Programowanie absolutne czy inkrementalne – co wybrać i kiedy?

W programie CNC jedna linia może wyglądać niewinnie: X50 Y30. Problem w tym, że maszyna może odczytać ją na dwa zupełnie różne sposoby. W trybie absolutnym G90 pojedzie do konkretnego punktu układu współrzędnych. W trybie inkrementalnym G91 przesunie się o zadaną wartość względem miejsca, w którym znajduje się teraz. Jeżeli operator pomyli te dwa stany, różnica nie kończy się na błędnym wymiarze detalu. Przy szybkim przejeździe G0 skutkiem może być złamane narzędzie, uszkodzony uchwyt albo kolizja z przedmiotem.

Dlatego wybór między G90 i G91 nie powinien wynikać z przyzwyczajenia. G90 jest zwykle lepszą bazą programu, bo ułatwia kontrolę pozycji i analizę kodu. G91 sprawdza się lokalnie, gdy ten sam ruch trzeba powtarzać kilka lub kilkadziesiąt razy: przy szeregu otworów, obróbce powtarzalnych elementów konturu albo w odpowiednio napisanych podprogramach.

Najważniejsze jest jednak coś innego: trzeba wiedzieć nie tylko, czym różnią się oba tryby, ale również kiedy przełączenie między nimi staje się niebezpieczne.

G90 i G91: ta sama współrzędna, zupełnie inny ruch

G90 oznacza programowanie absolutne. Współrzędna osi określa wtedy punkt docelowy względem zera aktualnie aktywnego układu współrzędnych przedmiotu, np. G54. Jeżeli w programie znajduje się:

G90 G0 X50 Y30

to sterowanie interpretuje X50 Y30 jako konkretny punkt. Nie ma znaczenia, czy narzędzie przed wykonaniem tego bloku znajdowało się na X10 Y10, X40 Y25 czy X200 Y100. Po zakończeniu prawidłowo wykonanego ruchu pozycją docelową pozostaje X50 Y30 w aktywnym układzie.

Przy G91, czyli programowaniu inkrementalnym, te same liczby oznaczają drogę do wykonania od aktualnej pozycji.

Załóżmy, że narzędzie znajduje się na:

• X20,

• Y10.

Polecenie:

G90 G1 X50 Y30 F300

doprowadzi do pozycji X50 Y30. Oś X przejedzie więc 30 mm, a Y 20 mm.

Po wykonaniu z tego samego punktu:

G91 G1 X50 Y30 F300

pozycja końcowa wyniesie natomiast X70 Y40, ponieważ sterowanie doda 50 mm do aktualnego X oraz 30 mm do aktualnego Y.

To właśnie dlatego G91 bywa zdradliwe. Liczby w kodzie mogą wyglądać rozsądnie, ale bez znajomości pozycji początkowej nie wiadomo jeszcze, gdzie narzędzie faktycznie skończy ruch.

Trzeba też oddzielić dwa pojęcia. G90 i G91 nie określają geometrii toru ruchu. Nie mówią maszynie, czy ma pojechać ruchem szybkim, po linii czy po łuku. Za to odpowiadają m.in.:

• G0 – ruch szybki,

• G1 – interpolacja liniowa,

• G2/G3 – interpolacja kołowa.

G90/G91 mówią wyłącznie, jak interpretować podane wartości współrzędnych.

Druga ważna rzecz: są to polecenia modalne w typowych sterowaniach pracujących w standardzie ISO. Po wywołaniu G91 pozostaje ono aktywne, dopóki program nie przełączy sterowania z powrotem na G90. Nie wolno więc zakładać, że po wykonaniu jednej linii maszyna automatycznie wróci do programowania absolutnego.

W praktyce właśnie pozostawione aktywne G91 jest jednym z bardziej nieprzyjemnych błędów przy ręcznej edycji programu. Operator dopisuje kilka bloków, widzi X100, zakłada przejazd do pozycji X100, a sterowanie rozumie polecenie jako „przesuń X o kolejne 100 mm”.

Kiedy G90 jest bezpieczniejszy, a kiedy G91 rzeczywiście upraszcza program

Przy klasycznym programowaniu frezarki G90 powinno być punktem wyjścia. Powód jest praktyczny: czytając pojedynczy blok, od razu można ustalić pozycję końcową osi.

Jeżeli otwory mają znajdować się na:

• X20 Y20,

• X40 Y20,

• X60 Y20,

• X80 Y20,

programowanie absolutne pokazuje ich położenie wprost. Zmiana trzeciego otworu z X60 na X62 wymaga poprawienia jednej współrzędnej. Pozostałe punkty się nie przesuną.

