Informations essentielles à connaître avant de comprendre ou d'apprendre la programmation CNC

Avant de comprendre ou d'apprendre la programmation CNC, nous devons d'abord clarifier les connaissances que nous devons maîtriser.

Quelles sont les compétences ou les connaissances à acquérir avant de comprendre ou d'apprendre la programmation 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. L'observation du fonctionnement réel des machines CNC sur site, y compris des aspects tels que la vitesse de l'outil, la vitesse d'avance et la profondeur de coupe, peut fournir des informations précieuses et des connaissances pratiques susceptibles d'améliorer les compétences en matière de programmation CNC.

6. L'apprentissage diligent, la pensée critique, la prise de notes approfondie et l'apprentissage à partir des erreurs sont essentiels pour un apprentissage efficace et la maîtrise de la programmation CNC ou de toute autre compétence.

Quels sont les outils logiciels utilisés dans la programmation des commandes numériques ?

Programmation manuelle et programmation automatique dans la programmation CNC

Comme nous l'avons déjà mentionné, il existe deux approches principales de la programmation CNC : la programmation manuelle et la programmation automatique.

Programmation manuelle :

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.

Le processus de programmation manuelle implique généralement

L'écriture de lignes individuelles d'instructions de code G pour définir les mouvements d'outils, les vitesses de broche, les vitesses d'avance et d'autres paramètres.

Calculer les coordonnées précises des trajectoires d'outils en fonction de la géométrie de la pièce à l'aide de calculs mathématiques et de la trigonométrie.

Tenir compte des changements d'outils, de la configuration de la pièce, des décalages d'outils et d'autres facteurs pour garantir la précision et l'efficacité des opérations d'usinage.

La programmation manuelle permet un contrôle précis du processus d'usinage, ce qui permet de personnaliser et d'affiner le code. Elle est souvent utilisée dans des applications d'usinage complexes ou uniques pour lesquelles la programmation automatique n'est pas toujours adaptée ou efficace.

Programmation automatique :

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.

Le processus de programmation automatique comprend généralement les éléments suivants :

Importation ou création d'un modèle 3D ou d'un fichier CAO de la pièce à usiner.

Définir les opérations d'usinage, l'outillage et les paramètres d'usinage dans le logiciel de FAO.

Le logiciel génère automatiquement le code du programme CNC, y compris les trajectoires d'outils, les vitesses, les avances et autres instructions.

La programmation automatique offre plusieurs avantages, notamment une productivité accrue, une réduction du temps de programmation et la possibilité de simuler et d'optimiser les trajectoires d'outils avant l'usinage. Elle est couramment utilisée dans les industries produisant de grands volumes ou effectuant des tâches d'usinage répétitives.

La programmation manuelle et la programmation automatique ont toutes deux leurs mérites. Elles sont utilisées en fonction des exigences spécifiques du projet, de la complexité de la pièce, de l'expertise du programmeur et d'autres facteurs. De nombreux programmeurs de CNC utilisent des techniques de programmation manuelle et automatique pour obtenir les meilleurs résultats.

Étapes de la programmation CNC

Déroulement de la programmation manuelle

1. Analyse du dessin de la pièce et planification du processus : Il s'agit d'analyser le dessin de la pièce, de comprendre les dimensions et les exigences techniques, de déterminer le plan de traitement et de séquencer les opérations, la conception de luminaires si nécessaire, en sélectionnant les outils appropriés et en planifiant la trajectoire de l'outil et les paramètres de coupe.

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. Rédaction de la liste du programme de la pièce : L'itinéraire de traitement et les paramètres de traitement déterminés sont traduits en code de commande du système CNC et en format de segment de programme. Le programme de pièces est écrit ligne par ligne, en suivant la syntaxe et les conventions de programmation spécifiées.

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.

