Освоение программирования ЧПУ: язык, структура и G/M-коды

Цель

После изучения данного раздела вы сможете:

• Идентифицировать инструкции программы ЧПУ.
• Понять формат программы.
• Описать коды адресных команд (Letter Address Codes).
• Описать определения специальных символов.
• Понять G- и M-коды.

Программы ЧПУ перечисляют инструкции в порядке выполнения. Они читаются как книга: слева направо, сверху вниз. Каждое предложение программы записано на отдельной строке — блоке (Block). Блоки расположены в определенной последовательности, обеспечивающей безопасность, предсказуемость и читаемость, поэтому важно придерживаться стандартной структуры программы.

Блоки располагаются в следующем порядке:

• Начало программы
• Установка инструмента
• Включение шпинделя
• Включение СОЖ
• Быстрое перемещение (G00) в позицию над деталью
• Обрабатывающая операция

• Выключение СОЖ
• Выключение шпинделя
• Перемещение в безопасную позицию
• Конец программы

Приведенные шаги — простейший тип программы: один инструмент, одна операция. Программы с несколькими инструментами повторяют шаги 2–9 для каждого.

Таблицы 3 и 4 в разделе G- и M-коды показывают самые частые коды, желательно запомнить.

Как у любого языка, у G-кода есть правила. Некоторые коды модальные — остаются в силе до отмены или изменения. Некоторые имеют разный смысл в зависимости от контекста. Эти правила описаны в главе, но не стоит учить каждый нюанс — задача постпроцессора CAD/CAM — правильно отформатировать и записать программу.

Формат программы

Программа в Таблице 1 обрабатывает квадратный контур и сверлит отверстие.

Блок	Описание	Назначение
% O1234 (T1 0.25 END MILL) G17 G20 G40 G49 G80 G90	Начало программы. Номер программы (Имя). Описание инструмента для оператора. Блок безопасности — обеспечить безопасный режим.	Начало программы
T1 M6 S9200 M3	Установить инструмент №1. Обороты 9200 об/мин, по часовой стрелке.	Смена инструмента
G54 M8 G00 X-0.025 Y-0.275 G43 Z1. H1 Z0.1 G01 Z-0.1 F18.	Использовать приспособление №1 (G54). СОЖ вкл. Быстрое перемещение над деталью. Быстрое перемещение в безопасную плоскость, TLO №1. Быстрое перемещение в плоскость подачи. Линейный ход на глубину резания 18 дюйм/мин.	Перемещение в позицию
G41 Y0.1 D1 F36. Y2.025 X2.025 Y-0.025 X-0.025 G40 X-0.4 G00 Z1.	Компенсация диаметра (CDC) влево, вход, компенсация D1, 36 дюйм/мин. Линейный ход. Линейный ход. Линейный ход. Линейный ход. Выкл. CDC с выходным движением. Быстрое перемещение в безопасную плоскость.	Обработка контура
M5 M9 (T2 0.25 DRILL) T2 M6 S3820 M3	Шпиндель выкл. СОЖ выкл. Описание инструмента для оператора. Установить инструмент №2. Обороты 3820 об/мин, по часовой стрелке.	Смена инструмента
M8 X1. Y1. G43 Z1. H2 Z0.25	СОЖ вкл. Быстрое перемещение над отверстием. Быстрое перемещение в безопасную плоскость, TLO №2. Быстрое перемещение в плоскость подачи.	Перемещение в позицию
G98 G81 Z-0.325 R0.1 F12. G80 Z1.	Цикл сверления (canned), глубина Z-.325, F12. Отмена цикла сверления. Быстрое перемещение в безопасную плоскость.	Сверление отверстия
M5 M9 G91 G28 Z0 G91 G28 X0 Y0 G90 M30 %	Шпиндель выкл. СОЖ выкл. Возврат в домашнюю позицию по Z. Возврат в домашнюю позицию по XY. Сброс в абсолютный режим (безопасность). Сброс программы в начало. Конец программы.	Конец программы

Коды адресных команд (Letter Address Commands)

Командный блок управляет станком через адресные команды (буквенные адреса). Некоторые используются многократно, их смысл меняется в зависимости от G-кода в том же блоке.

Коды бывают модальными (действуют до отмены/изменения) или не модальными (действуют только в текущем блоке). Многие адреса выбраны логично (T — tool, S — spindle, F — feed rate).