To duża przewaga przy:

konturach wykonywanych z rysunku technicznego – współrzędne można bezpośrednio zestawić z wymiarami;

programach poprawianych ręcznie na maszynie – łatwiej ustalić, do którego punktu faktycznie zmierza narzędzie;

produkcji jednostkowej i małoseryjnej – gdzie program często zmienia się razem z detalem;

szukaniu błędów – konkretną pozycję można sprawdzić bez przeliczania całego wcześniejszego przebiegu programu.

G91 zaczyna mieć przewagę wtedy, gdy istotna jest odległość między kolejnymi punktami, a nie ich bezwzględne położenie.

Typowy przykład to rząd otworów rozmieszczonych co 20 mm. Po ustawieniu narzędzia nad pierwszym otworem kolejne pozycje można generować poprzez powtarzanie przesunięcia:

G91 X20

Zamiast wpisywać X40, X60, X80, X100, programista opisuje zasadę geometryczną: „przesuwaj się za każdym razem o 20 mm”.

Takie podejście jest wygodne między innymi przy:

• regularnych siatkach otworów,

• powtarzalnych rowkach,

• podprogramach wykonywanych w kilku pozycjach,

• seryjnie powtarzanych przesunięciach,

• prostych wzorach geometrycznych.

Jest jednak koszt. Przy programowaniu inkrementalnym błąd wcześniejszej pozycji wpływa na interpretację następnego ruchu. Program staje się też trudniejszy do analizowania „od środka”. Jeśli operator zatrzyma maszynę, otworzy blok numer 170 i zobaczy G91 X-25 Y10, nie ustali końcowej pozycji bez znajomości punktu startowego.

Dlatego w produkcji dobrze działa zasada: geometrię detalu zapisuj głównie absolutnie, a G91 wykorzystuj do krótkich, zamkniętych sekwencji ruchów względnych.

Nie warto przepisywać całego programu na G91 tylko dlatego, że kod będzie miał mniej różnych liczb. Krótszy program nie jest automatycznie lepszy. Jeżeli podczas korekty operator musi z kalkulatorem odtwarzać pozycję narzędzia po 30 blokach, oszczędność kilku linii kodu szybko przestaje mieć znaczenie.

Jak przełączać G90 i G91 bez ryzyka kosztownej kolizji

Najbezpieczniejszy sposób pracy to potraktowanie G91 jako trybu tymczasowego. Włączasz go do konkretnego zadania i po wykonaniu tego zadania jawnie wracasz do G90.

Przykładowa konstrukcja wygląda logicznie:

G90
G0 X20 Y20
...
G91
X20
X20
X20
G90

Najważniejsza jest ostatnia linia. Nie należy liczyć na pamięć programisty, operatora ani na to, że następny fragment programu „jakoś ustawi właściwy tryb”.

Przy programach przejmowanych po innej osobie pierwszą rzeczą do sprawdzenia powinien być właśnie stan funkcji modalnych. Samo wyszukanie w kodzie G91 nie wystarczy. Trzeba sprawdzić również, gdzie następuje powrót do G90 i jakie ruchy wykonywane są pomiędzy tymi poleceniami.

Szczególną ostrożność trzeba zachować w kilku sytuacjach.

Pierwsza to ruch G0. Błędne przesunięcie o 100 mm wykonywane posuwem roboczym daje czas na reakcję. Ten sam błąd wykonany szybkim przejazdem może skończyć się kolizją zanim operator zdąży nacisnąć zatrzymanie.

Druga to oś Z. Pomylenie pozycji absolutnej z przesunięciem względnym w X lub Y często kończy się zepsutym detalem. Ten sam błąd na Z może skierować frez bezpośrednio w stół, imadło albo uchwyt.

Trzecia to uruchamianie programu od dowolnego bloku. Fragment napisany w G91 może wymagać konkretnej pozycji wejściowej. Start od środka sekwencji bez odtworzenia jej warunków początkowych jest ryzykowny nawet wtedy, gdy sam kod nie zawiera błędu.

Przy wdrażaniu programu na maszynę dobrze stosować prostą kolejność:

1. sprawdzić aktywny układ współrzędnych, np. G54;

2. sprawdzić, czy przed zasadniczą obróbką ustawione jest G90;

3. wyszukać wszystkie miejsca przejścia na G91;

4. ustalić pozycję wejścia i wyjścia dla każdej takiej sekwencji;

5. wykonać symulację;

6. pierwszy przejazd zrobić z ograniczonym rapid override i obserwacją odległości od detalu;

7. dopiero po potwierdzeniu toru dopuścić normalny cykl produkcyjny.

Nie należy też bezmyślnie kopiować kodu pomiędzy Fanucem, Haasem, SINUMERIKIEM i innymi sterowaniami. Sama podstawowa interpretacja G90/G91 jest podobna, ale różnice pojawiają się przy cyklach, programowaniu łuków, podprogramach czy dodatkowych sposobach definiowania współrzędnych.

