Niezbędne informacje, które należy poznać przed zrozumieniem lub nauką programowania CNC

Przed zrozumieniem lub nauką programowania CNC powinniśmy najpierw wyjaśnić, jaką wiedzę musimy opanować.

Jakie umiejętności lub wiedzę należy zdobyć przed zrozumieniem lub nauką programowania CNC?

1. Posiadanie solidnych podstaw z zakresu mechaniki oraz wiedzy na temat geometrii elementów i projektowania uchwytów może być przydatne, ponieważ pozwala to lepiej zrozumieć procesy obróbki skrawaniem oraz elementy, które są programowane.

2. Programowanie CNC obejmuje zarówno programowanie ręczne, jak i automatyczne. Programowanie ręczne często polega na bezpośrednim pisaniu kodu, co wymaga podstawowej wiedzy z zakresu matematyki oraz dokładnego zrozumienia układu współrzędnych kartezjańskich i kierunków osi (X, Y, Z oraz ich ujemnych odpowiedników). Wiedza ta ma kluczowe znaczenie dla dokładnego programowania.

3. Podczas nauki szybkiego rysowania w 2D oraz Modelowanie CAD (Projektowanie 3D) może pomóc w zrozumieniu wizualnych aspektów programowania CNC, ale nie jest to koniecznie warunek wstępny.

4. Zainteresowanie maszynami oraz ich wydajnością i działaniem, zwłaszcza w przypadku konkretnych marek (takich jak Mitsubishi, FANUC, Siemens i Haas), może zwiększyć motywację i zaangażowanie. Jednak praktyczna obsługa maszyn nie jest absolutnie konieczna, aby rozpocząć naukę składni programowania CNC.

5. Obserwacja rzeczywistego działania maszyn CNC na miejscu, w tym takich aspektów jak prędkość narzędzia, posuw i głębokość skrawania, może dostarczyć cennych spostrzeżeń i praktycznej wiedzy, która może poprawić umiejętności programowania CNC.

6. Sumienne uczenie się, krytyczne myślenie, robienie dokładnych notatek i uczenie się na błędach są niezbędne do skutecznego uczenia się i opanowania programowania CNC lub jakiejkolwiek innej umiejętności.

Jakie narzędzia programowe są wykorzystywane w programowaniu CNC?

Programowanie ręczne i programowanie automatyczne w programowaniu CNC

Jak wspomniano powyżej, w programowaniu CNC istnieją dwa główne podejścia do tworzenia programów: ręczne i automatyczne.

Programowanie ręczne:

Programowanie ręczne polega na bezpośrednim pisaniu kodu programu CNC za pomocą edytora tekstu lub specjalistycznego oprogramowania. Programista musi rozumieć możliwości maszyny CNC oraz język kodu G (ustandaryzowany w formacie RS-274 ^[1]), a także konkretną składnię wymaganą przez sterownik maszyny.

Ręczny proces programowania zazwyczaj obejmuje:

Pisanie pojedynczych linii instrukcji kodu G w celu zdefiniowania ruchów narzędzia, prędkości wrzeciona, prędkości posuwu i innych parametrów.

Obliczanie dokładnych współrzędnych ścieżek narzędzia na podstawie geometrii części przy użyciu obliczeń matematycznych i trygonometrii.

Uwzględnianie zmian narzędzi, ustawień przedmiotu obrabianego, przesunięć narzędzi i innych czynników w celu zapewnienia dokładnych i wydajnych operacji obróbki.

Programowanie ręczne umożliwia precyzyjną kontrolę nad procesem obróbki, umożliwiając dostosowanie i dostrojenie kodu. Jest ono często wykorzystywane w złożonych lub unikalnych zastosowaniach obróbki, w których automatyczne programowanie może nie być odpowiednie lub wydajne.

Automatyczne programowanie:

Programowanie automatyczne, powszechnie znane jako komputerowe wspomaganie produkcji (CAM), polega na wykorzystaniu specjalistycznego oprogramowania do automatycznego generowania programów CNC. Oprogramowanie generuje kod programu na podstawie danych wejściowych, takich jak geometria detalu, informacje o oprzyrządowaniu, operacje obróbki oraz inne parametry.

Proces automatycznego programowania zazwyczaj obejmuje następujące elementy:

Importowanie lub tworzenie modelu 3D lub pliku CAD części, która ma zostać poddana obróbce.

Definiowanie operacji obróbki, narzędzi i parametrów obróbki w oprogramowaniu CAM.

Oprogramowanie automatycznie generuje kod programu CNC, w tym ścieżki narzędzi, prędkości, posuwy i inne instrukcje.

Automatyczne programowanie oferuje szereg korzyści, w tym zwiększoną produktywność, skrócony czas programowania oraz możliwość symulacji i optymalizacji ścieżek narzędzi przed obróbką. Jest ono powszechnie stosowane w branżach z produkcją wielkoseryjną lub powtarzalnymi zadaniami obróbki skrawaniem.

