модальные и немодальные коды

§ 11. Модальность. Группы кодов

29.04.2017Все подготовительные (G) и вспомогательные (M) функции можно разделить по времени действия в кадре программы. Коды, которые встречаются в одном кадре и действуют до того момента, пока не встретится отменяющий код называются модальными. Отменяющий код может распологаться в любом месте программы. Свойство модальности позволяет уменьшить размер управляющей программы, тем, что не требует прописывать тот или иной код в каждой строке. Особенно это было актуально на заре развития систем ЧПУ, когда размер памяти измерялся килобайтами и имел большое значение.

На фрагменте ниже программируется ускоренное перемещение (G0) в точку на безопасной плоскости, после чего происходит переключение на режим рабочего движения фрезы (кадр N30).
.
N10 G0 X0 Y0
N20 Z10
N30 G1 Z5 F100
N40 X10 Y5.5
.

В кадрах N20 и N40 движение происходит на режимах заданных кадром выше. Соответственно по принципу модальности вывод G0 и G1 в этих кадрах не нужен. В кадре N30 также задается скорость перемещения фрезы 100 мм/мин. Она будет действовать пока не встрится новое значение с адресом F или изменен режим движения.

Код, действующий в пределах одного кадра программы называется немодальным. Его действие прекращается уже в следующем кадре.

Группы кодов вспомогательных функций:

Группы кодов подготовительных функций:

Источник

Модальные и немодальные коды

Все станочные коды можно условно разделить на два класса в зависимости от их способности сохраняться в памяти СЧПУ. Немодальные коды действуют только в том кадре, в котором они находятся. Модальные коды, напротив, могут действовать бесконечно долго, пока их не отменят другим кодом.

Выделяют несколько групп кодов в зависимости от функции, которую они выполняют (табл. 5.2). Два модальных кода из одной группы не могут быть активными в одно и то же время. Например, G02 и G03 находятся в группе кодов осевых перемещений, и вы не можете применять оба этих кода сразу. Один из этих кодов обязательно отменит действие другого. Это как попытаться ехать на автомобиле одновременно и вправо, и влево. Однако вы можете одновременно использовать коды из разных функциональных групп. Например, в одном кадре можно написать G02 и G90.

Таблица 5.2. Коды по группам

Особенностью модальных кодов является то, что не нужно вводить активный код в последующие кадры. Например, код G01 используется для перемещения инструмента по прямой линии. Если нам необходимо совершить множество прямых перемещений, то не обязательно в каждом последующем кадре писать G01. Для отмены кода G01 следует применить один из кодов той же самой функциональной группы (G00, G02 или G03). Большинство из G-кодов являются модальными. Программист должен знать, к какой группе и к какому классу принадлежит тот или иной код.

Хотя М-коды обычно не делят на модальные и немодальные, однако этот термин все же можно применить и к ним. Например, можно выделить группу М-кодов, отвечающих за подачу охлаждающей жидкости (М07, М08, М09) или за вращение шпинделя (М03, М04, М05). Тем не менее большинство М-кодов нужно рассматривать как немодальные. Некоторые стойки ЧПУ допускают программирование только одного М-кода в кадре.

Источник

Формат программы

Одна и та же управляющая программа может выглядеть по-разному. В качестве примера этого явления приведем фрагмент все той же программы обработки паза:

…
N70 G01 Z-1 F25
N80 G01 X3 Y3
N90 G01 X7 Y3
N100 G01 X7 Y8
N110 G01 Z0.5
…

Так как G01 является модальным кодом, то совсем не обязательно указывать этот код в каждом кадре линейных перемещений. Поэтому данный фрагмент УП может выглядеть следующим образом:

