Programmazione di macchine fresatrici a CNC

Ciao a tutti,
vista l'autocostruzione di macchine CNC all'interno di questo forum,
ho pensato che sarebbe interessante capire come fanno queste macchine a muoversi, a seguire il percorso utensile sul pezzo da tagliare o fresare.
Scopo di questo topic e' dare una infarinatura generale sui concetti base di programmazione CNC.
Quello che leggerete e' tratto da pubblicazioni che ho utilizzato io per imparare ad usare il Mach3, sofware utilizzato per impartire comandi alla nostra CNC.
Spero possa incontrare l'interesse degli utenti di questa comunity.



Con l’avvento dell’informatica si è pensato di equipaggiare le macchine utensili con un computer che
rendesse più facili e precise le lavorazioni.
Questo computer doveva essere in grado di spostare con precisione, e anche simultaneamente, tutti i
movimenti che poteva fare la nostra macchina.
Il computer doveva inoltre essere equipaggiato da un apposito programma che gestisse la macchina
dando però all’operatore la massima libertà di eseguire tutti i movimenti che voleva. Un programma
che desse a sua volta la possibilità di programmare.
Se dunque la nostra macchina doveva essere programmata bisognava farlo nel modo più semplice
possibile, condensando le varie istruzioni, in comandi il più brevi possibile.
Nascono così i linguaggi di programmazione, come L’Heidenhain, composto da blocchi di comando
preimpostati e il linguaggio ISO, composto da righe di istruzioni a codici e parole, che è quello che ha
preso più piede.

Gli assi.
Ogni macchina utensile ha 2 o più movimenti, le fresatrici ad esempio hanno un movimento del
mandrino longitudinale, uno trasversale ed uno perpendicolare rispetto al piano di lavoro, tali
movimenti seguono le regole degli assi cartesiani e vengono quindi chiamati assi.

Nella programmazione ISO tali assi muovono, come nel disegno, dal punto di intersezione delle linee e
seguendo la freccia, con segno positivo.
Inoltre per programmare le macchine fresatrici si intende che a muoversi sia sempre il mandrino anche
quando in effetti si muove la tavola.
Quindi, nelle macchine utensili verticali, l’asse longitudinale è l’asse X e se vogliamo che il mandrino si
sposti verso destra rispetto al pezzo dovremo dire alla macchina di spostare l’asse in direzione positiva
(esempio: “ X 100” sposta verso destra il mandrino di 100 mm, “X –100” lo sposta di 100 verso
sinistra).

Così per tutti gli altri assi, l’asse trasversale si chiama asse Y, l’asse perpendicolare si chiama asse Z
(naturalmente rispetto al piano di lavoro).
In generale, quando programmate un pezzo, per determinare il segno della quota da inserire (+ oppure
-), fate sempre riferimento al disegno di figura 1.
Abbiamo dunque imparato i primi comandi per muovere gli assi:
X 100
Y 100
Z 100
sono comandi ISO validi che fanno compiere un’azione alla macchina. Queste informazioni in realtà
non sono sufficienti alla macchina per muovere gli assi, occorre anche dire a che velocità si devono
muovere e poi per lavorare bisogna far girare il mandrino ad una determinata velocità ecc..
Tutte queste cose nel linguaggio ISO si comunicano con una serie di codici detti anche “Parola”.

Lo zero macchina (origine macchina).

La macchina all’accensione ha bisogno, per ogni asse di tornare ad un punto di riferimento su cui
azzerarsi ed impostare tutti i successivi movimenti, tali punti sono creati nel punto di fine corsa
secondo le regole degli assi cartesiani (cioè nel punto di intersezione; vedi disegno ) e devono
essere raggiunti con l’apposito comando (ogni macchina ha un apposita funzione di ritorno automatico
all’origine.

Lo zero pezzo (origine pezzo).

Lo zero pezzo è la distanza che separa l’origine macchina dal pezzo che dobbiamo lavorare.
Sarebbe scomodo infatti indicare le quote di lavorazione dal punto di origine della macchina; conviene
dunque sfiorare il pezzo e decretare in quel punto lo zero del pezzo e da quel punto indicare le quote
effettive.