Zarówno programowanie ręczne, jak i automatyczne mają swoje zalety. Są one stosowane w oparciu o konkretne wymagania projektu, złożoność części, doświadczenie programisty i inne czynniki. Wielu programistów CNC korzysta z ręcznych i automatycznych technik programowania, aby osiągnąć najlepsze wyniki.

Etapy programowania CNC

Przebieg programowania ręcznego

1. Analiza rysunku części i planowanie procesu: Obejmuje to analizę rysunku części, zrozumienie wymiarów i wymagań technicznych, określenie planu obróbki, sekwencjonowanie operacji, projektowanie osprzętu w razie potrzeby wybierając odpowiednie narzędzia oraz planując ścieżkę narzędzia i parametry cięcia.

2. Przetwarzanie matematyczne: Na podstawie cech geometrycznych części ustala się układ współrzędnych obrabianego przedmiotu. W tym układzie współrzędnych oblicza się trajektorię narzędzia, uwzględniając punkty początkowe i końcowe elementów geometrycznych, środki łuków kołowych oraz punkty przecięcia lub styczne między elementami geometrycznymi. W przypadku standardowych profili 2D do wyznaczania punktów przecięcia stosuje się podstawowe zasady trygonometrii. (Uwaga: Ręczne obliczanie poszczególnych punktów dla złożonych powierzchni 3D jest obecnie praktycznie przestarzałe i jest ściśle obsługiwane przez oprogramowanie CAM).

3. Pisanie listy programu części: Określona trasa obróbki i parametry procesu są tłumaczone na kod poleceń systemu CNC i format segmentu programu. Program części jest zapisywany wiersz po wierszu, zgodnie z określoną składnią i konwencjami programowania.

4. Wprowadzanie programu: Podczas gdy starsze pokolenia korzystały z perforowanej taśmy papierowej, współczesne maszyny CNC pobierają programy głównie za pośrednictwem pamięci USB, sieci Ethernet, Wi-Fi lub połączeń DNC (Direct Numerical Control), a klawiatura MDI maszyny służy jedynie do wprowadzania drobnych zmian.

5. Weryfikacja programu i pierwsze cięcie próbne: Przed rozpoczęciem obróbki należy zweryfikować i przetestować napisany program. Weryfikacja polega na sprawdzeniu trajektorii ruchu maszyny poprzez uruchomienie programu bez cięcia przedmiotu obrabianego; jest to standardowy proces walidacji, powszechnie znany jako “próba na sucho” (cięcie w powietrzu). Jeśli maszyna CNC posiada funkcję wyświetlania graficznego, można skorzystać z symulacji w celu wizualizacji procesu cięcia narzędziem. Jednak pierwsze cięcie próbne na rzeczywistym obrabianym elemencie ma kluczowe znaczenie dla oceny dokładności obrabianych części oraz wprowadzenia niezbędnych korekt parametrów cięcia i ścieżek narzędzia.

Przepływ pracy automatycznego programowania

1. Import lub tworzenie modelu CAD

Pierwszym krokiem jest zaimportowanie modelu 3D obrabianej części do oprogramowania CAM. Model 3D można zaimportować z oprogramowania CAD lub utworzyć bezpośrednio w oprogramowaniu CAM.

2. Definiowanie operacji obróbki

Następnie programista określa operacje obróbki, które mają zostać wykonane na detalu. Obejmuje to określenie Frezowanie CNC operacje takie jak zgrubne skrawanie, skrawanie wykańczające, wiercenie, skrawanie konturowe i skrawanie kieszeniowe. Każda operacja ma określone parametry, takie jak dobór narzędzia, prędkości skrawania i posuwy, głębokości skrawania, odstępy między skrawaniami oraz naddatki.

3. Generowanie ścieżki narzędzia

Na podstawie zdefiniowanych operacji obróbki oprogramowanie CAM generuje ścieżkę narzędzia, która przedstawia ruch narzędzia oraz strategię obróbki na powierzchniach detalu. Ścieżki narzędzia są obliczane z uwzględnieniem takich czynników, jak geometria narzędzia, orientacja narzędzia, unikanie kolizji oraz zaawansowane algorytmy optymalizacji kinematycznej ^[2].

4. Symulacja i weryfikacja

Po wygenerowaniu ścieżek narzędzia programista może przeprowadzić symulację procesu obróbki w oprogramowaniu CAM. Symulacja ta pozwala na wizualizację ruchu narzędzia, wykrywanie potencjalnych kolizji lub błędów oraz zapewnienie, że ścieżka narzędzia jest zoptymalizowana i odpowiednia dla danej części.

5. Przetwarzanie końcowe

Po sfinalizowaniu i zweryfikowaniu ścieżki narzędzia oprogramowanie CAM wykonuje przetwarzanie końcowe. Obejmuje to konwersję ścieżki narzędzia na specyficzne dla maszyny instrukcje G-code, które maszyna CNC może zrozumieć. Postprocesor dostosowuje dane wyjściowe kodu G do konkretnych wymagań dotyczących składni i formatowania docelowego sterownika maszyny CNC.