…
N70 G01 Z-1 F25
N80 X3 Y3
N90 X7 Y3
N100 X7 Y8
N110 Z0.5
…

СЧПУ читает первый кадр, в котором задается линейное перемещение по оси Z на глубину 1 мм (Z-1). Затем считывается второй кадр, в котором присутствуют координаты, но нет другого G-кода. Так как G01 является модальным кодом, то он сохраняется в памяти и используется СЧПУ для работы с новыми координатами. Можно сказать, что адреса X и Y также являются модальными. То есть значения координат сохраняются в памяти, пока СЧПУ не заменит (обновит) их другими значениями координат. Таким образом, данный фрагмент УП можно переписать еще раз:

…
N70 G01 Z-1 F25
N80 X3 Y3
N90 X7
N100 Y8
N110 Z0.5
…

Система ЧПУ читает программу обработки кадр за кадром. При этом в буфер памяти системы попадает один или несколько кадров целиком. Для современных систем ЧПУ не принципиально, в каком месте кадра находится тот или иной код (слово данных). Однако некоторые станки, имеющие старые системы ЧПУ, могут быть очень придирчивы к порядку слов данных в кадре и к пробелам между ними. Для современной стойки три приведенных ниже кадра будут иметь совершенно одинаковый эффект:

N01 G55 G01 X30.45 Y2.35 M08
N02 M08 Y2.35 G55 X30.45 G01
N03 G01 X30.45 Y2.35 G55 M08

Для того чтобы программисту было легче создавать и читать УП, рекомендуется следующий порядок расположения слов данных и знаков программирования в кадре:

После номера кадра N обычно следует G-код. Это как глагол в предложении – G-коды говорят нам, какую функцию несет каждый кадр. Далее следуют адреса и координаты позиций осевых перемещений. М-коды обычно ставятся в конец кадра. Это правило действует, когда в кадре присутствует G-код. Тем не менее если в кадре нет G-кода, то многие программисты предпочитают ставить М-код в начало:

…
N40 M03 S1000
N50 G00 X3 Y8
…

В УП не допускаются пробелы между адресом (буквой) и числом или внутри G- и М-кодов. В приведенном кадре есть несколько ошибок, и СЧПУ станка обязательно будет на них «ругаться»:

Большинство современных стоек прекрасно работает и без пробелов между словами данных. Удаление пробелов позволяет сократить размер управляющей программы. Однако человеку, в отличие от компьютера, будет непривычно читать УП в таком варианте. Сравните два варианта одного и того же кадра:

Первый вариант явно читается легче, что означает меньшую вероятность ошибки при написании или проверке программы обработки.

Номера кадров для большинства современных СЧПУ не обязательны. Они используются для облегчения поиска требуемой информации в УП и для создания переходов к определенному кадру в некоторых особых случаях. Поэтому фрагмент программы, с которым мы работаем:

…
N70 G01 Z-1 F25
N80 X3 Y3
N90 X7
N100 Y8
N110 Z0.5
…

перепишем следующим образом:

Необходимо уделить особое внимание числовому формату, с которым ваша стойка ЧПУ сможет работать. Обычно система ЧПУ работает с десятичным форматом и позволяет использовать несколько знаков до десятичной точки и несколько знаков после нее (например, 999.999). Возможны различные варианты употребления ведущих (перед десятичной точкой) и последующих (после десятичной точки) нулей. Сравните:

В некоторых случаях наличие десятичной точки в определенных словах данных обязательно, а в других случаях недопустимо. Поэтому внимательно ознакомьтесь с разделом документации станка с ЧПУ, в котором говорится о формате программирования.

При работе с положительными числами не требуется вводить знак «+», так как СЧПУ исходит из положительного значения числа, если не введен никакой знак. Но при необходимости ввода отрицательного числового значения знак «–» должен быть запрограммирован обязательно.

Теперь мы можем сравнить первоначальный вариант программы обработки паза и новый вариант, созданный в этой главе (табл. 5.3). Несмотря на то что второй вариант УП имеет меньший размер (экономия программной памяти системы ЧПУ), его гораздо труднее читать.

