Основы программирования
2. Программирование обработки на станках с ЧПУ
2.1. Основы программирования
Для выполнения обработки на станке с ЧПУ необходимо иметь управляющую программу на данную обработку. Управляющая программа по стандарту РФ определена как «совокупность команд на языке программирования, соответствующая заданному алгоритму функционирования станка по обработке конкретной заготовки» (ГОСТ 20523-80). Другими словами, управляющая программа для станка с ЧПУ представляет собой совокупность элементарных команд, определяющую последовательность и характер перемещений и действий исполнительных органов станка при обработке конкретной заготовки. При этом вид и состав элементарных команд зависит от типа системы ЧПУ станка и языка программирования, принятого для данной системы.
По мере развития станков с ЧПУ было разработано несколько языков программирования для составления управляющих программ. В настоящее время наибольшее распространение получил универсальный международный язык программирования ИСО-7бит, который иногда еще называют CNC-кодом или G-кодом. В нашей стране действует также специальный государственный стандарт России ГОСТ 20999-83 «Устройства числового программного управления для металлообрабатывающего оборудования. Кодирование информации управляющих программ». Современные международные и отечественные требования к управляющим программам станков с ЧПУ в основном соответствуют друг другу.
Код языка программирования ИСО-7бит относится к буквенно-цифровым кодам, в котором команды управляющей программы записываются в виде специальных слов, каждое из которых представляет собой комбинацию буквы и числа.
2.1.1.Составные элементы управляющей программы
Слово является базовым элементом текста управляющей программы. Слово представляет собой комбинацию прописной буквы латинского алфавита и некоторого числового значения, в качестве которого может использоваться либо целое двузначное или трехзначное число, либо десятичная дробь, целая и дробная части которой могут отделяться как запятой, так и точкой. В некоторых случаях в слове кроме буквы и числа могут использоваться и другие текстовые символы; например, между буквой и числом при необходимости может находиться математический знак «+» или «–». Буквенная составляющая слова в теории ЧПУ называется адресом, потому что она определяет «назначение следующих за ним данных, содержащихся в этом слове» (ГОСТ 20523-80).
Примеры записи слов:
G01
Х136.728
Z-4.87
Системы ЧПУ разных производителей имеют свои индивидуальные особенности в отношении буквенных символов, применяемых при составлении управляющих программ. Они во многом различаются как по перечню букв, так и по смысловому назначению команд. Стандарт РФ ГОСТ 20999-83 дает следующие определения значениям буквенных символов (см. табл. 1.2).
Таблица 1.2.
Рекомендуемые материалыFREE Маран Программная инженерия Техническое задание -9% КМ-3. ИДЗ-1 + КМ-4. ИДЗ 2 + КМ-5. ИДЗ-3 - Выполнение всех лаб по СПО в кратчайшие сроки! Основы социального предпринимательства.б. Синергия Российско-белорусское сотрудничество в области торгово-экономических отношений 2015-2022 гг. КМ-4. Анализ организационной структуры предприятия. + КМ-5. Анализ бизнес-процесса предприятия. Символ | Назначение | Применение |
| N | Номер кадра | Порядковый номер кадра. |
| G | Подготовительные функции и технологические циклы | Команды на вид и условия перемещения исполнительных органов станка. |
| M | Вспомогательные функции | Команды, определяющие условия работы механизмов станка, например, включение и выключение шпинделя или программируемый останов выполнения программы. |
| X | Функция прямолинейного перемещения по оси X | Задание координаты конечной точки или величины перемещения исполнительного органа станка вдоль оси X. |
| Y | Функция прямолинейного перемещения по оси Y | Задание координаты конечной точки или величины перемещения исполнительного органа станка вдоль оси Y. |
| Z | Функция прямолинейного перемещения по оси Z | Задание координаты конечной точки или величины перемещения исполнительного органа станка вдоль оси Z. |
| A | Функция кругового перемещения вокруг оси X | Задание координаты конечной точки или величины кругового перемещения исполнительного органа станка вокруг оси X. Символ применяется только при наличии у станка независимо перемещаемого вокруг оси X исполнительного органа. |
| B | Функция кругового перемещения вокруг оси Y | Задание координаты конечной точки или величины кругового перемещения исполнительного органа станка вокруг оси Y. Символ применяется только при наличии у станка независимо перемещаемого вокруг оси Y исполнительного органа. |
