Programmation de commande numérique

Développé à l'origine pour des machines-outils agissant par enlèvement de matière, le code ISO est désormais utilisé dans un domaine très vaste de la fabrication, avec des adaptations :

• usinage par enlèvement de matière : tournage, fraisage, perçage, gravure, défonçage ;
• découpe avec : couteau, laser, jet d'eau, plasma, flamme ou oxydation ;
• poinçonnage ;
• impression 3D : par dépôt de matière ("fabrication additive"), durcissement d'une résine.

• Fonctions préparatoires (G), fonctions d'appel de mode d'interpolation (G 0), cycle machine
• Coordonnées de points (X, Y, Z, A, B, C, I, J, K)
• Vitesses, avances… (S, F)
• Fonctions auxiliaires (M) qui permettent d'enclencher la lubrification, de changer d'outil, ou de déclencher des accessoires.

X position absolue

Y position absolue

Z position absolue

A position (rotation autour de l'axe X)

B position (rotation autour de l'axe Y)

C position (rotation autour de l'axe Z)

U position relative ou axe secondaire

V position relative ou axe secondaire

W position relative ou axe secondaire

M code fonction "machine" ou "modale" (un autre type d'action ou de code machine(*)) (parfois référencé comme fonction 'diverse' (Miscellaneous en anglais))

Permet aussi de contrôler des entités externes à la machine proprement dite (magasin auxiliaire, refroidisseur, compteur ETC, embarreur)

D ou H association d'un correcteur de jauge outil

F vitesse de déplacement, ou expression d'un temps de pause (G04) en seconde

S vitesse de rotation

C s'il est intégré dans un bloc de cycle fixe ébauche ou finition, C désigne un chanfrein

N numéro de ligne

Le numéro de bloc n'est pas obligatoire (l'ordre numérique des numérotations de blocs "N" n'est pas non plus obligatoire) à chaque ligne avec les commandes ISO, il désigne juste un endroit du programme où l'on peut ordonner un saut d'opération ou un départ d'opération, le plus souvent avant un changement d'outil, ou au départ d'une boucle.

V permet de contrôler une vitesse de rotation dans une machine avec diverses configurations

R Rayon d'arc ou option passée à un sous programme

P Temps de pause ou option passée à un sous programme ou appel de sous programme (Précédé de M98, ou G65 par ex dans un appel de Macro_programme intégrant des calculs)

T Sélection d'outil

I Centre X des données d'un arc

J Centre Y des données d'un arc

K Centre Z des données d'un arc

D diamètre de coupe ou décalage pour l'épaisseur d'outil

H décalage pour la hauteur de l'outil

(*) Les codes M contrôlent l'ensemble de la machine, permettant son démarrage, son arrêt, la mise en route de l'arrosage, etc. Alors que les autres codes concernent le cheminement de l'outil.

Les fonctions M (de M00 à M09) sont communes à tous les types de CNC, les différents constructeurs de machines CNC proposent leurs propres fonctions M (à partir de M10 jusqu'à M89... ensuite au-dessus de M100).

Des machines différentes peuvent utiliser le même code pour effectuer des fonctions différentes : même les machines qui utilisent le même contrôleur CNC.

Une version standardisée du G-code connue sous la dénomination BCL est utilisée, mais sur très peu de machines.

Le G-code est interprété par les traceurs photographiques Gerber, les contrôleurs de machine-outil et certains de leurs opérateurs.

Les fichiers G-code sont produits par des programmes de CFAO tels que GO2cam[1], ESPRIT, SmartCAM, Gibbscam, SolidCAM, Featurecam, Artcam, Edgecam (S4X), Surfcam, OneCNC, Router-CIM, Alphacam, TopSolid'Cam, e-NC, GPSoftware, Mastercam, EFICN (EFICAD), PowerMill (Delcam), etc. Ces applications utilisent en général des convertisseurs appelés post-processeurs pour optimiser le code en vue de son utilisation sur une machine particulière. Les post-processeurs sont généralement modifiables par l'utilisateur afin d'optimiser leur usage.

