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. 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. 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:

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.

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:

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.

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. 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. 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. 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.

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

Next, the programmer defines the machining operations to be performed on the part. This includes specifying Frezowanie 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. Generowanie ścieżki narzędzia

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. 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)

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).

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

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.

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