Essentiële informatie die u moet weten voordat u CNC programmeren begrijpt of leert

Voordat we CNC programmeren begrijpen of leren, moeten we eerst duidelijk maken welke kennis we moeten beheersen.

Welke vaardigheden of kennis moet je hebben voordat je CNC programmeren begrijpt of leert?

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. Het observeren van de werkelijke werking van CNC machines op locatie, met inbegrip van aspecten zoals gereedschapssnelheid, voedingssnelheid en snedediepte, kan waardevolle inzichten en praktische kennis opleveren die de CNC programmeervaardigheden kunnen verbeteren.

6. Toewijdig leren, kritisch denken, grondige aantekeningen maken en leren van fouten zijn essentieel voor het effectief leren en beheersen van CNC programmeren of welke vaardigheid dan ook.

Welke softwaretools worden gebruikt bij CNC-programmering?

Handmatig programmeren en automatisch programmeren bij CNC-programmering

Zoals hierboven vermeld, zijn er bij CNC-programmering twee hoofdbenaderingen voor het maken van programma's: handmatig en automatisch.

Handmatig programmeren:

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.

Het handmatige programmeerproces bestaat meestal uit:

Individuele regels G-code-instructies schrijven om gereedschapsbewegingen, spindelsnelheden, aanzetten en andere parameters te definiëren.

Exacte coördinaten berekenen voor gereedschapspaden op basis van de productgeometrie met behulp van wiskundige berekeningen en goniometrie.

Rekening houden met gereedschapswissels, werkstukinstelling, gereedschapsafstanden en andere factoren om nauwkeurige en efficiënte bewerkingen te garanderen.

Handmatig programmeren biedt nauwkeurige controle over het bewerkingsproces en maakt aanpassing en fijnafstelling van de code mogelijk. Het wordt vaak gebruikt voor complexe of unieke bewerkingstoepassingen waarbij automatisch programmeren niet geschikt of efficiënt is.

Automatisch programmeren:

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.

Het automatische programmeerproces omvat meestal het volgende:

Een 3D-model of CAD-bestand van het te bewerken onderdeel importeren of maken.

De bewerkingen, gereedschappen en bewerkingsparameters definiëren in de CAM-software.

De software genereert automatisch de CNC-programmacode, inclusief gereedschapspaden, snelheden, voedingen en andere instructies.

Automatisch programmeren biedt verschillende voordelen, zoals hogere productiviteit, kortere programmeertijd en de mogelijkheid om gereedschapsbanen te simuleren en te optimaliseren voor de bewerking. Het wordt vaak gebruikt in industrieën met grote productievolumes of repetitieve bewerkingstaken.

Zowel handmatig programmeren als automatisch programmeren heeft zijn eigen voordelen. Ze worden gebruikt op basis van de specifieke eisen van het project, de complexiteit van het onderdeel, de expertise van de programmeur en andere factoren. Veel CNC programmeurs gebruiken handmatige en automatische programmeertechnieken om de beste resultaten te behalen.

Stappen van CNC programmeren

Workflow van handmatige programmering

1. Analyse van de producttekening en procesplanning: Dit omvat het analyseren van de onderdeeltekening, het begrijpen van de afmetingen en technische vereisten, het bepalen van het bewerkingsplan en het opeenvolgen van de bewerkingen, armaturen ontwerpen indien nodig, het selecteren van geschikt gereedschap en het plannen van het gereedschapspad en de snijparameters.

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. De onderdeelprogrammalijst schrijven: De vastgestelde bewerkingsroute en procesparameters worden vertaald naar de opdrachtcode en het formaat van het programmasegment van het CNC-systeem. Het bewerkingsprogramma wordt regel voor regel geschreven volgens de opgegeven programmeersyntaxis en -conventies.

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.

Workflow van automatisch programmeren

1. CAD-model importeren of maken

De eerste stap is het importeren van een 3D-model van het te bewerken onderdeel in de CAM-software. Het 3D-model kan worden geïmporteerd vanuit CAD-software of direct worden aangemaakt in de CAM-software.