Таблица 2: Коды адресных команд

Переменная	Описание	Определения
A	Абсолютная/инкрементная позиция оси A (вращательная вокруг X)	A,B,C — 4/5-я вращательные оси. Угол в градусах до 3 знаков. G01 A45.325 B90.
B	Абсолютная/инкрементная позиция оси B (вращательная вокруг Y)	Аналогично A
C	Абсолютная/инкрементная позиция оси C (вращательная вокруг Z)	Аналогично B
D	Задает диаметровое/радиальное смещение для компенсации диаметра режущего инструмента	Компенсация износа и дефлекции диаметра. D сопровождается целым числом, совпадающим с номером инструмента (T5 → D5). Без десятичной точки. Всегда с G41/G42 и XY движением (не дугой). Контроллер считывает регистр и смещает траекторию влево (G41) или вправо (G42) на значение регистра. G01 G41 X2. D1
E	Точная подача для резьбонарезания на токарных	—
F	Задает скорость подачи	Устанавливает подачу при фрезеровании линий, дуг, циклах сверления. Подача в дюйм/мин (G94) или обратное время (G93). До 3 знаков после запятой (для резьбы), нужна десятичная точка. G01 X2. Y0. F30.
G	Адрес подготовительных команд	G-команды говорят контроллеру, какое движение нужно (быстрое позиционирование, линейная подача, круговая, фиксированный цикл) или какое смещение использовать. G02 X2. Y2. I.50 J0.
H	Задает смещение длины инструмента; инкрементная ось, соответствующая C (на токарно-фрезерных)	Вызывает регистр TLO на контроллере. Контроллер комбинирует TLO и Fixture Offset Z, чтобы знать положение инструмента относительно нуля детали. Всегда с целым числом (H1, H2), G43 и Z координатой. G43 H1 Z2.
I	Задает размер дуги по оси X для G02/G03. Также параметр в некоторых фиксированных циклах.	Для дуг (G2/G3) — инкрементное X-расстояние от начала дуги к центру. Некоторые циклы сверления используют I как опциональный параметр. G02 X.5 Y2.500 I0. J0.250
J	Задает размер дуги по оси Y для G02/G03. Также параметр в некоторых фиксированных циклах.	Для дуг — инкрементное Y-расстояние от начала дуги к центру. Некоторые циклы используют J. G02 X.5 Y2.500 I0. J0.250
K	Задает размер дуги по оси Z для G02/G03. Также параметр в циклах, равен L.	Для дуги — инкрементное Z-расстояние от начала дуги к центру. В плоскости G17 — инкремент Z для винтовых движений. Некоторые циклы используют K. G18 G03 X.3 Z2.500 I0. K0.250
L	Счетчик циклов фиксированного цикла; спецификация регистра для G10	Счетчик циклов: число повторений фиксированного цикла в каждой позиции. По умолчанию 1. Иногда используется K вместо L. С инкрементным позиционированием (G91) серию равноудалённых отверстий можно запрограммировать как цикл. G10: спецификация регистра для редактирования (смещения приспособления, радиуса инструмента, длины инструмента).
M	Вспомогательная функция	Всегда с целым числом, определяющим смысл. Только один M-код в блоке. Расширенные определения позже. M08
N	Номер строки (блока) в программе; номер системного параметра для G10	Номера блоков облегчают чтение. Редко нужны для CAD/CAM программ без подпрограмм. Занимают память — большинство 3D программ не используют. Целые до 5 знаков, без десятичной точки. Не могут быть перед % и обычно не перед комментарием. N100 T02 M06
O	Имя программы	Программы хранятся по номеру. Целое число с буквой O, без десятичных. O1234 (Exercise 1)
P	Параметр для различных G и M кодов	Выдержка (задержка) в секундах. С G4, если не в циклах сверления. G4 P.1
Q	Шаг погружения в циклах сверления (peck increment)	Инкремент подачи за проход в цикле пошагового сверления. G83 X2. Y2. Z-.625 F20. R.2 Q.2 P9.
R	Задает радиус дуги или высоту отхода в циклах сверления	Дуги можно задать радиусом R или векторами I,J,K. IJK надежнее R — рекомендуется использовать их. R также в циклах сверления — плоскость возврата Z. G83 Z-.625 F20. R.2 Q.2 P9.
S	Задает скорость: обороты шпинделя или скорость резания в зависимости от режима	Обороты шпинделя (RPM). Целое без десятичной, всегда с M03 (по часовой) или M04 (против). S2500 M03
T	Выбор инструмента	Выбирает инструмент. Целое, всегда с M6 (код смены). T01 M06
U	Инкрементная ось, соответствующая X (обычно только токарные группа А); также время выдержки на некоторых станках	В этих системах X и U заменяют G90/G91. На этих токарных G90 — адрес фиксированного цикла для черновой обработки.
V	Инкрементная ось, соответствующая Y	До 2000-х V редко использовался — большинство токарных с U,W не имели Y. Сейчас с живым инструментом и токарно-фрезеровкой V встречается чаще.
W	Инкрементная ось, соответствующая Z (обычно только токарные группа А)	В этих системах Z и W заменяют G90/G91. На этих токарных G90 — адрес фиксированного цикла для черновой обработки.
X	Абсолютная/инкрементная позиция оси X	Координатные данные X. До 4 знаков после запятой, конечные нули не используются. Координаты модальны — не повторять, если не меняются. G01 X2.250 F20.
Y	Абсолютная/инкрементная позиция оси Y	Координатные данные Y. G01 Y2.250 F20.
Z	Абсолютная/инкрементная позиция оси Z	Координатные данные Z.