Nel disegno seguente, si noti che senza zero pezzo dovremmo indicare, per eseguire il foro a 10 mm
dalla costa del pezzo disegnato in rosso, X 1548.24
Con lo zero pezzo, dopo aver indicato alla macchina la distanza dall’origine macchina alla costa del
pezzo, basterà indicare X 10 e il foro sarà correttamente eseguito. Si può così indicare alla macchina
le quote scritte sul disegno del pezzo da eseguire senza inutili calcoli.
Occorre dunque sfiorare il pezzo con tutti gli assi e trasferire le quote di distanza, dall’origine macchina
al punto di sfioro, nell’apposita sezione dedicata agli zeri pezzo (Vedi il manuale della macchina
utensile).
Esempio:
G54 X-1548.254
Y-584.268
Z-259.354
Questa è una schermata che potreste trovare nella sezione dedicata agli zero pezzo, G54 è il codice
identificativo di uno zero pezzo; questo perché ve ne possono essere anche molteplici (in questo caso
identificati con G55, G56 ecc).
Le quote scritte dopo X,Y,Z, sono quelle che risultano dopo lo sfioro del pezzo e spesso vengono auto
apprese dal CN con un semplice invio.




Ora che abbiamo illustrato una macchina utensile iniziamo a programmarla.
La programmazione ISO è formata da codici e numeri; essi si compongono di una lettera che ne
determina “l’indirizzo” e da numeri che rappresentano i "dati di parola” insieme formano le "parole".
Le parole composte dagli indirizzi G,M,S,T, sono chiamate "codice" o "comando" (codice G00, M1,
S1000, ecc..).
Gli indirizzi sono così composti:
X,Y,Z, Sono usati per gli assi lineari
A,B,C, Vengono in genere utilizzati per gli assi di rotazione
U,V,W, Assi supplementari. ( Si possono usare anche fino a 21 assi , dipende dal tipo di CNC)
F, Velocità di avanzamento
G, Funzioni preparatorie
M, Funzioni ausiliarie
N, Numero dell'istruzione
S, Velocità giri mandrino
T, Utensile
In realtà ve ne sono anche altre ma queste sono le più comuni in tutti i CNC, le macchine infatti pur
seguendo lo standard ISO, differiscono tra loro a seconda del costruttore del controllo numerico, fate
sempre riferimento dunque al manuale utente della macchina per conoscere l’esatta sintassi dei
comandi. Dunque se indichiamo un comando di tipo:
G00 X100
muoveremo l’asse X di 100mm in direzione positiva.
In fondo è più comodo dire alla macchina G00 che non dire di spostare un determinato asse al
massimo della sua velocità. Nella memoria del computer ci sono tutte le azioni da far eseguire alla
macchina, già programmate e che vengono attivate richiamando il giusto “codice”.
Ad esempio G00 attiva il programma che imposta la massima velocità per la traslazione degli assi,
G01 attiva il programma che imposta l'interpolazione lineare degli assi a velocità lavoro (cioè ad una
velocità che può essere impostata con l'indirizzo F) ecc.

continua.........

Ciao
Luca

Luca ma lo sai che lavoro fà mio fratello vero? Te lo ricordi?

E certo che me lo ricordo MArco.... tutto esatto quello che ho scritto??

ah boh!!! Dovrei chiedere a lui!
Io non sono molto ferrato in materia

Magari!, mi interessa molto un parere di un esperto.

Ciao
Luca

Grazie Rocco per il tutorial macchinari,
ho visto che mi hai spostato qui il topic... ottimo!!!

Ciao
Luca

Io sono andato a scuola di programmazione cnc con tanto di qualifica professionale e quello che ha detto Luca è vero.
Comunque spiegare la programmazione cnc è una cosa moooolto lunga.

Ciao Max,
grazie per il supporto che hai dato sulla correttezza di quanto da me postato. Certo la programmazione cnc e' cosa lunga e impegnativa.
Se vuoi, sarebbe un piacere se tu continuassi laddove io ho lasciato.

Luca

P.S.: Come nuovo iscritto se ti fa piacere, passa dalla sezione "Presentazioni".
In ogni caso benvenuto su Modellisti Navali.

Ti ringrazio e mi piacerebbe continuare ma è un periodo dove ho poco tempo ,comunque ci provero lo stesso.

Ciao Max,
magari!!! Qui molti di noi sono seriamente interessati alle macchine cnc e alla loro programmazione.