6. Przeniesienie na maszynę CNC

Wygenerowany program G-code jest przesyłany do maszyny CNC za pośrednictwem bezpośredniego połączenia lub zewnętrznych nośników pamięci, takich jak dyski USB lub transfery sieciowe. Program jest ładowany do sterownika maszyny i gotowy do wykonania.

7. Konfiguracja i wykonanie maszyny

Maszyna jest konfigurowana przed uruchomieniem programu CNC z odpowiednimi uchwytami roboczymi, narzędziami tnącymi i wyrównaniem przedmiotu obrabianego. Gdy wszystko jest na swoim miejscu, program CNC jest wykonywany, a maszyna wykonuje zaprogramowane operacje obróbki przedmiotu obrabianego.

inny kod w programowaniu CNC

Kody G (kody przygotowawcze)

Kody G służą do definiowania różnych funkcji i operacji przygotowawczych. Kody te określają ruch narzędzia, tryby obróbki, układy współrzędnych i inne parametry. Do typowych kodów G należą: G00 (pozycjonowanie szybkie), G01 (interpolacja liniowa), G02/G03 (interpolacja kołowa), G17/G18/G19 (wybór płaszczyzny) oraz G90/G91 (pozycjonowanie absolutne/przyrostowe).

Kody M (różne kody)

Kody M są używane do sterowania różnymi funkcjami maszyny, takimi jak działanie wrzeciona, chłodziwo włączanie/wyłączanie, zmiana narzędzi i zatrzymywanie maszyny. Różnią się one w zależności od marki i modelu maszyny. Przykłady kodów M obejmują M03/M04 (wrzeciono włączone zgodnie z ruchem wskazówek zegara / przeciwnie do ruchu wskazówek zegara), M05 (zatrzymanie wrzeciona), M06 (zmiana narzędzia) i M08/M09 (włączanie/wyłączanie chłodziwa).

Kody T (wybór narzędzia)

Kody T są używane do określenia numeru narzędzia lub przesunięcia narzędzia, które ma być użyte do obróbki. Kody te wskazują, które narzędzie w magazynku narzędzi lub uchwycie narzędziowym powinno być włączone dla konkretnej operacji. Na przykład, T01 wybiera narzędzie numer 1, T03 wybiera narzędzie numer 3 itd.

Kod S (prędkość wrzeciona)

Kod S służy do definiowania żądanej prędkości wrzeciona dla operacji obróbki. Wartość po kodzie S reprezentuje prędkość wrzeciona w RPM (obrotach na minutę). Na przykład S1000 ustawia prędkość wrzeciona na 1000 obr.

Kod F (prędkość posuwu)

Kod F służy do określenia prędkości posuwu, z jaką narzędzie porusza się po zaprogramowanej ścieżce narzędzia. Wartość po kodzie F reprezentuje prędkość posuwu w jednostkach na minutę. Na przykład F200 ustawia posuw na 200 jednostek na minutę.

Kody osi X, Y, Z i inne

Kody te określają współrzędne i pozycje narzędzia wzdłuż różnych osi. Kod X reprezentuje pozycję wzdłuż osi X, kod Y reprezentuje pozycję wzdłuż osi Y, a kod Z reprezentuje pozycję wzdłuż osi Z. Dodatkowe kody osi mogą być używane dla maszyn z większą liczbą osi, takich jak A, B, C itp.

Kody Dwell

Kody zatrzymania powodują zatrzymanie maszyny w określonym miejscu lub na określony czas. Czas zatrzymania określa się za pomocą kodu P, który wskazuje czas zatrzymania w sekundach. Na przykład polecenie G04 X2,0 (lub G04 P2000, ponieważ adres P w standardowych sterownikach Fanuc zazwyczaj wykorzystuje milisekundy) spowoduje, że maszyna zatrzyma się na 2 sekundy.

Spośród różnych kodów stosowanych w programowaniu CNC najczęściej używanym jest kod G. Kody G mają fundamentalne znaczenie dla programowania CNC, ponieważ określają ruchy maszyny (zgodnie z normami ISO 6983) oraz sterują różnymi aspektami procesu obróbki.

Słowo końcowe

Programowanie CNC wiąże się z wieloma kluczowymi kwestiami, które zasługują na szczególną uwagę. Mając taką możliwość, zamierzam w przyszłości poświęcić artykuł kompleksowemu omówieniu kluczowych aspektów, które wymagają uwagi w programowaniu CNC.

Odniesienie

[1] Kramer, T. R., Proctor, F. M. i Messina, E. R. (2000). Interpreter NIST RS274NGC – wersja 3. Narodowy Instytut Standardów i Technologii (NIST). https://doi.org/10.6028/NIST.IR.6556

[2] Altintas, Y. (2012). Automatyka produkcji: mechanika obróbki skrawaniem, drgania obrabiarek oraz projektowanie układów CNC (wyd. 2). Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/CBO9780511843723