Les secteurs modernes comme l'architecture, l'ingénierie et la fabrication s'appuient sur des programmes informatiques pour créer des conceptions de diverses pièces et prototypes.
Par conséquent, comprendre « ce qu'est le code G » devient essentiel pour toute personne travaillant dans le domaine de la commande numérique par ordinateur (CNC), de l'impression 3D ou de tout langage de programmation informatique pour la conception de pièces usinées.
Cet article propose une analyse approfondie du code G : sa définition, son utilisation, son fonctionnement, les différents types de commandes G et bien d’autres informations utiles.
Qu'est-ce que le code G ?
Le G-code est un type de langage de programmation utilisé dans les domaines de Commande numérique par ordinateur (CNC) et l'impression 3D pour la commande des mouvements des machines-outils. Il est écrit en Fabrication assistée par ordinateur (FAO) logiciel permettant de fournir des instructions d'automatisation aux différentes fonctions et outils des machines.
Le code G est un code géométrique. Il est également connu sous le nom de code préparatoire pour les machines CNC.
Les instructions fournies par les codes G indiquent à la machine-outil comment se déplacer dans le système de coordonnées cartésiennes (X, Y, Z).
En plus des instructions de positionnement, le code G fournit également de nombreuses autres entrées telles que la vitesse et l'angle dans l'axe de rotation, le décalage de longueur de l'outil, le point de départ, le point d'arrêt, la vitesse d'avance, le temps d'attente, etc.
Les codes G fonctionnent de concert avec les codes M. Les codes M, ou codes divers, fournissent des instructions sur différentes fonctions de la machine qui ne sont pas liées aux mouvements.
Un exemple de code M est M0, qui signifie la fin du programme.
Qui a inventé la programmation en code G ?
Le code G a été inventé en 1958 par le laboratoire de servomécanique du Massachusetts Institute of Technology (MIT). Sa popularisation et sa normalisation ont eu lieu plus tard, dans les années 1960, sous l'impulsion de l'Electronic Industries Alliance.
Quelle est l'importance du code G ?
Le code G est indispensable à la programmation des commandes numériques. Les machines, par définition, ne sont pas dotées d'une intelligence informatique. Elles contiennent des servomoteurs pour le mouvement de leurs différentes pièces internes.
Cependant, l'intégration de microprocesseurs aux machines permet de mieux contrôler l'amplitude de mouvement des moteurs. Elle permet également à plusieurs pièces d'une machine de fonctionner de concert pour accomplir l'opération requise.
Cependant, les opérateurs ne peuvent pas communiquer directement avec la machine. Le code G sert de langage de communication entre la machine et l'opérateur.
Les codes G sont écrits de manière à être compréhensibles par le système de commande de la machine CNC. Grâce à un code G, l'opérateur peut indiquer précisément à la machine ce qui est requis.
Comment fonctionne un G-code ?
Le fonctionnement du code G est un processus synchronisé entre les fonctions de la machine et la programmation du code opérateur. Voici comment cela fonctionne :
Processus de fonctionnement du code G côté machine
Toutes les machines CNC sont équipées d'un microcontrôleur capable d'interpréter le code G. Ce code G est standardisé sur la plupart des machines CNC.
Certaines machines possèdent des fonctionnalités avancées ou plusieurs axes qui ne sont pas contrôlables par les commandes G-code standard. Dans ce cas, des commandes supplémentaires sont programmées dans le microcontrôleur pour gérer ces fonctions additionnelles.
Lorsque le logiciel du système de contrôle interne lit les commandes, il les interprète conformément aux instructions du microcontrôleur et fournit des instructions de mouvement aux différentes fonctions de la machine.
Processus de travail du code G du côté de l'opérateur
En général, un fichier de conception assistée par ordinateur (CAO) est un précurseur des programmes de code G. Il crée une représentation graphique en deux ou trois dimensions de la pièce à usiner. Les logiciels modernes peuvent convertir automatiquement les conceptions CAO en une programmation de code G optimale.
L'avantage de ce procédé réside dans le fait que les ordinateurs peuvent effectuer des calculs automatisés pour optimiser la trajectoire d'outil et autres paramètres. Le code G peut ainsi prendre automatiquement en compte des éléments tels que les décalages d'outil.
Si des modifications sont nécessaires dans le code G, un logiciel dédié appelé éditeur de code G est utilisé. Cette étape d'édition est généralement requise pour personnaliser la conception.
Le code G généré n'est pas standard pour toutes les machines en raison des variations de format et des différences entre les machines. Il est donc traité par un autre logiciel appelé post-traitement.