2. Bewerkingsbewerkingen definiëren

Next, the programmer defines the machining operations to be performed on the part. This includes specifying CNC frezen 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. Genereren van gereedschapsbanen

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. Simulatie en verificatie

Zodra de freesbanen gegenereerd zijn, kan de programmeur het bewerkingsproces simuleren in de CAM-software. Met deze simulatie kan de beweging van het gereedschap worden gevisualiseerd, kunnen eventuele botsingen of fouten worden opgespoord en kan ervoor worden gezorgd dat de freesbaan geoptimaliseerd is en geschikt voor het onderdeel.

5. Nabewerking

Nadat de freesbaan is afgerond en geverifieerd, voert de CAM-software de nabewerking uit. Hierbij wordt de freesbaan omgezet in machinespecifieke G-code instructies die de CNC machine kan begrijpen. De post-processor past de uitvoer van de G-code aan aan de specifieke syntaxis en opmaakvereisten van de doelbesturing van de CNC-machine.

6. Overbrengen naar CNC-machine

Het gegenereerde G-code programma wordt overgebracht naar de CNC machine via een directe verbinding of externe opslagmedia zoals USB-sticks of netwerkoverdracht. Het programma wordt geladen in de controller van de machine, klaar voor uitvoering.

7. Machine instellen en uitvoeren

Voordat het CNC-programma wordt uitgevoerd, wordt de machine ingesteld met de juiste werkopspanningen, snijgereedschappen en werkstukuitlijning. Als alles klaar is, wordt het CNC-programma uitgevoerd en voert de machine de geprogrammeerde bewerkingen uit op het werkstuk.

verschillende code in de CNC-programmering

G-codes (voorbereidende 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 (diverse codes)

M-codes worden gebruikt om diverse machinefuncties aan te sturen, zoals de werking van de spindel, koelvloeistof aan/uit, wisselen van gereedschap en machinestops. Ze variëren afhankelijk van het merk en model van de machine. Voorbeelden van M-codes zijn M03/M04 (spil rechtsom/linksom), M05 (spilstop), M06 (gereedschapswissel) en M08/M09 (koelmiddel aan/uit).

T-codes (gereedschapsselectie)

T-codes worden gebruikt om het gereedschapsnummer of de gereedschapsoffset op te geven die voor de bewerking moet worden gebruikt. Deze codes geven aan welk gereedschap in het gereedschapsmagazijn of in de gereedschapshouder moet worden gebruikt voor een bepaalde bewerking. Met T01 wordt bijvoorbeeld gereedschapsnummer 1 gekozen, met T03 wordt gereedschapsnummer 3 gekozen, enzovoort.

S-code (spindelsnelheid)

S-code wordt gebruikt om het gewenste spiltoerental voor de bewerking te definiëren. De waarde na de S-code geeft het spiltoerental in RPM (omwentelingen per minuut) aan. Bijvoorbeeld, S1000 stelt het spiltoerental in op 1000 omw/min.

F-code (voedingssnelheid)

Met de F-code wordt de aanzet opgegeven waarmee het gereedschap zich langs de geprogrammeerde baan verplaatst. De waarde na de F-code geeft de aanzet in eenheden per minuut weer. Bijvoorbeeld: F200 stelt de aanzet in op 200 eenheden per minuut.

X-, Y-, Z- en andere ascodes

Deze codes geven de coördinaten en posities van het gereedschap langs verschillende assen aan. De X-code staat voor de positie langs de X-as, de Y-code voor de positie langs de Y-as en de Z-code voor de positie langs de Z-as. Aanvullende ascodes kunnen worden gebruikt voor machines met meer assen, zoals A, B, C, enzovoort.

Dwell-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.

Slotwoord

Bij CNC programmeren komen veel cruciale overwegingen kijken die zorgvuldige aandacht verdienen. Als ik de kans krijg, ben ik van plan om in de toekomst een artikel te wijden aan een uitgebreide bespreking van de belangrijkste aspecten die aandacht vereisen bij CNC programmeren.

Referentie

[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