| C | Функция кругового перемещения вокруг оси Z | Задание координаты конечной точки или величины кругового перемещения исполнительного органа станка вокруг оси Z. Символ применяется только при наличии у станка независимо перемещаемого вокруг оси Z исполнительного органа. |
| U | Функция прямолинейного перемещения параллельно оси X | Задание конечной точки, определяющей перемещение исполнительного органа станка параллельно оси X. Символ применяется только при наличии у станка второго независимо перемещаемого вдоль оси X исполнительного органа. |
| V | Функция прямолинейного перемещения параллельно оси Y | Задание координаты конечной точки или величины перемещения исполнительного органа станка параллельно оси Y. Символ применяется только при наличии у станка второго независимо перемещаемого вдоль оси Y исполнительного органа. |
| W | Функция прямолинейного перемещения параллельно оси Y | Задание координаты конечной точки или величины перемещения исполнительного органа станка параллельно оси Z. Символ применяется только при наличии у станка второго независимо перемещаемого вдоль оси Z исполнительного органа. |
| P | Функция прямолинейного перемещения параллельно оси X | Задание координаты конечной точки или величины перемещения исполнительного органа станка параллельно оси X. Символ применяется только при наличии у станка третьего независимо перемещаемого вдоль оси X исполнительного органа. |
| Q | Функция прямолинейного перемещения параллельно оси Y | Задание координаты конечной точки или величины перемещения исполнительного органа станка параллельно оси Y. Символ применяется только при наличии у станка третьего независимо перемещаемого вдоль оси Y исполнительного органа. |
| R | Функция прямолинейного перемещения параллельно оси Z | Задание координаты конечной точки или величины перемещения исполнительного органа станка параллельно оси Z. Символ применяется только при наличии у станка третьего независимо перемещаемого вдоль оси Z исполнительного органа. |
| F | Функция подачи | Задание скорости результирующего прямолинейного перемещения инструмента относительно заготовки. |
| E | Функция подачи | Задание скорости результирующего прямолинейного перемещения инструмента относительно заготовки. Символ применяется только при наличии у станка второй автономной шпиндельной головки. |
| I | Функция интерполяции по оси X | Задание интерполяции перемещения исполнительного органа станка или шага резьбы вдоль оси X. |
| J | Функция интерполяции по оси Y | Задание интерполяции перемещения исполнительного органа станка или шага резьбы вдоль оси Y. |
| K | Функция интерполяции по оси Z | Задание интерполяции перемещения исполнительного органа станка или шага резьбы вдоль оси Z. |
| T | Функция смены инструмента | Задание команды на автоматическую установку в рабочую позицию сменного инструмента под определенным номером. Символ применяется только при наличии у станка устройства автоматической смены инструмента. |
| D | Функция смены инструмента | Задание команды на автоматическую установку в рабочую позицию сменного инструмента под определенным номером. Символ применяется только при наличии у станка второго устройства автоматической смены инструмента. |
| S | Функция главного движения | Задание скорости вращения вала шпинделя, если она регулируется программным способом. |
Буквы, используемые в качестве символов управляющих программах, выбраны не случайным образом. Большинство из них представляют собой начальные буквы соответствующих терминов на английском языке. Например, в качестве символа величины контурной скорости подачи выбрана буква «F » – первая буква английского слова feed («подача»), в качестве символа скорости вращения шпинделя - буква «S » - первая буква английского слова speed («скорость»), в качестве символа номера инструмента – буква «T » - первая буква английского слова tool («инструмент»).
В качестве числовой составляющей слов с буквенными символами G и М может использоваться только целое двузначное или трехзначное число. Десятичная дробь в словах с символами G и М использоваться не может, в отличие от слов с другими буквенными символами.
Если числовая составляющая слова представляет собой десятичную дробь, в конце дробной части которой содержатся нули, то для упрощения записи и чтения программ незначащие нули дробной части в большинстве систем ЧПУ отбрасываются. Иными словами, в управляющей программе не принято записывать, например, числа 4,100 или 3,120, а принято писать 4,1 или 3,12.
