Wichtige Informationen, die Sie wissen müssen, bevor Sie die CNC-Programmierung verstehen oder erlernen

Bevor wir die CNC-Programmierung verstehen oder erlernen, sollten wir zunächst klären, welches Wissen wir beherrschen müssen.

Welche Fähigkeiten oder Kenntnisse sollten Sie erwerben, bevor Sie die CNC-Programmierung verstehen oder erlernen?

1. Having a strong mechanical foundation and knowledge of part geometry and fixture design can be beneficial, as it provides a better understanding of machining processes and the components being programmed.

2. CNC programming encompasses both manual programming and Automatic programming. Manual programming often involves writing code directly, requiring a foundation in mathematics and a clear understanding of the Cartesian coordinate system and axis directions (X, Y, Z, and their negative counterparts). This knowledge is crucial for accurate programming.

3. While learning 2D quick drawing and CAD modeling (3D design) can help understand the visual aspects of CNC programming, it is not necessarily a prerequisite.

4. Having a passion for machinery and being interested in the performance and operation of specific machine brands (such as Mitsubishi, FANUC, Siemens, and Haas) can enhance motivation and engagement. However, hands-on machine operation is not strictly mandatory to begin learning CNC programming syntax.

5. Die Beobachtung des tatsächlichen Betriebs von CNC-Maschinen vor Ort, einschließlich Aspekten wie Werkzeuggeschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit und Schnitttiefe, kann wertvolle Einblicke und praktisches Wissen liefern, das die Fähigkeiten zur CNC-Programmierung verbessern kann.

6. Fleißiges Lernen, kritisches Denken, gründliche Notizen und das Lernen aus Fehlern sind für das effektive Lernen und die Beherrschung der CNC-Programmierung oder jeder anderen Fähigkeit unerlässlich.

Welche Software-Tools werden bei der CNC-Programmierung eingesetzt?

Manuelle Programmierung und automatische Programmierung in der CNC-Programmierung

Wie bereits erwähnt, gibt es bei der CNC-Programmierung zwei Hauptansätze für die Programmerstellung: manuell und automatisch.

Manuelle Programmierung:

Manual programming involves directly writing the CNC program code using a text editor or specialized software. The programmer needs to understand the CNC machine’s capabilities, the G-code language (standardized under the RS-274 format ^[1]), and the specific syntax required by the machine controller.

Die manuelle Programmierung umfasst in der Regel folgende Schritte:

Schreiben einzelner Zeilen von G-Code-Anweisungen zur Definition von Werkzeugbewegungen, Spindeldrehzahlen, Vorschubgeschwindigkeiten und anderen Parametern.

Berechnung der genauen Koordinaten für die Werkzeugbahnen auf der Grundlage der Teilegeometrie durch mathematische Berechnungen und Trigonometrie.

Berücksichtigung von Werkzeugwechsel, Werkstückeinrichtung, Werkzeugkorrekturen und anderen Faktoren, um genaue und effiziente Bearbeitungsvorgänge zu gewährleisten.

Die manuelle Programmierung ermöglicht eine präzise Kontrolle des Bearbeitungsprozesses und erlaubt eine individuelle Anpassung und Feinabstimmung des Codes. Sie wird häufig bei komplexen oder einzigartigen Bearbeitungsanwendungen eingesetzt, bei denen die automatische Programmierung nicht geeignet oder effizient ist.

Automatische Programmierung:

Automatic programming, universally known as Computer-Aided Manufacturing (CAM), involves using specialized software to automatically generate CNC programs. The software generates the program code by using inputs such as part geometry, tooling information, machining operations, and other parameters.

Der automatische Programmierungsprozess umfasst in der Regel Folgendes:

Importieren oder Erstellen eines 3D-Modells oder einer CAD-Datei des zu bearbeitenden Teils.

Definition der Bearbeitungsvorgänge, Werkzeuge und Bearbeitungsparameter in der CAM-Software.

Die Software generiert automatisch den CNC-Programmcode, einschließlich Werkzeugwege, Geschwindigkeiten, Vorschübe und andere Anweisungen.

Die automatische Programmierung bietet mehrere Vorteile, darunter eine höhere Produktivität, eine kürzere Programmierzeit und die Möglichkeit, Werkzeugwege vor der Bearbeitung zu simulieren und zu optimieren. Sie wird häufig in Branchen mit hohen Produktionszahlen oder sich wiederholenden Bearbeitungsaufgaben eingesetzt.