Le G-code est aussi produit par certains programmes de CAO spécialisés dans la conception de circuit imprimé. De tels programmes doivent être adaptés pour chaque type de machine outil.

Quelques machines CNC utilisent des programmes "interactifs", qui permettent de programmer avec des agents en cachant partiellement ou totalement le G-code. Quelques exemples populaires sont Mazak Mazatrol, Hurco Ultimax et le langage interactif Mori Seiki's CAPS.

Spécifique à certains constructeurs

Suivant le paramétrage du système et la résolution décimale, il est nécessaire (ou pas) de programmer les valeurs avec le "dot" (point)

Par exemple : G00 X40. (la machine se déplacera à la position X 40mm)

G00 X40. (le point derrière la valeur entière est nécessaire)

G43 : Prise en compte de la longueur (fraisage)

M98 : appel de sous programmes

#: (hashtag) déclaration / écriture / lecture / calcul de variables personnalisées

#1 à #33 = variables locales (#1 à #26 correspondent aux lettres de l'alphabet pour les arguments de cycles de macros personnalisées si la machine est équipée de l'option "CUSTOM MACRO")

#100 à #199 = variables utilisateurs (effacement remise à zéro sur RESET)

#500 à #999 = variables système (mémorisées après RESET ou coupure CNC)

Spécifique NUM

• EB : rayon à l'intersection de deux lignes
• G77 : appel de blocs
• G79 : saut de bloc

Les 0 ne sont pas obligatoires (DEVANT un autre chiffre : M02 peut s’écrire M2. Par contre M30 reste M30 sinon ça deviendrait M3....)

M00, M01 : arrêt du programme, arrêt optionnel ou avec condition

M02 : arrêt du programme

M03, M04, M05 : broche sens horaire, sens antihoraire, arrêt de broche

M06 : changement d'outil

M07, M08, M09 : mise en route arrosage, arrêt arrosage

M21 : activation pression broche ; M21 à M27 : palier pression selon outils

M30 : fin du programme, réinitialisation, rembobinage

M99 : fin du sous-programme

G96, G97 : vitesse de coupe constante, vitesse de rotation constante

G92 / G50 : vitesse de broche maximum

G95, G94 : déplacement mm/tr, déplacement mm/min

G00, G01 : mouvement rapide, interpolation linéaire (coupe suivant une ligne droite)

F : vitesse de déplacement

S : vitesse de broche

Coordonnées d'axes X, Y, Z, A, B, C

• La fonction d'interpolation linéaire rapide G0 (interpolation linéaire en mode rapide).
• La fonction d'interpolation linéaire (à la vitesse programmée) G1 (interpolation linéaire en mode de travail).
• La fonction d'interpolation circulaire G2 (interpolation circulaire sens horaire) et G3 (interpolation circulaire sens trigonométrique).
• La fonction de temporisation (programmable avec F,X ou P) G4.
• La fonction d'arrêt précis en fin de bloc G9.

Il est aussi possible sur certains pupitres de programmation d'utiliser ces deux codes (G2 G3) pour créer une interpolation circulaire, des fonctions d'interpolation à base de courbe NURBS G6.2.

Sur les fraiseuses équipées de tête birotative les codes G17,G18,G19 définissent l'axe des cycles de perçage, taraudage... et le plan dans lequel seront réalisées les interpolations circulaires et activé le correcteur de rayon d'outil.

• G17 : Axe d'outil Z, interpolations G2,G3 et correction rayon dans le plan X Y.
• G18 : Axe d'outil Y, interpolations G2,G3 et correction rayon dans le plan Z X.
• G19 : Axe d'outil X, interpolations G2,G3 et correction rayon dans le plan Y Z.

Les codes de la famille G52, G53, G54, G55...sont utilisés pour :

• Programmer un décalage d'origine ;
• Définir que les déplacements sont relatifs à l'origine machine ;
• Choisir le numéro de l'origine pièce.

