Программирование станков с ЧПУ на Python: Полный цикл от кода до запуска

[Kirilljs]

Python — язык общего назначения, но его гибкость и богатая экосистема библиотек делают его мощным инструментом для автоматизации в металлообработке. В этом посте разберем, как использовать Python для программирования станков с ЧПУ: от написания кода до его выполнения на оборудовании.

Где писать код: Среды разработки

Для работы с Python подойдут:

• VS Code + расширение Python (удобный интерфейс, подсветка синтаксиса).
• PyCharm (профессиональная IDE с инструментами для отладки).
• Jupyter Notebook (для экспериментов и визуализации данных).
• Любой текстовый редактор (Notepad++, Sublime Text) + терминал.

---

Этапы работы

Написание кода

Python используется для:

• Генерации G-кода (стандартного языка ЧПУ).
• Управления станком через последовательные порты (RS-232, USB).
• Интеграции с CAD/CAM-системами.

Пример 1: Генерация G-кода для прямоугольного кармана

# gen_rectangle_gcode.py
def generate_rectangle_gcode(width, height, feed_rate=100):
    gcode = []
    gcode.append("G21")          # Установка единиц в мм
    gcode.append("G90")          # Абсолютные координаты
    gcode.append("G17")          # Плоскость XY
    gcode.append("G0 Z5")        # Поднять фрезу на 5 мм
    gcode.append("G0 X0 Y0")     # Переместиться в начальную точку
    gcode.append("G1 Z-2 F50")   # Опустить фрезу на глубину 2 мм
    gcode.append(f"G1 X{width} F{feed_rate}")  # Движение по X
    gcode.append(f"G1 Y{height}")              # Движение по Y
    gcode.append("G1 X0")        # Завершение прямоугольника
    gcode.append("G1 Y0")
    gcode.append("G0 Z5")        # Поднять фрезу
    gcode.append("M30")          # Конец программы
    return "\n".join(gcode)

# Генерация G-кода для прямоугольника 50x30 мм
print(generate_rectangle_gcode(50, 30))

Пример 2: Отправка команд через последовательный порт

import serial

# Настройка соединения (зависит от станка)
ser = serial.Serial(
    port='/dev/ttyUSB0',  # Порт (Windows: 'COM3')
    baudrate=115200,
    timeout=1
)

# Отправка команды
def send_gcode(command):
    ser.write((command + "\n").encode())
    response = ser.readline().decode().strip()
    print(f"Ответ станка: {response}")

# Пример использования
send_gcode("G28")  # Возврат в исходное положение
send_gcode("G0 X10 Y10")
ser.close()

Компиляция (Трансляция в G-код)

Python сам по себе не компилируется в G-код, но скрипты могут генерировать его. Для этого:

1. Напишите скрипт, как в Примере 1.
2. Сохраните результат в файл:

with open("rectangle.nc", "w") as f:
    f.write(generate_rectangle_gcode(50, 30))

3. Полученный файл .nc загружается в станок через CAM-систему или напрямую через пульт управления.

Запуск на оборудовании

1. Через G-код:

• Загрузите файл .nc в станок через USB или SD-карту.
• Запустите программу через интерфейс ЧПУ.

2. Через прямое управление :

• Если станок поддерживает управление через API или последовательный порт (например, LinuxCNC), используйте скрипты из Примера 2.
• Важно: Проверьте настройки безопасности (скорость подачи, аварийные остановы)!

---

Инструменты и библиотеки

• pySerial: Для связи с оборудованием.
• numpy: Для математических расчетов (траектории, коррекции).
• PythonOCC: Интеграция с CAD-моделями.
• bCNC/Marlin: Программы для управления станками с поддержкой скриптов.

---

Примеры применения

Пример 3: Генерация спирали

import math

def generate_spiral_gcode(radius_max, turns=3, feed_rate=200):
    gcode = ["G21", "G90", "G17", "G0 Z5"]
    angle_step = 0.1  # Угловой шаг в радианах
    for t in range(int(turns * 2 * math.pi / angle_step)):
        angle = t * angle_step
        radius = (radius_max / (2 * math.pi * turns)) * angle
        x = radius * math.cos(angle)
        y = radius * math.sin(angle)
        gcode.append(f"G1 X{x:.2f} Y{y:.2f} F{feed_rate}")
    gcode.append("G0 Z5")
    gcode.append("M30")
    return "\n".join(gcode)

print(generate_spiral_gcode(50))

---

Тестирование и безопасность

Симуляторы: Используйте CAMotics или Fusion 360 для проверки G-кода.
Ограничения:

• Убедитесь, что координаты не выходят за пределы рабочей зоны.
• Добавьте команды G92 для настройки мягких упоров.

Возможные проблемы

Совместимость: Не все станки поддерживают прямое управление. Изучите документацию.
Задержки: Используйте time.sleep() в скриптах для синхронизации с оборудованием.

---

Подведем итоги!
Python — это не только инструмент для анализа данных, но и мощное средство автоматизации в металлообработке. С его помощью можно генерировать сложные траектории, интегрировать системы контроля качества и даже управлять станком в реальном времени.

Вопросы для обсуждения :

• Какие библиотеки вы используете для работы с ЧПУ?
• Какие задачи можно автоматизировать с помощью Python на вашем производстве?

Делитесь опытом в комментариях!