Luca

Continuo con il tutorial.
Ciao
Luca

Le righe di istruzione.
La programmazione inizia assegnando il nome al programma (es.: O 123 ) quindi si svolge con una
serie di "parole" su una stessa riga, tali righe si chiamano ”Istruzione” o “blocchi”. Ogni istruzione inizia
con un numero di blocco (indirizzo N) che, generalmente si incrementa di 10 in 10, una serie di parole
(o comandi ) e viene terminato con un simbolo di fine blocco (generalmente un punto e virgola o un
“LF” che si genera automaticamente con il tasto invio) sono inoltre concessi dei commenti che non
verranno presi in considerazione dal controllo numerico; devono essere posti tra parentesi tonde e
sempre alla fine dei dati di parola.

Comandi modali e non modali.
Ci sono dei comandi che, una volta attivati continuano ad essere attivi durante tutta l’esecuzione del
programma ovvero finché non si disattivano (Modali, ad esempio G00, G01), altri invece che hanno
effetto soltanto nel blocco in cui sono stati inseriti (Non modali, ad esempio X, Y, Z)
Infine ci sono comandi che si escludono a vicenda se sono inseriti in un medesimo blocco, in questo
caso resterà attivo( se modale) l’ultimo inserito

Esempio:
N10 G00 G01 ..................

G00 = traslazione rapida degli assi
G01 = traslazione interpolata degli assi (velocità lavoro)
Sono entrambi modali ed entrambi indicano un modo di velocità di movimento, dunque non possono
essere eseguiti insieme; tutti i comandi, a parità di indirizzo, hanno anche un gruppo di appartenenza
che determina l'eseguibilità all'interno di una stessa istruzione.
Se, come nell'esempio appena citato, due comandi appartengono allo stesso gruppo il CNC prenderà
in considerazione soltanto l'ultimo (G01) che resterà attivo fino alla fine del programma o finché non
incontrerà G00 (o un altro comando appartenente allo stesso gruppo; G02, G03) che lo andrà ad
escludere. In generale tutti i codici ad esclusione di quelli "G" ed "M" andrebbero inseriti una sola volta
all'interno di una stessa riga di istruzione.

continua......

Le funzioni.
Nella programmazione CNC a codice ISO, ci sono gruppi di comandi, ognuno dei quali esercita una
"Funzione".
I codici del gruppo "G" sono dette "funzioni preparatorie", sono così chiamati perché non compiono alcuna
azione ma hanno il compito di indicare alla macchina in che modo gli spostamenti dovranno essere eseguiti.
Per esempio G00, indica alla macchina che la traslazione lineare di uno o più assi dovrà avvenire alla
massima velocità consentita (Rapido).
Conosciamo dunque i primi comandi:
G00 Interpolazione lineare in rapido.
G01 Interpolazione lineare a velocità impostabile (lavoro).
G02 Interpolazione circolare in senso orario.
G03 Interpolazione circolare in senso antiorario.
G04 Tempo di sosta.
G17 Selezione piano X-Y con asse di lavoro Z.
G18 Selezione piano Z-X con asse di lavoro Y.
G19 Selezione piano Y-Z con asse di lavoro X.
G40 Fine compensazione raggio utensile.
G41 Compensazione raggio utensile sinistro.
G42 Compensazione raggio utensile destro.
G43 Offset lunghezza utensile (Per CNC Mitsubishi).
G54 Impostazione coordinate del pezzo.
G90 Assegnazione quote in assoluto.
G91 Assegnazione quote incrementali.

I codici del gruppo "M" sono detti "funzioni ausiliarie", questo perché sono comandi che svolgono azioni
ausiliarie alla programmazione(arrestano l'esecuzione del programma, determinano la fine del programma
ecc..) e alla lavorazione (attivano il mandrino, attivano il refrigerante ecc..). Ad eccezione di quelle indicate in
seguito, sono tutte impostate dal costruttore della macchina utensile
Conosciamone alcune:
M00 Arresto stop programmato.
M01 Arresto opzionale.
M02 Fine programma senza riavvolgimento.
M03 Rotazione mandrino oraria.
M04 Rotazione mandrino antioraria.
M05 Stop rotazione mandrino.
M06 Cambio utensili.
M08 Start refrigerante.
M09 Stop refrigerante.
M30 Fine programma con riavvolgimento.