Certains codes G de la famille G60 G70 peuvent être utilisés par les fabricants de DNC pour :

• Le choix de la programmation cartésienne ou polaire ;
• L'activation d'un facteur d'échelle ;
• La mise en action d'une fonction miroir ;
• La programmation en mesure métrique ou en pouce.

Les codes G90 G91définissent la programmation absolue ou incrémentale des cotes.

Des cycles préprogrammés sont également accessibles sur la plupart des machines : G 81, 82, 83... pour les cycles de perçage, taraudage, etc. avec l'annulation par G 80. D'autres cycles peuvent être présents selon le type de machine (tour "cycle d'ébauche G71,G72,G73...", fraiseuse, aléseuse, fil...).

• Mise en rotation broche M3 horaire, M4 anti-horaire. Arrêt par M5. (Selon les CN M3 peut activer un laser de découpe ou faire tourner un servomoteur et M4 arrêter le laser ou faire tourner un servomoteur : par exemple commandes numériques de traçage "CNC plotter")
• Changement outil automatique ou manuel M6.
• Mise en route de l'arrosage externe M8. Arrêt par M9.
• Mise en route de l'arrosage par le centre de la broche M7 Arrêt par M9
• Fonction de fin de programme M2 ou M30.
• Fonction d'arrêt programme M00.
• Fonction d'arrêt optionnel programme M01
• Fonction d'activation d'axe angulaire en remplacement de broche tournage "M88-89" (selon commande- Sauf mazak qui gère automatiquement)

• Origine programme (OP) : c'est le point origine du programme à partir duquel les mouvements de la machine sont programmés.
• Origine Machine (OM): Cette expression existe dans des manuels de constructeurs de machines-outils sans pour autant apporter de réponse, voire sans fondement. L'origine machine est une coordonnée mesure particulière. Lors de l’initialisation de l’axe (dans le cas de capteurs relatifs) au passage du top zéro de la règle, le processus d’initialisation permet de forcer la valeur du registre du point courant par la valeur de l’axe dans le registre P16 (cas d’un DCN NUM). Cette valeur est souvent non nulle qui remet en cause la notion d’ « origine » d’une part, et « machine » d’autre part puis que c’est une coordonnée mesure particulière. Cette expression est sans fondement dans le cas de technologie de règle absolue, et sans fondement tout court.
• Origine mesure (Om) : L'origine mesure est propre à chaque axe asservi. Dans le cas d'une structure articulaire de type RRPPP (rotoïde, rotoïde, prismatique, prismatique, prismatique) il existe 5 origines mesures. Chaque axe mesure est constitué d'une origine et d'une dimension. La dimension de l'espace vectoriel de cette structure est de dimension 5. Suivant le type de technologie des capteurs permettant l'asservissement des axes, il est nécessaire de procéder à l'initialisation de la partie opérative avec la partie commande. Dans le cas de capteur relatif, les POM (Prise d'origines mesure) servent à établir les références de la mesure sur chaque axes des machines outils ne possédant pas de règles avec des capteurs absolus (détection du zéro du capteur de mesure).

Les origines mesures appartiennent à l'espace articulaire (espace de la structure cinématique de la machine en robotique). L'espace travail, ou de la tâche est celui où se trouvent les autres éléments de la cellule élémentaire de production. La dimension vectorielle est 3. Il y a donc un endomorphisme d'espaces vectoriels entre l'espace articulaire de la machine et l'espace travail. Il est donc totalement inutile de représenter le zéro mesure comme un point concourant de tous les axes dans l'espace travail. C'est un sophisme.

• Origine porte pièce (Opp) : C'est le point caractéristique de la liaison encastrement supposée parfaite entre la machine et le porte-pièce. En tournage on le place souvent à l'intersection de la face avant du mandrin et de l'axe de la broche (axe Z, pour les mandrins qui ne sont pas changés régulièrement). En fraisage pour des raisons de standardisation on alèse des centreurs sur les tables des machines outils pour le situer plus facilement.
• Origine pièce (Op) :(appelé G... 54 par exemple, G55, etc.) C'est le point d'intersection de l'isostatisme. Ce point situe la pièce par rapport au porte-pièce.
• Distance origine programme (OP) - origine machine (OM) : c'est la distance que la machine doit additionner pour passer de son origine (OM) à l'origine du programme (OP).
• "DECALAGE" (dec) : distance vectorielle de l'origine porte-pièce (Opp) à l'origine programme (OP).
• "PREF" (pref) : distance vectorielle de l'intersection des origines mesure de chaque axe qu'on appelle souvent Origine mesure pour simplifier (Om) à l'origine porte-pièce.