Определения специальных символов

• % — Начало или конец программы. Все программы начинаются и заканчиваются % в отдельном блоке. Код перемотки ленты (наследие эпохи бумажных лент).
• ( ) — Комментарии. Комментарии оператору — заглавные буквы в скобках. Макс. 40 символов, все заглавные. (T02: 5/8 END MILL)
• / — Пропуск блока (Block Delete). Коды после этого игнорируются, если на пульте включен Block Delete. / M00
• ; — Конец блока (End of Block). Невидим в текстовом редакторе (перевод строки), но появляется в конце каждого блока на экране пульта. N8 Z0.750 ;

G- и M-коды

G- и M-коды составляют основу программы ЧПУ. Определения классов кодов и конкретные значения важнейших кодов ниже.

G-коды (подготовительные)

Коды, начинающиеся с G, называются подготовительными — они готовят станок к определенному типу движения.

Код	Описание
G00	Быстрое перемещение (Rapid). Для позиционирования без резания.
G01	Линейное движение с заданной подачей.
G02	Круговая интерполяция по часовой стрелке.
G03	Круговая интерполяция против часовой стрелки.
G04	Выдержка (Dwell).
G28	Возврат в домашнюю позицию станка.
G40	Выключение компенсации диаметра режущего инструмента (CDC).
G41	CDC влево.
G42	CDC вправо.
G43	Компенсация длины инструмента (TLO).
G54	Смещение приспособления №1.
G55	Смещение приспособления №2.
G56	Смещение приспособления №3.
G57	Смещение приспособления №4.
G58	Смещение приспособления №5.
G59	Смещение приспособления №6.
G80	Отмена цикла сверления.
G81	Простой цикл сверления.
G82	Простой цикл сверления с выдержкой.
G83	Цикл пошагового сверления (peck drilling).
G84	Цикл нарезания резьбы (растачивание).
G90	Режим абсолютного программирования координат.
G91	Режим инкрементного программирования координат.
G98	Возврат цикла сверления к исходной точке (R).
G99	Возврат цикла сверления к референсной плоскости (последняя Z высота).

M-коды (вспомогательные)

Коды, начинающиеся с M — вспомогательные (miscellaneous). Управляют дополнительными функциями: СОЖ, направление шпинделя. В одном блоке может быть только один M-код.

Код	Описание
M00	Останов программы. Нажать Cycle Start для продолжения.
M01	Опциональный останов.
M02	Конец программы.
M03	Шпиндель по часовой стрелке (CW).
M04	Шпиндель против часовой стрелки (CCW).
M05	Останов шпинделя.
M06	Смена инструмента.
M08	СОЖ включить.
M09	СОЖ выключить.
M30	Конец программы и возврат к началу (нажать Cycle Start для повтора).

Расширенные определения избранных G-кодов

G00 — Быстрое перемещение (Rapid Move)

Команда двигаться максимально быстро к заданной точке. Всегда с координатной позицией, модальна. В отличие от G01, G00 не координирует оси для движения по прямой. Каждая ось движется с макс. скоростью до выполнения. Движение получается как на рис. 18.

G00 X0. Y0.

Внимание: Скорость rapid на некоторых станках может превышать 1 м/с. Неверное смещение или координата могут разбить станок быстрее, чем оператор нажмет аварийную остановку. Используйте переопределение rapid feed override при первом запуске программы.

Линейное движение — движение по прямой

G-код — о движении. Самый частый тип — прямолинейное (линейное). Движение модально: вы говорите контроллеру тип движения G-кодом, он запоминает и делает его до смены другим G-кодом.

• G00 — быстрое позиционирование; Rapids — максимальная скорость. Перемещение режущего инструмента через воздух к следующей позиции резания.
• G01 — более медленное режущее движение; Feed — медленнее, для резания. Подача задается F-кодом.

F-word = «F» как «Feedrate». S-word = «S» как «Spindle Speed», адрес — об/мин.

Задание линейного движения через X, Y, Z

Указание G00 или G01 не вызывает движения — они лишь говорят контроллеру, какой тип движения ожидать, когда вы наконец скажете, куда двигаться. Для реального движения нужно указать пункт назначения словами X, Y, Z. Чтобы перейти в нуль детали:

G00 X0 Y0 Z0 или медленнее G01 X0 Y0 Z0 F40.

Интерполированное движение (interpolated move) — когда задаем несколько координат в одной строке — значит, более одной оси движется одновременно. Контроллер двигает их с точно нужной относительной скоростью, чтобы резец следовал по прямой к цели с заданной подачей.