Il standardise le code G exactement comme la machine est conçue pour le lire. Ceci élimine tout risque d'erreurs dues aux différences entre les logiciels de commande des machines. Ce fichier de code G finalisé est ensuite transféré dans la machine CNC.
Quelle est la structure d'un code G ?
Le code G est composé d'une lettre et d'un chiffre. Ce chiffre peut comporter plusieurs chiffres. L'espacement entre la lettre et le chiffre varie selon la machine CNC utilisée.
Voici quelques exemples de commandes G-code courantes : « G00 », « F10 », « M03 », etc. Ces commandes ne commencent pas forcément par la lettre « G », mais « G » est la lettre la plus fréquente dans une instruction G-code.
Chaque ligne du langage de programmation G-code peut contenir plusieurs ensembles d'instructions. On parle alors de bloc G-code. La machine CNC lit et exécute les instructions dans un ordre précis, de gauche à droite et de haut en bas. Voici la représentation des lettres courantes utilisées en G-code :
- G : Mouvements généraux des machines
- F : Débit d'alimentation
- T : Changement d'outil
- S : Vitesse de broche
- X, Y et Z : Trois axes linéaires du système de coordonnées cartésiennes
- A, B et C : axes de rotation angulaire autour de X, Y et Z
Quels sont les différents types de codes G ?
Un G-code peut être divisé en plusieurs classes différentes en fonction de sa fonction. Ces classes sont :
Commandes de positionnement
Les machines à commande numérique (CNC) possèdent différents systèmes de positionnement qui déterminent le contrôle du mouvement de la machine-outil. Les différents codes G utilisés pour contrôler ce mouvement sont :
- G00 : Positionnement rapide de la machine-outil
- G01 : Interpolation linéaire
- G02 : Interpolation par arc dans le sens horaire (interpolation circulaire ou interpolation hélicoïdale)
- G03 : Interpolation antihoraire (interpolation circulaire ou interpolation hélicoïdale)
- G90 : Utiliser les coordonnées absolues
Commandes de vitesse
- G08 – G09 : Augmenter ou diminuer la vitesse
- G93 – G95 : Choix des unités d’avance linéaire
- G96 : Vitesse de surface constante
- G97 : Vitesse de broche constante
Commandes d'opération d'usinage
- G81 : Perçage simple
- G82 : Perçage simple avec temps de maintien
- G83 : Forage de trous profonds
- G84 : Tapping
Commandes de décalage
- G40 – G44 : Valeurs de décalage de l’outil
- G53 – G59 : Valeur de décalage nulle
Commandes diverses
- G61 : Mode d'arrêt précis
- G04 : Temps d’attente
- G80 – G89 : Description du processus
Comment lire les commandes G-code ?
Avec un peu de pratique, il est assez facile de lire les commandes G-code. Voici quelques étapes pour vous aider à identifier le rôle d'une commande G-code :
1. Commencez par vous concentrer sur le caractère alphabétique de l'instruction de commande.
2. Les lettres « G » et « M » font référence au fonctionnement de la machine. Le chiffre qui les suit n'indique pas un mouvement, mais le processus ou la fonction de la machine qui sera affecté(e). Par exemple, G00 permet un positionnement rapide de la machine-outil. G81 indique à la machine d'effectuer un cycle de perçage simple.
3. Les lettres « X », « Y » et « Z » indiquent la position dans le système de coordonnées. Le nombre qui suit ces lettres ne représente aucun code. Il indique plutôt la position précise sur chaque axe. Par exemple, X1 indique à la machine-outil de se déplacer d'une unité sur l'axe X.
4. Les lettres « A », « B » et « C » indiquent une position angulaire, comme les axes X, Y et Z. Les chiffres qui suivent ces lettres ne représentent aucune action, mais la valeur de la rotation angulaire dans une direction donnée.
5. Les lettres « F » et « S » font référence à la vitesse d'avance et à la vitesse de broche. Les chiffres qui suivent ces lettres correspondent à la valeur de ces vitesses. Par exemple, F200 indique à la machine d'utiliser une vitesse d'avance de 200 unités. Les unités utilisées sont sélectionnées à l'aide des codes G93 à G95 appropriés.
6. Il est possible d'ajouter des commentaires au code G en utilisant un point-virgule (;) à la fin d'une ligne. Tout ce qui est écrit sur la ligne suivant le point-virgule n'aura aucune incidence sur le fonctionnement de la machine CNC.
Par conséquent, une commande telle que G01 X10 F100 indique aux machines-outils de se déplacer à la coordonnée X = 10 avec une vitesse d'avance de 100 unités.
Qu'est-ce qu'un exemple de programmation en code G ?
