (остановка шпинделя), M08 (подача СОЖ включена)
Роль в программе ЧПУ	Определяет, как движется инструмент для формирования детали.	Управляет работой машин и обеспечивает бесперебойное выполнение задач.

Заключение

Программирование ЧПУ само по себе является сложным, и как основной язык программирования ЧПУ, G-код предъявляет более высокие требования к программистам в таких областях, как понимание кода, выбор инструмента и планирование траектории обработки. С точки зрения понимания кода, программистам необходимо точно понимать значение и функцию каждой команды G-кода, а также взаимосвязи между различными командами. Это требует глубокого понимания принципов программирования ЧПУ и рабочих механизмов станков.

Высокая точность Обработка с ЧПУ, поставляя высококачественные компоненты. бойы Ваш надежный партнер в области точных решений с ЧПУ. Связаться с нами сегодня, чтобы воплотить ваши идеи в жизнь!

FAQ