Dobry przykład daje SINUMERIK, gdzie w określonych zastosowaniach można używać zapisu AC(…) i IC(…), pozwalającego zdefiniować daną wartość absolutnie lub inkrementalnie bez trwałego przełączania całego trybu. Z kolei sposób interpretacji parametrów środka łuku I, J, K nie powinien być automatycznie utożsamiany ze stanem G90/G91. W niektórych sterowaniach obowiązują dla nich osobne zasady lub osobne tryby.

To detal, który często odróżnia kod przepisany z internetu od programu, który rzeczywiście można bezpiecznie uruchomić na konkretnej maszynie. Przed pierwszym startem trzeba sprawdzić instrukcję danego sterowania i konfigurację maszyny.

Jeżeli ktoś dopiero uczy się rozpoznawania takich zależności, samo czytanie tabel kodów G jest niewystarczające. Potrzebne są ćwiczenia, w których najpierw przewiduje się współrzędne końcowe, później sprawdza je na symulatorze, a dopiero potem wykonuje ruch na obrabiarce. Taki praktyczny zakres obejmuje np. kurs CNC, łączący programowanie na symulatorach z pracą przy przemysłowych obrabiarkach. Obecny program szkolenia obejmuje 80 godzin: 10 godzin teorii, 30 godzin ćwiczeń na symulatorach oraz 40 godzin praktyki przy obrabiarkach.

Najbardziej irytującą cechą G91 nie jest samo programowanie względne. Problemem jest to, że poprawny fragment programu może stać się niebezpieczny tylko dlatego, że został uruchomiony z niewłaściwego miejsca albo po wcześniejszej edycji kodu. Dlatego przy odpowiedzialnej pracy liczy się nie tylko poprawność współrzędnych, ale również kontrola stanu programu przed każdym krytycznym ruchem.

FAQ: programowanie absolutne i inkrementalne w praktyce

Czy G90 jest bezpieczniejsze od G91?
Najczęściej tak, szczególnie przy ręcznie pisanych konturach i programach często poprawianych na maszynie. W G90 każda współrzędna wskazuje konkretną pozycję w aktywnym układzie, więc łatwiej kontrolować ruch. G91 nie jest jednak „gorszym” trybem — wymaga po prostu bardziej świadomego użycia.

Czy można używać G90 i G91 w jednym programie?
Tak. To normalna praktyka. Najczytelniej pozostawić większość programu w G90, przechodzić na G91 tylko dla konkretnej operacji względnej i bezpośrednio po niej wpisać ponownie G90.

Czy po wpisaniu G91 działa ono tylko w jednej linii?
Nie. W typowych sterowaniach ISO G91 jest funkcją modalną. Pozostaje aktywne do czasu przełączenia na G90 lub zmiany stanu wynikającej ze specyfiki konkretnego sterowania. Nie należy zakładać automatycznego powrotu do G90.

Czy G90 oznacza współrzędne względem zera maszyny?
Nie. Przy normalnym programowaniu są to współrzędne względem aktualnie obowiązującego układu współrzędnych, np. G54. Zero maszyny i zero przedmiotu to dwie różne rzeczy.

Czy G90/G91 wpływa na G0 i G1?
Wpływa na sposób interpretowania zadanych współrzędnych, ale nie zmienia rodzaju ruchu. G0 nadal oznacza ruch szybki, a G1 ruch liniowy z posuwem. Zmienia się natomiast punkt docelowy wynikający z zapisanych wartości osi.

Kiedy najlepiej stosować G91?
Gdy program opisuje regularne przesunięcia: kolejne otwory co 20 mm, powtarzane rowki, lokalne przesunięcia podprogramu albo inne elementy, których geometria naturalnie wynika z odległości od poprzedniej pozycji.

Czy G90/G91 automatycznie określa sposób zapisu I, J i K przy łukach?
Nie należy tego zakładać. Interpretacja parametrów środka łuku zależy od sterowania i użytego trybu. Przed przenoszeniem programu pomiędzy maszynami trzeba sprawdzić dokumentację konkretnego systemu.

Co sprawdzić jako pierwsze w obcym programie CNC?
Najpierw wyszukaj wszystkie wystąpienia G90 i G91 i ustal, który tryb obowiązuje przed pierwszym ruchem w materiale oraz każdym szybkim ruchem w pobliżu detalu. Jeżeli znajdziesz sekwencję G91 bez jednoznacznego powrotu do G90, popraw właśnie to przed dalszą optymalizacją programu. Dopiero później zajmuj się skracaniem kodu, posuwami czy czasem cyklu.