Le langage de programmation G-code est compatible avec tous les types de machines CNC. L'exemple ci-dessous illustre un programme G-code pour une fraiseuse CNC. L'objectif est d'usiner un simple carré de 20 mm x 20 mm dans le plan linéaire XY.
- G21 ; Définir toutes les dimensions en millimètres
- G90 ; Réglez le système s sur le positionnement absolu
- G00 Z5 ; Relevez l'outil à une hauteur de 5 mm au-dessus de la pièce à usiner
- G00 X0 Y0 ; Positionnement rapide de l'outil au point d'origine
- G01 Z-1 F100 ; Abaisser l'outil à une profondeur de 1 mm (hauteur = -1 mm) avec une vitesse d'avance de 100 mm/min
- G01 X20 F200 ; Déplacez l'outil à la coordonnée X = 20 avec une vitesse d'avance de 200 mm/min
- G01 Y20 ; Déplacez l'outil à la coordonnée Y= 20
- G01 X0 ; Déplacez l'outil à la coordonnée X= 0
- G01 Y0 ; Déplacez l'outil à la coordonnée Y= 0
- G00 Z5 ; Relevez l'outil à sa hauteur de sécurité de 5 mm
- M0 ; Point de fin du programme. La machine cesse d'exécuter le programme à ce stade.
Ceci n'est qu'un exemple de programme en code G. Le programme réel peut varier d'une machine à l'autre. Par exemple, certaines machines nécessitent G0, G1 et G2 au lieu de G00, G01 et G02.
Il est important de noter que « M30 » n'est pas un code G à proprement parler. Il s'agit d'une commande M liée à la fonction du contrôleur de la machine.
Quelles machines utilisent le code G ?
Le code G est utilisé en usinage CNC et en impression 3D . Parmi les machines d'usinage CNC, on trouve notamment :
Fraiseuse CNC
Une fraiseuse CNC utilise un outil de coupe rotatif contre une pièce fixe. Cet outil peut avoir des formes et des dimensions très variées, ce qui permet de réaliser de nombreux types d'usinage.
Machine de tournage CNC
Un tour CNC utilise un outil de coupe fixe contre une pièce en rotation. Les services de tournage CNC sont couramment utilisés pour créer des formes symétriques sur des surfaces cylindriques et coniques avec une grande précision. Un tour CNC possède une trajectoire d'outil hélicoïdale autour de la pièce, permettant un enlèvement de matière efficace. Le tournage est idéal pour l'usinage de surfaces externes lors du façonnage. Les tours CNC fonctionnent selon le principe du tournage mécanique, offrant des résultats précis et reproductibles pour une large gamme d'applications industrielles.
Rectifieuse CNC
Le meulage est une technique d'usinage utilisée pour le traitement de surface de précision. Il consiste à enlever une quantité minimale de matière pour lisser la surface. Le meulage est généralement utilisé comme procédé de finition secondaire après d'autres méthodes telles que le fraisage et le tournage. Il permet également d'éliminer les bavures formées après le soudage et d'autres procédés d'assemblage.
Perceuse CNC
Le perçage CNC est un procédé courant qui consiste à créer des trous dans une pièce à l'aide d'un foret. Ces trous peuvent servir à la fixation de vis, à l'assemblage secondaire ou à des fins esthétiques. Les perceuses à colonne sont généralement utilisées après d'autres méthodes d'usinage. Le diamètre du trou est limité. L'alésage CNC est utilisé lorsque le diamètre du trou requis est important.
Machine de routage CNC
Une fraiseuse CNC est une machine utilisée pour la découpe de différents matériaux . Elle combine généralement un système de commande numérique (CNC) avec une fraiseuse portative. La fraiseuse permet d'enlever une quantité de matière très précise d'une surface, ce qui offre la possibilité de réaliser des sculptures complexes.
Machine de découpe laser CNC
Une machine de découpe laser CNC utilise la chaleur d'un faisceau laser très focalisé pour fondre et découper la pièce à usiner. Le laser possède une puissance très élevée, concentrée par un système optique. Cette méthode de découpe présente des limites quant aux matériaux qu'elle peut traiter. La découpe de matériaux sensibles comme le plastique génère des gaz toxiques susceptibles d'endommager le système optique.
Machine de découpe au jet d'eau CNC
La découpe au jet d'eau CNC est une technique innovante qui utilise la force de l'eau à haute pression pour découper tout type de matériau. L'épaisseur du jet d'eau est inférieure à celle d'un cheveu. La programmation CNC permet de déplacer la tête de découpe. Les machines de découpe au jet d'eau peuvent percer des matériaux de grande épaisseur, ce qui les rend adaptées à toutes les applications.
