Información esencial que debe conocer antes de entender o aprender programación CNC

Antes de comprender o aprender la programación CNC, debemos aclarar qué conocimientos necesitamos dominar.

¿Qué habilidades o conocimientos debe adquirir antes de entender o aprender la programación CNC?

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. Observar el funcionamiento real de las máquinas CNC in situ, incluidos aspectos como la velocidad de la herramienta, el avance y la profundidad de corte, puede proporcionar valiosas perspectivas y conocimientos prácticos que pueden mejorar las habilidades de programación CNC.

6. El aprendizaje diligente, el pensamiento crítico, tomar notas minuciosas y aprender de los errores son esenciales para el aprendizaje eficaz y el dominio de la programación CNC o de cualquier habilidad.

¿Qué herramientas de software se utilizan en la programación CNC?

Programación manual y programación automática en la programación CNC

Como ya se ha mencionado, en la programación CNC existen dos enfoques principales para crear programas: manual y automático.

Programación manual:

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.

El proceso de programación manual suele implicar:

Escribir líneas individuales de instrucciones de código G para definir los movimientos de la herramienta, las velocidades del husillo, los avances y otros parámetros.

Cálculo de coordenadas precisas para trayectorias de herramientas basadas en la geometría de la pieza mediante cálculos matemáticos y trigonometría.

Tener en cuenta los cambios de herramienta, la configuración de la pieza de trabajo, las compensaciones de la herramienta y otros factores para garantizar operaciones de mecanizado precisas y eficientes.

La programación manual permite un control preciso del proceso de mecanizado, posibilitando la personalización y el ajuste fino del código. Suele utilizarse en aplicaciones de mecanizado complejas o únicas en las que la programación automática puede no ser adecuada o eficaz.

Programación automática:

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.

El proceso de programación automática suele incluir lo siguiente:

Importar o crear un modelo 3D o un archivo CAD de la pieza a mecanizar.

Definir las operaciones de mecanizado, las herramientas y los parámetros de mecanizado dentro del software CAM.

El software genera automáticamente el código del programa CNC, incluidas las trayectorias de las herramientas, las velocidades, los avances y otras instrucciones.

La programación automática ofrece varias ventajas, como el aumento de la productividad, la reducción del tiempo de programación y la posibilidad de simular y optimizar las trayectorias de las herramientas antes del mecanizado. Suele utilizarse en industrias con grandes volúmenes de producción o tareas de mecanizado repetitivas.

Tanto la programación manual como la automática tienen sus propios méritos. Se utilizan en función de los requisitos específicos del proyecto, la complejidad de la pieza, la experiencia del programador y otros factores. Muchos programadores de CNC utilizan técnicas de programación manual y automática para conseguir los mejores resultados.

Pasos de la programación CNC

Flujo de trabajo de la programación manual

1. Análisis del plano de la pieza y planificación del proceso Esto implica analizar el plano de la pieza, comprender las dimensiones y los requisitos técnicos, determinar el plan de procesamiento y secuenciar las operaciones, diseño de instalaciones si es necesario, seleccionar las herramientas adecuadas y planificar la trayectoria de la herramienta y los parámetros de corte.

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. Escribir la lista del programa de pieza: La ruta de procesamiento y los parámetros de proceso determinados se traducen al código de comandos del sistema CNC y al formato de segmento de programa. El programa de pieza se escribe línea por línea, siguiendo la sintaxis y las convenciones de programación especificadas.

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.

Flujo de trabajo de la programación automática

1. Importación o creación de modelos CAD

El primer paso es importar un modelo 3D de la pieza que se va a mecanizar al software de CAM. El modelo 3D puede importarse del software CAD o crearse directamente en el software CAM.

2. Definir las operaciones de mecanizado

Next, the programmer defines the machining operations to be performed on the part. This includes specifying Fresado CNC 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. Generación de sendas

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. Simulación y verificación

Una vez generadas las sendas, el programador puede simular el proceso de mecanizado dentro del software CAM. Esta simulación permite visualizar el movimiento de la herramienta, detectar posibles colisiones o errores y garantizar que la trayectoria de la herramienta está optimizada y es adecuada para la pieza.

5. Tratamiento posterior

Una vez finalizada y verificada la trayectoria de la herramienta, el software CAM realiza el postprocesado. Esto implica convertir la trayectoria de la herramienta en instrucciones de código G específicas de la máquina que la máquina CNC pueda entender. El postprocesador adapta la salida del código G para que coincida con los requisitos particulares de sintaxis y formato del controlador de la máquina CNC de destino.

6. Transferencia a la máquina CNC

El programa de código G generado se transfiere a la máquina CNC a través de una conexión directa o de medios de almacenamiento externos como unidades USB o transferencias de red. El programa se carga en el controlador de la máquina, listo para su ejecución.

7. Configuración y ejecución de la máquina

La máquina se configura antes de ejecutar el programa CNC con los útiles de sujeción, las herramientas de corte y la alineación de la pieza de trabajo adecuados. Una vez que todo está en su sitio, se ejecuta el programa CNC y la máquina realiza las operaciones de mecanizado programadas en la pieza.

código diferente en la programación CNC

Códigos G (códigos preparatorios)

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).

Códigos M (Códigos varios)

Los códigos M se utilizan para controlar funciones diversas de la máquina, como el funcionamiento del husillo, refrigerante encendido/apagado, cambios de herramienta y paradas de la máquina. Varían en función de la marca y el modelo de la máquina. Algunos ejemplos de códigos M son M03/M04 (husillo en sentido horario/antihorario), M05 (parada del husillo), M06 (cambio de herramienta) y M08/M09 (encendido/apagado del refrigerante).

Códigos T (selección de herramientas)

Los códigos T se utilizan para especificar el número de herramienta o el corrector de herramienta que debe utilizarse para el mecanizado. Estos códigos indican qué herramienta del almacén de herramientas o del portaherramientas debe engranarse para una operación determinada. Por ejemplo, T01 selecciona la herramienta número 1, T03 selecciona la herramienta número 3, y así sucesivamente.

Código S (velocidad del husillo)

El código S se utiliza para definir la velocidad del husillo deseada para la operación de mecanizado. El valor que sigue al código S representa la velocidad del husillo en RPM (revoluciones por minuto). Por ejemplo, S1000 establece la velocidad del husillo en 1000 RPM.

Código F (velocidad de avance)

El código F se utiliza para especificar el avance al que se desplaza la herramienta por la trayectoria programada. El valor que sigue al código F representa el avance en unidades por minuto. Por ejemplo, F200 establece el avance en 200 unidades por minuto.

Códigos X, Y, Z y otros ejes

Estos códigos especifican las coordenadas y posiciones de la herramienta a lo largo de diferentes ejes. El código X representa la posición a lo largo del eje X, el código Y representa la posición a lo largo del eje Y y el código Z representa la posición a lo largo del eje Z. Se pueden utilizar códigos de eje adicionales para máquinas con más ejes, como A, B, C, etc.

Códigos Dwell

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.

Palabra final

La programación CNC implica numerosas consideraciones cruciales que merecen una cuidadosa atención. Dada la oportunidad, tengo la intención de dedicar un artículo en el futuro a discutir exhaustivamente los aspectos clave que requieren atención en la programación CNC.

Referencia

[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