Следовательно, при работе с «экономичной» версией УП появляется вероятность сделать ошибку или ее не заметить. Так как современные СЧПУ и компьютеры обладают достаточно большим объемом памяти, то нет смысла «экономить байты», убирая пробелы между словами данных, не ставя номеров кадров и забывая про комментарии.

Таблица 5.3. Два варианта одной программы

Источник

G- и M-коды для станков с ЧПУ – просто о сложном

Станочные комплексы с CNC используют для работы множество ПО. Однако руководить оборудованием можно с помощью одного и того же управляющего кода. Это буквенно-цифровой язык ISO 7-bit. Основывается на международных стандартах ISO и EIA.

Что такое G- и M-функции для CNC?

Большинство изготовителей систем ЧПУ описывают основные параметры с помощью стандартов ISO, но часто в своем оборудовании отступают от правил, чтобы расширить возможности систем.

Японские компании в своих системах ЧПУ FANUC широко раскрывают потенциал использования G- и М-кодов. Их оборудование одним из первых заработало на языке ISO 7-bit. Сейчас это самые распространенные пульты в мире.

G-коды настраивают СЧПУ на определенное действие. М-коды – вспомогательные, управляют режимами работы оборудования. Чтобы инструмент двигался по прямой траектории, вносится команда G01. А если необходимо заменить рабочий орган, используется код М06.

G- и M-коды для программирования станков с ЧПУ – что это?

Настройки оборудования с CNC пишутся на различных языках, но набора основных G- и М-команд достаточно, чтобы создать УП.

G-code (NC-код)

G-функция – язык программирования, осуществляет подготовительные функции для работы станка по управлению осевым перемещением инструмента.

«ИСО 7-бит» создан компанией EIA в 60-х гг. прошлого столетия, а доработан спустя 20 лет. G-код утвержден как стандарт ISO 6983-1:2009, в СССР – как ГОСТ 20999-83. Код записывает информацию на восьмидорожечной перфоленте и кодирует 128 символов.

Справка: многие производители дорабатывают код по-своему, и отличия от базового можно посмотреть в инструкции к конкретной системе управления.

В программе, написанной на языке ISO 7-bit, все команды формируют кадры – совокупности из одной или нескольких команд. Первый кадр состоит из единственного знака – «%». Иногда такой символ стоит и в последнем кадре. Так программа отделяет кадры друг от друга. Остальным присваиваются номера, а оканчиваются они знаком CR/LF – перевод строки. Чтобы завершить программу, вводится команда M02 или M30.

Комментарии пишутся в круглых скобках и несут конкретную информацию:

Примечание: СЧПУ не считывает текст в круглых скобках.

Чаще всего список кодов в кадре начинается с подготовительных. Затем вписываются команды перемещения, выбирается режим работы и технологические коды.

Модальные и немодальные G-коды.

Независимые части основного ПО описываются в промежутке обозначений M02–M30. Сначала идет номер, в конце прописывается M17.

М-code

М-функции — дополнительные коды, на разных станках CNC могут немного отличаться. Эти команды управляют рабочими органами и режимами оборудования с ЧПУ.

Вспомогательные команды используются одиночно или вместе с другими кодами. Когда кадр устанавливает рабочий орган в шпиндель, это выглядит так:

Здесь команда M6 на пульте подразумевает некоторый набор действий, чтобы заменить рабочий орган:

Если М- код включает какое-либо устройство, то обязательно существует его пара, которая выключает:

M8 – M9 – включить/выключить систему охлаждения;

M3 – M5 – включить/выключить обороты шпинделя.

В кадре разрешается использовать несколько М-функций. Для станков с внушительным набором сменных устройств задействуется больше М-кодов в управлении.

Примечание: М-код может вписываться самостоятельно или в кадре с G-кодами.

Вспомогательные команды делятся:

Важно: на разных станках одни и те же команды могут настраиваться на управление другими устройствами.