Qui a besoin de connaître le code G ?
La maîtrise du code G est essentielle pour les opérateurs de machines CNC. Les logiciels de FAO génèrent le code G pour la plupart des machines CNC. Cependant, comprendre le code G et sa signification permet à l'opérateur de gérer le programme avec précision. Il peut ainsi personnaliser le programme à sa guise en modifiant le code G. La compréhension du code G facilite également le dépannage de certains problèmes pouvant survenir lors de l'usinage.
Le code G s'avère également une compétence précieuse pour les ingénieurs, les architectes et les amateurs. Son application se retrouve aussi dans l'impression 3D, ce qui élargit encore le champ d'application de cette méthode de programmation.
Quel est le meilleur éditeur de code G ?
Parmi les meilleurs logiciels d'édition de G-code, on trouve NC Viewer, Notepad++, Cura, gCode Editor et G-code QnDirty.
Ces logiciels sont tous gratuits et offrent de nombreuses fonctionnalités. Il existe également de nombreuses applications payantes d'édition de code G.
Les logiciels d'édition de code G servent généralement à apporter de petites modifications au fichier programme. Ils permettent également de remplacer certaines instructions par d'autres dans l'ensemble du programme. Cette fonction de recherche et de remplacement est relativement rapide avec un éditeur de code G.
Existe-t-il des considérations ou des précautions de sécurité à prendre en compte lors de la programmation en code G ?
Oui, il est important de tenir compte des consignes de sécurité lors de la programmation des codes G. Les instructions en code G doivent être écrites en tenant compte des limites de fonctionnement de la machine.
Toute instruction erronée peut entraîner des collisions et des ruptures d'outils. Il est également important d'inclure des compensations telles que les décalages d'axes. Le programme G-code doit aussi prendre en compte des facteurs comme la longueur de l'outil.
Quelle est la différence entre le code G et le code M ?
Le code G et le code M gèrent différents aspects du processus de fonctionnement de la machine CNC. Le code G gère les aspects liés aux mouvements des outils sur les axes X, Y et Z.
Il gère également la rotation de l'outil, les vitesses d'avance et autres commandes de mouvement et de vitesse.
Le code M , quant à lui, gère diverses fonctions de la machine telles que le débit du liquide de refroidissement, le démarrage et l'arrêt du programme, l'appel de sous-programmes, l'avance et l'inversion de la contre-pointe, la sélection des engrenages, etc. Les commandes du code M ne sont pas liées à la géométrie de la pièce.
Le code G et le code M fonctionnent de concert pour créer un programme CNC complet.
Notes
La programmation en code G est une compétence très utile pour les personnes travaillant avec des machines CNC. L'avantage est que, avec la bonne méthode, elle est relativement facile à apprendre.
Une bonne maîtrise de la programmation CNC en code G permet de fabriquer même les pièces les plus complexes avec un haut niveau de qualité et de précision.
Foire Aux Questions (FAQ)
Voici les réponses à quelques questions fréquemment posées concernant les codes G :
1. Les codes G sont-ils universels ?
Oui, les codes G sont universels pour les machines CNC. Toutes les machines CNC fonctionnent grâce aux commandes en code G. Certaines machines semblent posséder d'autres fonctionnalités pour la conception de pièces ne nécessitant pas de programmation. Cependant, elles utilisent toujours le code G pour fonctionner. Dans ce cas, la couche de code G est invisible pour l'utilisateur final.
2. Le G-code est-il un langage de programmation ?
Oui, le G-code est un langage de programmation. Sa spécification technique est RS-274. Les logiciels de FAO peuvent générer automatiquement des programmes en G-code. Par conséquent, sauf pour la conception d'une pièce complexe comportant de nombreuses personnalisations, un programmeur dédié n'est généralement pas nécessaire.
3. Le code G est-il difficile à apprendre ?
Non, le code G n'est pas difficile à apprendre. En fait, n'importe quel opérateur peut apprendre facilement les codes G simples en peu de temps. Les compétences se développent ensuite avec la pratique et l'expérience de l'exécution des codes.
4. Faut-il être bon en maths pour comprendre le code G ?
Non, le code G ne requiert aucune connaissance particulière en mathématiques. Toutefois, une familiarité avec les notions de base en mathématiques peut s'avérer utile pour l'optimisation du programme.
5. Quels sont les 3 codes G de base ?
Les trois codes G de base sont G00, G01 et G02/G03. G00 commande le déplacement rapide de la machine-outil dans le système de coordonnées requis. G01 indique le déplacement d'avance linéaire. G02 et G03 correspondent aux mouvements d'avance dans le sens horaire et antihoraire.