Sowohl die manuelle als auch die automatische Programmierung haben ihre eigenen Vorzüge. Sie werden je nach den spezifischen Anforderungen des Projekts, der Komplexität des Teils, der Erfahrung des Programmierers und anderen Faktoren eingesetzt. Viele CNC-Programmierer verwenden manuelle und automatische Programmiertechniken, um die besten Ergebnisse zu erzielen.

Schritte der CNC-Programmierung

Ablauf der manuellen Programmierung

1. Analyse der Teilezeichnung und Prozessplanung: Dies beinhaltet die Analyse der Teilezeichnung, das Verständnis der Abmessungen und der technischen Anforderungen, die Festlegung des Bearbeitungsplans und der Reihenfolge der Arbeitsgänge, Planung von Vorrichtungen falls erforderlich, die Auswahl geeigneter Werkzeuge sowie die Planung der Werkzeugbahn und der Schnittparameter.

2. Mathematical processing: A workpiece coordinate system is established based on the geometric characteristics of the part. The tool trajectory is calculated within this coordinate system, considering the starting and ending points of geometric elements, circular arc centers, and intersections or tangent points between geometric elements. For standard 2D profiles, basic trigonometry is applied to find intersection points. (Note: Calculating discrete points for complex 3D surfaces manually is practically obsolete today and is strictly handled by CAM software).

3. Schreiben der Teileprogrammliste: Der festgelegte Bearbeitungsweg und die Prozessparameter werden in den Befehlscode und das Programmsegmentformat des CNC-Systems übersetzt. Das Teileprogramm wird Zeile für Zeile geschrieben, wobei die vorgegebene Programmiersyntax und die Konventionen eingehalten werden.

4. Program input: While older generations used perforated paper tape, modern CNC machines primarily load programs via USB drives, Ethernet networks, Wi-Fi, or Direct Numerical Control (DNC) connections, using the machine’s MDI keyboard only for minor edits.

5. Program verification and the first test cut: The written program must be verified and tested before machining. Verification involves checking the machine’s motion trajectory by running the program without cutting the workpiece, a standard validation process commonly known as a “dry run” (air cutting). If the CNC machine has graphic display capabilities, simulation can be used to visualize the tool-cutting process. However, the first test cut on the actual workpiece is crucial to assess the accuracy of the machined parts and make necessary adjustments to cutting parameters and tool paths.

Ablauf der automatischen Programmierung

1. CAD-Modell Import oder Erstellung

Der erste Schritt besteht darin, ein 3D-Modell des zu bearbeitenden Teils in die CAM-Software zu importieren. Das 3D-Modell kann aus einer CAD-Software importiert oder direkt in der CAM-Software erstellt werden.

2. Bearbeitungen definieren

Next, the programmer defines the machining operations to be performed on the part. This includes specifying CNC-Fräsen operations such as roughing, finishing, drilling, contouring, and pocketing. Each operation has specific parameters such as tool selection, cutting speeds and feeds, cutting depths, stepovers, and allowances.

3. Werkzeugweggenerierung

Based on the defined machining operations, the CAM software generates a toolpath representing the tool’s movement and machining strategy on the part’s surfaces. The toolpaths are calculated by considering factors such as the tool’s geometry, tool orientation, collision avoidance, and advanced kinematic optimization algorithms ^[2].

4. Simulation und Verifizierung

Sobald die Werkzeugwege erstellt sind, kann der Programmierer den Bearbeitungsprozess in der CAM-Software simulieren. Diese Simulation ermöglicht es, die Bewegung des Werkzeugs zu visualisieren, mögliche Kollisionen oder Fehler zu erkennen und sicherzustellen, dass der Werkzeugweg optimiert und für das Werkstück geeignet ist.

5. Nachbearbeitung

Nachdem der Werkzeugweg fertiggestellt und überprüft wurde, führt die CAM-Software eine Nachbearbeitung durch. Dabei wird der Werkzeugweg in maschinenspezifische G-Code-Anweisungen umgewandelt, die die CNC-Maschine verstehen kann. Der Postprozessor passt die G-Code-Ausgabe so an, dass sie den besonderen Syntax- und Formatierungsanforderungen der Ziel-CNC-Maschinensteuerung entspricht.

6. Übergabe an die CNC-Maschine

Das generierte G-Code-Programm wird über eine direkte Verbindung oder externe Speichermedien wie USB-Laufwerke oder Netzwerkübertragungen an die CNC-Maschine übertragen. Das Programm wird in die Steuerung der Maschine geladen und ist bereit zur Ausführung.