(POM ou OM) + PREF = OPP OPP + DECALAGE = OP

En synthèse, les définitions des différentes origines sont issues d'un modèle de structure articulaire de machine constitué de liaisons prismatiques cartésiennes. Le modèle géométrique permettant de lier l'espace travail à l'espace articulaire est l'identité, amalgamant les origines mesures de la structure articulaire avec l'origine des solides dans l'espace travail.

« Comprendre le fonctionnement d’une machine à commande numérique. - Application à la MOCN - Un modèle pour quoi faire ? », sur http://www.cfc-technic.fr, 2006

Correction de la machine permettant de tenir compte des différentes longueurs et diamètres d'outil.

• en fraisage : correcteur de longueur de fraise : Activé automatiquement lors du changement outil (M6). Sur certains DNC G43, annulation par G49 ; Pour le correcteur de rayon de fraise: G41 et G42, annulation par G40. Sur certains DCN, le petit rayon de bout d'outil est compensable par un correcteur préfixé @.
• G41 positionne l'outil à gauche de la trajectoire programmée d'une valeur égale au rayon.
• G42 positionne l'outil à droite de la trajectoire programmée d'une valeur égale au rayon.
• en tournage : correcteur de longueur d'outil, correcteur en diamètre et compensation de rayon de bec: G41 et G42, annulation par G40.

De plus, la correction d'outils en cours d'usinage appelée "correction dynamique" permet de compenser l'usure de l'outil.

• Les axes X et Y sont disposés suivant un repère orthonormé direct par rapport à Z.
• L'axe X est celui qui permet la plus grande distance de déplacement. Le dernier axe étant l'axe Y ; sur certaines machines, on trouve des axes supplémentaires appelés Axe A, B, C. Les axes A, B, C sont des axes rotatifs, A tournant autour de X, B autour de Y, C autour de Z.
• Mouvements de rotation A, B, C

Le sens de rotation positif des axes A, B, C sont comptés en s'imaginant qu'une vis pas à droite, tournant dans le sens des aiguilles d'une montre avance en direction +X, +Y, +Z en se considérant à la place de l'outil. Si c'est un axe déplaçant la pièce au lieu de l'outil, on inverse le sens des axes, le positif devient négatif.

• On rencontre de plus les désignations U, V, W pour d'autres axes supplémentaires, portiques, tourelles secondaires ou accessoires.
• Le sens + permet un accroissement des dimensions de la pièce.

1. O100;
2. G0 G90 G40 G80 G49
3. G91 G28 Z0
4. M6 T1;
5. G90 G17 G80 G40 G54 G0 X0 Y-7;
6. M3 S2500 M8;
7. G0 G43 H1 Z-4;
8. G1 Y20. F150;
9. X40;
10. Y0;
11. X-5;
12. G0 Z200:
13. M9;
14. M5;
15. G28 G91 G0 Z0;
16. G28 G91 G0 Y0;
17. M30;
18.  %

Ligne 1, numéro de programme

Ligne 2: Rappel des codes modaux permettant de reprendre facilement en cas d'arrêt en milieu de cycle: G0 (rapide), G90 (coordonnées absolu), G40 (annulation de correction de rayon), G80 (Annulation de cycles de perçages), G49 (Annulation de la correction de longueur)

Ligne 3: Retour à l'origine en Z pour éviter les déplacements non désirés en cas de reprise du programme après un arrêt dans la pièce

Ligne 4, appel en broche de l'outil n^o 1 (qui est en réalité un appel du sous-programme pilotant le changeur d'outil (M6) avec le paramètre T1