La differenza tra M00 ed M01 sta nel fatto che M00 arresta l'esecuzione del programma ed attende la
pressione del tasto start del CNC, mentre M01 si comporta alla stessa maniera soltanto se è attivato
l'apposito interruttore (se non è attivato: M01 verrà ignorato ed il programma normalmente proseguito).
Questi comandi sono utili se abbiamo bisogno, in fase di lavorazione del pezzo, di rilevare l'esattezza di una
misura; nel blocco dove incontra questi comandi il CN si arresta e attende un riavvio con il tasto start della
macchina. Se dobbiamo controllare tutti i pezzi, useremo M00, se dobbiamo controllarne uno ogni tanto
useremo M01; inserendo l'interruttore all'inizio della lavorazione di quel pezzo. Un'ultima considerazione: se
inseriamo uno di questi due comandi all'interno di un blocco contenente altri codici, essi verranno eseguiti
prima di arrestare il programma. In tutti i casi la lavorazione ripartirà dal blocco successivo.
La differenza tra M02 ed M30 sta nel fatto che M02 determina la fine del programma ma il controllo rimane
pronto a ripartire dal blocco successivo, M30 termina il programma e si prepara a ripartire da inizio
programma.
Oltre ai codici "M" e "G" utilizzeremo altri codici per impostare il programma.
X, Y, Z, Servono ad indicare quale asse deve muoversi.
T Richiamo utensile.
S Velocità giri del mandrino al minuto.
F Velocità di avanzamento degli assi al minuto.
D Compensazione raggio utensile.
La macchina ha dei codici "G" che sono attivi di default all'accensione e che quindi si possono omettere
durante la programmazione (attenzione perché quando li disattiviamo, inserendo un codice dello stesso
gruppo di appartenenza (vedi lezione 1) al bisogno, li dovremmo naturalmente richiamare in programma).
Essi variano da macchina a macchina, inoltre su taluni CN si possono anche impostare come noi preferiamo;
generalmente alcuni dei codici attivi all'accensione sono i seguenti:
G00 G17 G40 G54 G90 ecc

Modo G90 e G91.
L'assegnazione delle quote, può essere determinata rispetto allo zero del pezzo: in questo caso si indicano le
quote in assoluto (G90). Esiste però un'altro modo per comunicare al CN una quota e all'occorrenza può
essere più conveniente usare questo secondo metodo: il modo incrementale (G91).
Le quote incrementali vengono indicate rispetto al punto in cui in quel momento sono posizionati gli assi,
indipendentemente dallo zero pezzo. Questo modo di indicare le quote può talvolta semplificare la
programmazione tuttavia, essendo un comando modale, occorre prestare attenzione ai successivi
posizionamenti poiché vi è pericolo di collisioni. Escludete con G90 il comando G91 non appena terminate i
posizionamenti in incrementale che vi servono.
In genere le quote si impostano in modo assoluto o incrementale nella misura in cui sono state inserite sul
disegno del pezzo che dobbiamo lavorare; questo per ridurre al minimo la possibilità di errori.
Esempio:
Programma 1 con quote assolute Programma 2 con quote incrementali
G90 G0 X135 Y100; G90 G0 X135 Y100;
Z-30; Z-30;
G1 F300 X185; G91 G1 F300 X50;
X235; / X50;
X285; X50;
X335; X50;
N20 Z3; N20 Z3;
M30; M30;
I due programmi eseguono gli stessi posizionamenti, tuttavia assegnando quote incrementali la
programmazione diventa più semplice in quanto nel primo programma abbiamo dovuto fare calcoli che nel
secondo non abbiamo fatto, riducendo così la possibilità di errore. Attenzione al blocco 20 del programma 2,
perchè con quote incrementali l'asse Z non si stacca dal pezzo a +3 (quota di sicurezza) ma si alza di 3 mm
rispetto al punto in cui si trovava (-30) rimanendo così ancora a -27 (G91 modale) e quindi con rischio di
collisioni col pezzo. Avremmo dunque dovuto inserire nel blocco 20 il codice G90.
Il blocco barrato ( / ) dà la possibilità di escludere l'esecuzione di quel blocco qualora l'apposito tasto sia
inserito.

continua......