Приведенные в таблице буквенные символы являются не обязательными, а только рекомендуемыми для языков программирования. Если символы A, B, C, D, E, P, Q, R, U, V и W не используются для управления станком по прямому назначению, то они могут применяться для программирования каких-то специальных функций, присущих данной системе ЧПУ.
2.1.2. Кадр управляющей программы
Кадр представляет собой следующий в иерархии после слова элемент текста управляющей программы. Каждый кадр состоит из одного или нескольких слов, расположенных в определенном порядке, которые воспринимаются системой ЧПУ как единое целое и содержат как минимум одну команду. Отличительным признаком кадров как совокупности слов является то, что в них содержится вся геометрическая, технологическая и вспомогательная информация, необходимая для выполнения рабочих или подготовительных действий исполнительных органов станка. Рабочее действие в данном случае означает обработку заготовки за счет однократного перемещения инструмента по одной элементарной траектории (прямолинейное перемещение, перемещение по дуге и т. п.), а подготовительное действие – действие исполнительных органов станка для выполнения или завершения рабочего действия.
Пример записи кадра: N125 G01 Z-2.7 F30.
Данный кадр состоит из четырех слов: порядкового номера кадра «N125» и трех слов «G01», «Z-2.7» и «F30», которыми задается прямолинейное перемещение инструмента по оси Z до точки с координатой Z=–2,7 мм со скоростью подачи 30 мм/мин.
Текст управляющей программы для станка с ЧПУ есть не что иное, как сформированная по определенным правилам совокупность кадров. В общем случае система ЧПУ станка выполняет команды управляющей программы строго в порядке следования кадров, при этом переход к каждому очередному кадру осуществляется только по окончании выполнения предыдущего кадра.
Таблица 1.3.
| Символ | Назначение | Применение |
| % | Начало программы | Символ обозначения начала управляющей программы. В случае использования программоносителя в виде перфоленты используется также для остановки носителя данных при обратной перемотке перфоленты. |
| LF или ПС | Конец кадра | Символ обозначения конца кадра и перехода на следующую строку текста управляющей программы. В современных системах ЧПУ используется относительно редко. |
| : | Главный кадр | Символ обозначения кадра, в котором должны быть записана вся информация, необходимая для начала или возобновления обработки. В главном кадре данный символ записывается вместо символа «N» в слове «Номер кадра». |
| / | Пропуск кадра | Символ, обозначающий, что информация, содержащаяся после него до конца кадра в котором он расположен, будет или отрабатываться, или пропускаться - в зависимости от настроек на пульте управления. Если с этого символа начинается кадр, то его действие распространяется на весь этот кадр. |
| ( | Круглая скобка левая | Символ, обозначающий, что информация, помещенная за ним, не должна приниматься системой ЧПУ к исполнению. Используется совместно с символом «)». |
| ) | Круглая скобка правая | Символ, обозначающий, что информация, помещенная за ним, должна приниматься системой ЧПУ к исполнению. Используется совместно с символом «(». |
| NUL или ПУС | Пусто | Символ пропуска строки перфоленты. Используется только при написании программы на перфоленте. Не воспринимается системой ЧПУ. |
Чтобы отдельные кадры можно было связать в единую систему, кроме буквенных символов, приведенных в табл. 1.2, при составлении управляющих программ для систем ЧПУ применяют и многие другие текстовые символы. В табл. 1.3 приведены некоторые дополнительные символы, которые рекомендованы к применению стандартами РФ (ГОСТ 20999-83 и ГОСТ 19767-74).
Слова, произвольно расположенные в тексте управляющей программы, воспринимаются системой ЧПУ всего лишь как некоторый набор слов и не будут приняты к исполнению. Чтобы данные слова представляли собой команду, понятную для системы ЧПУ, они должны быть записаны в кадре управляющей программы в определенном виде и порядке в соответствии с принятым для конкретной системы ЧПУ форматом кадра.
Международный стандарт содержит следующие общие рекомендации, относящиеся к формату кадра при ручном программировании:
· Слова кадра, так же как и в обычном тексте, должны отделяться друг от друга интервалами (пробелами). (Необходимо отметить, что данное требование не соблюдается во многих современных системах ЧПУ).
· Каждый кадр начинается словом, обозначающим номер кадра. Данное слово – «номер кадра» – содержит буквенный символ N и число, соответствующее порядковому номеру кадра.