Таблица G-кодов ЧПУ с расшифровкой

Таблица представляет неполный перечень команд для управления станком, только важные:

Таблица M-кодов ЧПУ с расшифровкой

Вспомогательные команды программного кода маркируются буквой М и выполняют такие действия:

G-функции для станков ЧПУ

До 4 кодов в кадре.

G-code окружности с координатами центра.

G-code для сверления отверстий.

Дополнительные обозначения при программировании станков CNC

Координаты точек движения инструмента в декартовых плоскостях– X, Y, Z.

Смещение вокруг осей X, Y, Z – А, В, С.

Круговая интерполяция параллельно осям координат X, Y, Z – I, J, К.

R – радиус, в повторяющихся периодах – положение плоскости отвода, в команде вращения – угол поворота системы координат.

D – параметр коррекции на радиус рабочего органа.

Н – показатель компенсации длины инструмента.

F – настройка подачи.

S – параметр основного перемещения.

Т – показатель номера инструмента, который требуется поставить на замену поворотом патрона.

N – номерное значение кадров управляющей программы.

/ – пропуск кадра, который не нужно выполнять, ставиться перед кадром.

Семиразрядный код ISO 7-bit – основной для современных отечественных станков CNC. Правила кодирования для станка с конкретным устройством ЧПУ определяются используемым общим кодом, инструкцией по эксплуатации оборудования и руководством по программированию систем ЧПУ.

Источник

Команды управления станками с ЧПУ

Продолжаем публикацию материалов из Справочника фрезеровщика под редакцией В.Ф. Безъязычного. На этот раз разберем cтанки с числовым программным управлением.

Станки с числовым программным управлением отличаются от обычных тем, что контролируются не оператором в процессе работы, а управляющей программой, составленной до начала работы. От того, насколько грамотно составлена программа, во многом зависит качество обрабатываемых деталей. Качество же отработки самой программы определяется, с одной стороны, характеристиками механической части станка (точностью, жесткостью и другими), с другой – совершенством стойки ЧПУ (дискретность, математическое обеспечение и прочее).

Наибольшее распространение получили три системы числового программного управления: Heidenhain, Sinumerik и Fanuc (рис. 3.26). Все они поддерживают стандартный код ISO, однако имеют наборы специфических команд. Например, пакет пятиосевой трансформации, решая одни и те же задачи, реализован по-разному в каждой системе.

Рис. 3.26. Стойки ЧПУ основных производителей

Управляющая программа представляет собой последовательность кадров (строчек), в которых задана траектория перемещения инструмента и технологические команды – включение и выключение вращения шпинделя, подача СТОС, смена инструмента и др. Каждый кадр состоит из слов, сочетания адреса (X, Y, T, S…) и числа, записываемого в этот адрес памяти стойки (см. табл. 3.13)

3.13. Шаблон типового кадра управляющей программы

Так, для перемещения в позицию 100 по координате Х следует задать адрес позиционирования X100 и тип перемещения, например линейное, на рабочей подаче – технологическую команду G1. В современных стойках ЧПУ номер кадра не является обязательным блоком и служит для удобства наладчика и программиста

Основные адреса позиционирования приведены в таблице 3.14, основные G-коды и М-коды – в таблицах 3.15 и 3.16.

3.14. Основные адреса позиционирования

3.15. Основные G-коды (подготовительные функции)

3.16. Основные M-коды (функции управления станком)

Различают модальные и немодальные (одноблочные) команды. Немодальные действуют только на тот кадр, где встречаются. Модальные работают как тумблер, будучи включены, распространяют свое действие на все последующие кадры. То есть немодальные команды необходимо указывать в каждом кадре, а модальные достаточно в одном. Например:

В кадре N10 происходит перемещение в абсолютных координатах G90 в точку X = 100; Y = 200 на холостом ходу G0 с торможением в конце кадра G9. G90 и G0 модальные, поэтому в следующем кадре происходит перемещение, также на холостом ходу в точку с абсолютными координатами X100; Y200; Z50. G9 не модальная команда, ее приходится повторять.