Déroulement de la programmation automatique

1. Importation ou création d'un modèle CAO

La première étape consiste à importer un modèle 3D de la pièce à usiner dans le logiciel de FAO. Le modèle 3D peut être importé d'un logiciel de CAO ou créé directement dans le logiciel de FAO.

2. Définir les opérations d'usinage

Next, the programmer defines the machining operations to be performed on the part. This includes specifying Fraisage 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. Génération de parcours d'outils

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 et vérification

Une fois les parcours d'outils générés, le programmeur peut simuler le processus d'usinage dans le logiciel de FAO. Cette simulation permet de visualiser le mouvement de l'outil, de détecter toute collision ou erreur potentielle et de s'assurer que le parcours d'outil est optimisé et adapté à la pièce.

5. Post-traitement

Une fois le parcours d'outil finalisé et vérifié, le logiciel de FAO effectue un post-traitement. Il s'agit de convertir le parcours d'outil en instructions G-code spécifiques à la machine, que la machine CNC peut comprendre. Le post-processeur adapte le code G aux exigences particulières de syntaxe et de formatage du contrôleur de la machine CNC cible.

6. Transfert vers la machine CNC

Le programme de code G généré est transféré à la machine CNC par le biais d'une connexion directe ou d'un support de stockage externe tel qu'une clé USB ou des transferts en réseau. Le programme est chargé dans le contrôleur de la machine, prêt à être exécuté.

7. Configuration et exécution de la machine

Avant d'exécuter le programme CNC, la machine est réglée avec les dispositifs de maintien au travail, les outils de coupe et l'alignement de la pièce à usiner appropriés. Une fois que tout est en place, le programme CNC est exécuté et la machine effectue les opérations d'usinage programmées sur la pièce.

code différent dans la programmation de la CNC

Codes G (codes préparatoires)

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).

Codes M (codes divers)

Les codes M sont utilisés pour contrôler diverses fonctions de la machine, telles que le fonctionnement de la broche, liquide de refroidissement marche/arrêt, changement d'outil et arrêt de la machine. Ils varient en fonction de la marque et du modèle de la machine. Les exemples de codes M sont les suivants : M03/M04 (broche en marche dans le sens des aiguilles d'une montre/en marche arrière), M05 (arrêt de la broche), M06 (changement d'outil) et M08/M09 (activation/désactivation du liquide de refroidissement).

Codes T (sélection d'outils)

Les codes T sont utilisés pour spécifier le numéro d'outil ou le décalage d'outil à utiliser pour l'usinage. Ces codes indiquent quel outil du magasin d'outils ou du porte-outil doit être engagé pour une opération particulière. Par exemple, T01 sélectionne l'outil numéro 1, T03 l'outil numéro 3, etc.

Code S (vitesse de la broche)

Le code S est utilisé pour définir la vitesse de broche souhaitée pour l'opération d'usinage. La valeur qui suit le code S représente la vitesse de la broche en tours par minute (RPM). Par exemple, S1000 définit la vitesse de la broche à 1000 tours par minute.

Code F (vitesse d'avance)

Le code F est utilisé pour spécifier la vitesse d'avance à laquelle l'outil se déplace le long de la trajectoire programmée. La valeur qui suit le code F représente la vitesse d'avance en unités par minute. Par exemple, F200 définit la vitesse d'avance à 200 unités par minute.

Codes des axes X, Y, Z et autres

Ces codes spécifient les coordonnées et les positions de l'outil le long de différents axes. Le code X représente la position le long de l'axe X, le code Y représente la position le long de l'axe Y et le code Z représente la position le long de l'axe Z. Des codes d'axes supplémentaires peuvent être utilisés pour les machines comportant plusieurs axes, tels que A, B, C, etc.

Codes 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.

Le mot de la fin

La programmation CNC implique de nombreuses considérations cruciales qui méritent une attention particulière. Si l'occasion se présente, j'ai l'intention de consacrer un article à l'avenir pour discuter de manière exhaustive des aspects clés qui requièrent une attention particulière dans la programmation CNC.

Référence

[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