· Каждый кадр заканчивается словом, обозначающим конец кадра. Рекомендуемый вариант написания данного слова для большинства импортных систем ЧПУ – LF, для отечественных систем ЧПУ – ПС.
· Командные и размерные слова, а также слова, задающие величины технологических параметров обработки деталей, располагаются в тексте кадра между словами «номер кадра» и «конец кадра» в порядке, определенным производителем системы ЧПУ. В одних системах ЧПУ он может быть только строго определенным, в других – произвольным.
Для удобства работы международный стандарт рекомендует следующий порядок расположения слов в кадре: N..., G..., X..., Y..., Z..., U…, V…, W…, P…, Q…, R…, A…, B…, C…, I..., J..., K..., …, LF.
Если задается скорость подачи по одной определенной оси координат, то слово, обозначающее скорость подачи, должно следовать непосредственно за словом, задающим перемещение по данной оси. Если задается скорость подачи одновременно по двум и более осям координат, то слово, обозначающее скорость подачи, должно следовать непосредственно за последним словом, задающим перемещение по данным осям.
· Не допускается наличие в одном кадре слов с одинаковыми буквенными символами. В то же время любое слово может быть пропущено, если оно не является обязательным в данном кадре.
· С целью уменьшения объема текста управляющей программы в каждом кадре записывается только новая информация по отношению к предыдущему кадру, при этом неизменяемая часть информации из предыдущего кадра воспринимается системой ЧПУ по умолчанию как действующая.
В качестве примера проведем анализ структуры следующего кадра:
N75 G01 Z-10.75 F0.3 S1800 T03 M08 LF
Результат анализа представлен в следующей таблице 1.4.:
Таблица 1.4.
| Слово | Адрес | Число | Значение |
| N75 | N | 75 | Слово, состоящее из адреса N и порядкового числа 75, обозначает порядковый номер кадра. |
| G01 | G | 01 | Слово, состоящее из адреса G и кодового числа 01, обозначает подготовительную функцию, предписывающую выполнить перемещение инструмента по прямой линии с заданной скоростью подачи. |
| Z-10.75 | Z | -10.75 | Слово, состоящее из адреса Z и размерного числа –10.75, обозначает координату расположения по оси Z точки, в которую инструмент должен выполнить перемещение в связи с полученной командой G01. |
| F0.3 | F | 0.3 | Слово, состоящее из адреса F и размерного числа 0.3, обозначает величину скорости подачи по оси Z при выполнении команды G01. |
| S1800 | S | 1800 | Слово, состоящее из адреса S и размерного числа 1800, обозначает величину скорости вращения шпинделя |
| T03 | T | 03 | Слово, состоящее из адреса T и порядкового числа 03, обозначает порядковый номер инструмента, установленного в рабочую позицию из устройства автоматической смены инструмента. |
| M08 | M | 08 | Слово, состоящее из адреса M и кодового числа 08, обозначает вспомогательную функцию, предписывающую при выполнении команды G01 включить подачу СОЖ. |
| LF | LF | - | Слово, обозначающее окончание кадра. Применяется только в случае рукописного составления текста управляющей программы. При распечатке программы на устройстве печати не печатается. |
Состав программы, количество слов и структура слов определяется форматом кадра.
Например для системы «Размер- 4» станков типа 2204ВМ1Ф4 формат кадра имеет вид:
N79G2X+–43Y+–43Z+–43R+–43I+–43J+–43K+–43Y+–43B+–7
C+–7F41S51T46M2E7H7ПС
Здесь N7 означает семиразрядный номер кадра, т.е.сколько кадров может содержать УП;
9G2 – двухразрядная подготовительная функция, разбитая на 9 групп;
X+–43Y – семиразрядная функция перемещения по оси Х, последняя цифра (3) означает количество знаков после запятой, т.е. тысячные доли мм;.
E7 – выдержка времени;
H7 – число повтора программы и т.д.