В кадре N20 отменяем действие G90, указав G91 – происходит относительное перемещение по координате X на 100 мм (в точку с абсолютными координатами X200; Y200; Z50), причем на рабочем ходу G1 с подачей F 350 мм/мин. G91 и G1 модальные, поэтому в следующем кадре N25 произойдет перемещение на рабочем ходу на 200 мм по оси Y (в точку с абсолютными координатами X200; Y400; Z50).

При разработке программы используют линейную или круговую интерполяцию. Стойка ЧПУ рассчитывает траекторию движения инструмента (положение в каждый момент времени при отработке кадра) из текущей позиции в запрограммированную конечную по прямой в случае линейной интерполяции и по дуге окружности в случае круговой. Строго говоря, движение по дуге станок отрабатывает тоже прямыми отрезками, но они достаточно малы, чтобы аппроксимировать дугу с требуемой точностью.

Кадр круговой интерполяции, в отличие от линейной, должен содержать не только координаты конечной точки X, Y, Z но и адреса I, J, K, задающие центр дуги окружности, по которой происходит перемещение. Например:

Используя круговую интерполяцию, следует предварительно указать, в какой координатной плоскости происходит расчет командами G17, G18 или G19 (рис. 3.27). Так, при движении в плоскости XY (G17) адрес I соответствует расстоянию по координате X; J соответствует Y.

Рис. 3.27. Координатные плоскости

Следует помнить о двух основных способах определения I, J, K:

Рис. 3.28. Абсолютное положение координат центра окружности

Рис. 3.29. Относительное положение координат центра окружности

Причем относительное смещение может измеряться от центра дуги до конечной точки предыдущего кадра или от конечной точки до центра, то есть отличаться знаком. Имея центр дуги, придти в ее конечную точку можно как по часовой стрелке, так и против. Профиль на детали будет обработан разный. Поэтому нельзя забывать указывать направление движения при круговой интерполяции – по часовой стрелке G02 или против G03 (рис. 3.30).

Рис. 3.30. Направление круговой интерполяции

Любая управляющая программа разработана в определенной системе координат, привязанной к настроечным базам обрабатываемой детали, которую можно назвать системой координат заготовки. Станок имеет свою, машинную или ссылочную, систему координат. Чтобы связать эти две системы, используется таблица смещений начала системы координат заготовки в координатах машинной системы.

Выбор требуемой системы координат заготовки осуществляется командами G54…G59. Разумеется, предварительно необходимо занести фактические значения в таблицу смещений – машинные координаты настроечных баз, установленных на столе станка деталей.

Традиционно настроечные базы определяют с помощью индикатора часового типа. Более современный метод использования контактных щупов (головки Renishaw) (рис. 3.31).

Рис. 3.31. Определение настроечных баз

Управляющая программа обычно рассчитана с учетом заданной геометрии инструмента. Если возникает необходимость использовать инструмент, отличающийся от расчетного, следует ввести коррекцию. Коррекция на радиус инструмента задается командами G41 и G42 в зависимости от положения инструмента относительно детали (припуска) слева и справа соответственно (рис. 3.32).

Рис. 3.32. Компенсация радиуса режущего инструмента (радиус-коррекция)

Следует указать координатную плоскость, в которой осуществляется компенсация, для фрезерных станков это G17 (XY). Отмена радиус-коррекции – G40. Для определения фактического вылета инструмента используются специальные датчики.

Рассмотренная компенсация на инструмент работает в плоскости и подходит только для двух- и трехосевой обработки. Современные системы ЧПУ позволяют осуществлять компенсацию на инструмент и для многокоординатной обработки. При этом используются уже совсем другие функции, управляющая программа становится более сложной и воспринимать ее так же легко, как в обычном формате удается не сразу.