Ligne 5, - donné en absolu (G90), -travail suivant plan X,Y(G17), -Annulation des cycles perçage-taraudage (G80), annulation tout correcteur en mémoire dans la machine(G40),

-origine pièce Offset (G54), -déplacement rapide (G0) à un point (X0 Y-5)

Ligne 6, mise en rotation de l'outil à 2 500 tr/min (S2500) et mise en fonction de l'arrosage (M8) (M13 replace les codes M3, sélectionne le sens de rotation, et M8, marche arrosage)

Ligne 7, déplacement rapide a Z-4 (profondeur de coupe) en prenant en compte la longueur d'outil (G43) du correcteur n°1 (H1)

Ligne 8 à 11, déplacements en vitesse de travail (G1), G1 est une fonction modale et est donc valable pour tous les points suivants.

Ligne 12, déplacement rapide (G0) a un point (Z200)

Ligne 13, arrêt de l'arrosage (M9)

Ligne 14, arrêt de la broche (M5)

Ligne 15 à 16, Retour au origine machine (G28), Distance avec relatif (G91), -déplacement rapide (G0) avec le système de coordonnées de la machine (G53) à Z0 Y0 (outil en haut, table au plus près de l'opérateur)

Ligne 17, M30 fin de programme (M30 inclus M5 et M9 ceux-ci ne sont donc pas obligatoires ils sont placés en ligne 10 et 11 pour laisser quelques secondes d'égouttage au système d'arrosage, avant les manipulations de l'opérateur.)

Notez que le programme ne prévoit rien pour le cheminement de l'outil. Si la machine est une fraiseuse et utilise une fraise de rayon 6 mm, la pièce sera en pratique 12 mm plus petite que définie (6 mm par côté). Une commande G-code doit être utilisé pour corriger le cheminement de l'outil.

Un exemple simple : une barre d'une longueur de 40 mm et d'un diamètre de 20 mm. Le code de base pourrait se lire comme suit :

%
O1234
G50 S2500 (VITESSE DE ROTATION LIMITÉE À 2500 TOURS PAR MINUTE)
G97 M03 S1000
T0606 (OUTIL D'ÉBAUCHE DE TOURNAGE)
G00 X22. Z0.
G96 S150
G01 (RPT.N50)N40

X-1. F0.15
G00 Z1.
X18.
G01 Z-35. F0.2
X22.
G00 Z1.
X16.
G01 Z-25.
X22.
G00 Z300.
X150.
M01

T0101 (FORET DIAM 18MM)
G97 M03 S1000
G00 X0. Z5.
G01 Z-25. F0.1
G00 Z5.
X150. Z300.
M05
M30

Il est de bon aloi d'abuser des commentaires entre parenthèses (), afin d'indiquer les opérations, les outils utilisés, afin que n'importe quel utilisateur puisse comprendre le code.

...
GO G90 G54 X-10 Y-5 
M13 S2500
G0 G43 H1 Z-4
G1 G41 D21 F150 X0 ; correction d'outil à gauche (G41) en utilisant le rayon d'outil no 21, 6 mm (fraise de diamètre 12 mm)
Y20
X40
Y0
X-5
...

Le point de départ a été changé pour permettre de "prendre la correction de rayon", car elle se fait suivant le sens déplacement du point précédant (X-10) au point de passage en G41 (X0) l’outil ne se déplacera en réalité que de 4 mm et non pas 10, du fait de la correction.

Dans ce cas, le contrôleur voit la première ligne et ajuste la position de l'outil de coupe à 6 mm à l'extérieur du tracé de découpe. Maintenant la machine va créer une pièce conforme à celle dessinée. Selon l'outil de coupe utilisé, la correction peut être définie si nécessaire. Par exemple, un laser avec un faisceau très fin peut nécessiter une correction de 0,005 pouce, alors qu'une machine à jet d'eau avec une buse de diamètre intérieur 0,060 pouce va nécessiter une correction de 0,030 pouce.

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