Например, некоторые системы ЧПУ могут иметь такое число кадров в УП:
| Система ЧПК | Максимальное число кадров |
| Размер – 4 | 9999999 |
| Луч – 430 | 32767 |
| 2У32 | 9999 |
| Фанук – 6М | 999 |
| CNC – 600 | 9999 |
| 2С42 | 9999 |
Структура управляющей программы
В соответствии с международными стандартами и ГОСТ 20999-83 структура управляющей программы в общем случае подчиняется следующим правилам:
· В тексте управляющей программы должна содержаться геометрическая, технологическая и вспомогательная информация, которая необходима для проведения заданной обработки. В каждом кадре программы записывается только та информация, которая изменяется по отношению к предыдущему кадру. При этом выполнение системой ЧПУ оставшейся неизменной информации прекращается только после поступления команды на ее отмену (вид этой команды и способ отмены определяется особенностями конкретной системы ЧПУ).
· Каждая управляющая программа начинается символом «начало программы», подающим системе управления сигнал о начале выполнения программы. Вид символа «начало программы» зависит от особенностей применяемой системы ЧПУ. Наиболее часто в отечественных и зарубежных системах ЧПУ используется символ %. При этом кадр с символом «начало программы» не нумеруется. Нумерация кадров начинается с последующего кадра.
· Если управляющей программе необходимо присвоить обозначение, то его располагают в кадре с символом «начало программы» непосредственно за символом.
· Если текст управляющей программы необходимо сопроводить комментарием, например сведениями об особенностях наладки станка, то его размещают перед символом «начало программы».
· Управляющая программа должна заканчиваться символом «конец программы», подающим системе управления сигнал на прекращение выполнения управляющей программы, останов шпинделя, приводов подач и выключение охлаждения. Информация, помещенная в тексте управляющей программы после этого символа не должна восприниматься системой ЧПУ.
· Информация, расположенная в тексте управляющей программы между символами «начало программы» и «конец программы» и заключенная в круглые скобки не должна приниматься системой ЧПУ к исполнению. При этом в тексте внутри скобок не должны применяться символы «начало программы» и «главный кадр».
Пример того, как выглядит распечатка текста управляющей программы с точки зрения ее структуры, представлен в таблице 1.5.
Таблица 1.5.
| KORPUS-3506-12 | Комментарий с указанием названия детали |
| % TP0147 | Команда на начало выполнения программы с указанием названия программы |
| N10 G54 X80 Y100 … | Последовательность кадров, содержащих информацию по обработке детали |
| … | |
| (Podrezka torca) | Информация для программиста, не воспринимаемая системой ЧПУ |
| N75 G01 Z-10 F0.3 S1800 T03 M08… | Возобновление последовательности кадров, содержащих информацию по обработке детали |
| N435 M30 | Команда на окончание выполнения программы |
2.1.3. Кодирование подготовительных и вспомогательных функций
Обратите внимание на лекцию "Интернет-реклама".
В настоящее время на международном рынке станков с ЧПУ широко применяется свыше 100 различных видов систем с ЧПУ и столько же языков (кодов) программирования. Большинство из распространенных языков программирования в целом однотипно и в своей основе соответствуют универсальному международному языку программирования ИСО-7бит. Тем не менее, в связи с тем, что количество команд используемых в программировании станков с ЧПУ, уже составляет около тысячи, и каждый производитель системы управления дополняет основные команды собственными вариантами, нет возможности привести в одном месте сведения даже по наиболее известным языкам программирования.
В настоящее время для станков с ЧПУ в качестве программоносителя принята восьмидорожковая перфолента шириной 25,4 мм (1 дюйм), либо ее аналог (магнитный носитель), на которых информация для системы ЧПУ представлена в виде двоичного семиэлементного кода ИСО – 7 бит (ГОСТ 13052 – 74). Каждому символу этого кода (цифры 0…9; буквы латинского алфавита А…Z; знаки %, скобки, +, - и др.)соответствует вполне определенная комбинация отверстий (либо сочетания 0 и 1)на семи дорожках.
Восьмая дорожка – для пробивки дополнительного отверстий в строке (в символе), что позволяет контролировать правильность перфорации и считывания информации УЧПУ.
Поскольку варианты кодирования основных команд при программировании обработки на станках с ЧПУ могут значительно отличаться в разных системах ЧПУ, рассмотрим их на примере требований, изложенных в стандарте РФ ГОСТ 20999-83 «Устройства числового программного управления для металлообрабатывающего оборудования. Кодирование информации управляющих программ на кодирование информации управляющих программ».
В соответствии с ГОСТ 20999-83 кодирование основных подготовительных и вспомогательных функций должно соответствовать требованиям, приведенным в приложении №1.