Многокоординатная обработка отличается от двух- и трехосевой наличием не только линейных перемещений, но и вращения исполнительных органов – поворотных столов, планшайб и шпиндельных бабок. Традиционно программируется непосредственно поворот исполнительного органа в градусах, например для осей поворота А и С:

Международные стандарты, которым должны следовать все производители оборудования, предписывают обозначать поворотные оси фрезерных станков в зависимости от линейных осей, вокруг которых происходит вращение (когда другие оси стоят в «ноле») (рис. 3.33).

Рис. 3.33. Стандартные обозначения осей поворота

Положительное направление соответствует вращению против часовой стрелки. При этом имеется в виду, что инструмент движется вокруг детали. Если же компоновка станка такова, что деталь вращается вокруг инструмента, т.е. установлена на поворотном столе, то не следует забывать, что наблюдаемое вращение стола с деталью против часовой стрелки соответствует отрицательному направлению. В этом случае движение инструмента относительно детали происходит, на самом деле, по часовой стрелке и в соответствии с принятым соглашением поворотная координата должна «идти в минус».

Рис. 3.34. Смещение при повороте

Рис. 3.35. Вектор оси инструмента

Проще запомнить следующее правило. Если против часовой стрелки вращается:

узел с инструментом – «плюс»;
узел с деталью – «минус».

Программирование непосредственно в координатах поворота исполнительных органов имеет существенный недостаток. Поскольку при вращении стола с деталью или шпиндельной бабки есть определенное плечо поворота, изменяется не только угловое положение детали или инструмента, но и линейное (рис. 3.34). Возникшее смещение необходимо учесть. Эту задачу может решить постпроцессор, пересчитав и внеся в текст программы соответствующее положение. Но у каждого станка плечо поворота индивидуально и на каждый станок приходится разрабатывать свой постпроцессор.

Современный подход – это машинонезависимое программирование, когда рассчитывают только взаимное расположение инструмента и детали, а все нюансы, связанные с кинематикой станка, решает сам станок. Для этого используются функции так называемой пятиосевой трансформации. Основное преимущество такого подхода – абсолютная независимость управляющей программы от кинематики станков. Единственное ограничение состоит в том, что стойки ЧПУ должны быть одного производителя. Кроме того, программа уже не привязана к конкретному расположению детали на столе станка (точнее, к расстоянию от настроечных баз детали до осей поворота).

Пакет пятиосевой трансформации у каждого производителя выполнен по-разному, однако концепция использована одна. Кадры управляющей программы дополняют блоками, описывающими пространственную ориентацию оси инструмента в системе координат заготовки, а именно, проекциями вектора оси на координатные оси. Программу сопровождают командами, включающими и выключающими трансформацию. Для стойки Heidenhain управляющая программа имеет следующий вид:

Компенсация геометрии инструмента в случае пятиосевой трансформации требует включения информации о векторе нормали к обрабатываемой поверхности в точке контакта инструмента с деталью (рис. 3.35). Heidenhain использует следующий формат:

Siemens рассматривает две точки контакта, в начале кадра (A4, B4, C4) и в конце (A5, B5, C5):

Чтобы правильно рассчитать компенсацию, системе ЧПУ необходимо предварительно указать необходимую информацию о геометрии инструмента, для которого была рассчитана программа. Тогда можно без потери точности применить переточенный инструмент с измененной геометрией.

Системы числового программного управления непрерывно развиваются, следуя возрастающим требованиям современной индустрии. Совершенствуется как аппаратная, так и программная часть. Рост быстродействия системы (как генератора импульсов, так и обратной связи) позволяет повысить точность позиционирования и скорость перемещения исполнительных узлов станка.

Увеличение скорости обработки влечет динамические перегрузки станка, которые приходится сглаживать, регулируя процесс разгона-торможения. Эта задача решается программным обеспечением, которое развивается и в других направлениях, совершенствуя сервисные функции, удобство работы со стойкой.

Источник