Если задать ту же цель, но разнести координаты по строкам — каждый блок отдельное движение:

G00 X0 Y0 (движение к X0 Y0, Z неизменно)
Z0 (движение к Z0, X,Y неизменны)

G00 и G01 модальны — указываем только при смене режима.

Ось Z

Интерполированные движения поднимают вопрос для оси Z. Часто лучше двигать ось глубины резания отдельно, а не в координированном движении с X и Y. Легче судить о возможном столкновении, когда резец приближается к детали и оснастке. Сначала двигаем по X и Y, потом по Z — гораздо проще оценить риск случайного столкновения. Также меньше шансов задеть случайный предмет (зажим), если держать резец высоко, пока не окажетесь прямо над началом резания.

G02 и G03 — Круговое движение как модальный режим

• G02 устанавливает режим по часовой стрелке.
• G03 устанавливает режим против часовой стрелки.

Когда режим G02/G03 установлен, дуги определяются в G-коде двумя концами и центром, равноудалённым от концов. Концы просты: текущая контрольная точка (положение в начале блока) — один конец. Другой — координаты XYZ. Центр чаще всего задают через I, J, K — инкрементные смещения от начала дуги к центру.

ПРИМЕР ПО ЧАСОВОЙ СТРЕЛКЕ:

Дуга начинается в X0 Y2., заканчивается в X2. Y0. Центр в X0 Y0. В G-коде:

G02 (установка режима по часовой стрелке)
X2 Y0 I0 J-2.0

Центр через радиус «R»

Можно задать центр просто радиусом окружности. Радиус 2, тогда G-код:

G02 X2 Y0 R2

G17/G18/G19 — Обозначение плоскости

Дуги должны лежать в плоскости, заданной командой G17 (XY), G18 (XZ) или G19 (YZ). G17 — по умолчанию.

G40/G41/G42 — Компенсация диаметра режущего инструмента (CDC)

CDC — ключ к точному ЧПУ, позволяя оператору компенсировать износ и дефлекцию инструмента, приказывая станку отклониться влево (G41) или вправо (G42) от запрограммированной траектории. G40 отменяет компенсацию. Величина смещения вводится в D-регистр контроллера. Регистр износа — как таблица, к которой контроллер обращается при каждом движении.

Таблица 5: Регистр диаметрового смещения

Смещение диаметра инструмента	Значение
D1	0.0125
D2	0.0000
D3	0.0000
D4	0.0000
D5	0.0000
D6	0.0000

Значение в D-регистре вычисляет оператор, контролируя готовые размеры элементов детали, сравнивая с чертежом и внося разницу в регистр для поддержания спецификаций. Если отклонения нет — регистр = 0.

G01 G41 D1 X1.0 Y.25 F40.

G43 — Компенсация длины инструмента

G43 активирует компенсацию длины инструмента. Всегда с H-кодом и Z-движением: H — регистр TLO для чтения, Z — высота относительно нуля детали.

TLO как таблица на контроллере:

Таблица 6: Рабочие смещения (Tool Length Register)

Регистр длины инструмента	Z
H1	10.236
H2	4.7510
H3	6.9652
H4	7.6841
H5	12.4483
H6	8.2250

TLO комбинируется с активным фикстуром на контроллере, так станок знает, где кончик инструмента относительно нуля детали.

G43 H1 Z1.

G54 — Рабочее смещение (Work Offset)

Рабочие смещения — регистры данных в контроллере ЧПУ, хранящие расстояние от домашней позиции станка X,Y,Z до нуля детали. Их можно представить как таблицу:

Таблица 7: Рабочее смещение

Рабочее смещение	X	Y	Z
G54	14.2567	6.6597	0.0000
G55	0.0000	0.0000	0.0000
G56	0.0000	0.0000	0.0000
G57	0.0000	0.0000	0.0000
G58	0.0000	0.0000	0.0000
G59	0.0000	0.0000	0.0000

Совет: G54 обычно для первой наладки. Дополнительные смещения — для других сторон детали.

X и Y — расстояние от домашней позиции станка до нуля детали по XY. Z — расстояние от референсной точки инструмента (например, верха блока 1-2-3) до Z-нуля детали.

G54 X0. Y0.

Тест по блоку

1. Опишите инструкции списка программы ЧПУ.
2. Все программы ЧПУ начинаются и заканчиваются чем?
3. Опишите коды адресных команд (Letter Address Commands).
4. Перечислите три специальных символа.
5. Опишите G- и M-коды.
6. Опишите G00 G90 G54 X0 Y0.
7. Опишите G00 G90 G43 H1 Z1.
8. В чем разница между G00 и G01?
9. В чем разница между G02 и G03?
10. Опишите F- и S-слова.