7. Einrichten und Ausführen der Maschine

Die Maschine wird vor der Ausführung des CNC-Programms mit den entsprechenden Spannvorrichtungen, Schneidwerkzeugen und der Werkstückausrichtung eingerichtet. Sobald alles an seinem Platz ist, wird das CNC-Programm ausgeführt, und die Maschine führt die programmierten Bearbeitungen am Werkstück aus.

unterschiedlicher Code in der CNC-Programmierung

G-Codes (vorbereitende Codes)

G-codes are used to define various preparatory functions and operations. These codes specify the tool’s movement, machining modes, coordinate systems and other parameters. Some common G-codes include G00 (rapid positioning), G01 (linear interpolation), G02/G03 (circular interpolation), G17/G18/G19 (plane selection), and G90/G91 (absolute/incremental positioning).

M-Codes (Verschiedene Codes)

M-Codes werden verwendet, um verschiedene Maschinenfunktionen zu steuern, z. B. den Spindelbetrieb, Kühlmittel ein/aus, Werkzeugwechsel und Maschinenstopps. Sie variieren je nach Marke und Modell der Maschine. Beispiele für M-Codes sind M03/M04 (Spindel im Uhrzeigersinn/gegen den Uhrzeigersinn), M05 (Spindelstopp), M06 (Werkzeugwechsel) und M08/M09 (Kühlmittel ein/aus).

T-Codes (Werkzeugauswahl)

T-Codes werden verwendet, um die Werkzeugnummer oder die Werkzeugkorrektur zu spezifizieren, die für die Bearbeitung verwendet werden soll. Diese Codes geben an, welches Werkzeug im Werkzeugmagazin oder Werkzeughalter für eine bestimmte Operation eingesetzt werden soll. Zum Beispiel wählt T01 das Werkzeug Nr. 1, T03 das Werkzeug Nr. 3 und so weiter.

S-Code (Spindeldrehzahl)

Der S-Code wird verwendet, um die gewünschte Spindeldrehzahl für den Bearbeitungsvorgang festzulegen. Der Wert nach dem S-Code gibt die Spindeldrehzahl in RPM (Umdrehungen pro Minute) an. Zum Beispiel setzt S1000 die Spindeldrehzahl auf 1000 U/min.

F-Code (Vorschubgeschwindigkeit)

Der F-Code wird verwendet, um die Vorschubgeschwindigkeit anzugeben, mit der sich das Werkzeug entlang der programmierten Werkzeugbahn bewegt. Der dem F-Code folgende Wert gibt den Vorschub in Einheiten pro Minute an. Zum Beispiel setzt F200 den Vorschub auf 200 Einheiten pro Minute.

X-, Y-, Z- und andere Achsen-Codes

Diese Codes geben die Koordinaten und Positionen des Werkzeugs entlang verschiedener Achsen an. Der X-Code steht für die Position entlang der X-Achse, der Y-Code für die Position entlang der Y-Achse und der Z-Code für die Position entlang der Z-Achse. Für Maschinen mit mehreren Achsen können zusätzliche Achscodes verwendet werden, z. B. A, B, C usw.

Verweilen Codes

Dwell codes pause the machine at a specific location or duration. The dwell time is specified using the P-code, representing the dwell time in seconds. For example, G04 X2.0 (or G04 P2000, as the P-address typically uses milliseconds in standard Fanuc controls) would cause the machine to dwell for 2 seconds.

Among the different codes used in CNC programming, the G-code is the most commonly used. G-codes are fundamental to CNC programming as they define the machine’s movement (governed by ISO 6983 standards) and control various aspects of the machining process.

Schlusswort

Bei der CNC-Programmierung sind zahlreiche wichtige Aspekte zu berücksichtigen, die sorgfältige Aufmerksamkeit verdienen. Wenn sich die Gelegenheit bietet, werde ich in Zukunft einen Artikel schreiben, in dem ich die wichtigsten Aspekte, die bei der CNC-Programmierung beachtet werden müssen, ausführlich erläutere.

Referenz

[1] Kramer, T. R., Proctor, F. M., & Messina, E. R. (2000). The NIST RS274NGC Interpreter – Version 3. National Institute of Standards and Technology (NIST). https://doi.org/10.6028/NIST.IR.6556

[2] Altintas, Y. (2012). Manufacturing Automation: Metal Cutting Mechanics, Machine Tool Vibrations, and CNC Design (2nd ed.). Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/CBO9780511843723