CNC-Programmierung erklärt:Wie Maschinen bei komplexen Teilen Präzision erreichen

Es lässt sich nicht streiten:CNC-Maschinen sind unglaublich präzise. Ihre Fähigkeit, ein Viertel der Breite eines menschlichen Haares (0,001 Zoll) präzise zu schneiden, macht sie zu einem unverzichtbaren Bestandteil jeder modernen Maschinenwerkstatt.

Doch die Fähigkeit, solche Leistungen vollbringen zu können, ist nur die halbe Wahrheit. Die Maschinen allein sind nutzlos ohne die richtige automatisierte „Computer Numerische Steuerung“ (oder CNC):die codierten programmierten Anweisungen, die diese Maschinen wirklich so beeindruckend machen.

Während CNC-Maschinen eine von drei Arten der CNC-Maschinenprogrammierung verwenden können – manuelle, Dialog- und CAM-Systemprogrammierung – liegt unser Fokus heute auf der vielseitigsten und genauesten:CAM-Systemprogrammierung. Warum? Weil dieser Programmiertyp verwendet wird, wenn die Genauigkeit eines CNC-bearbeiteten Teils von größter Bedeutung ist.

G-Code und M-Code:Wir machen die Magie möglich

Ein Programm ist eine Codesequenz, die der CNC-Maschine sagt, was sie tun soll. Die Programmiersprache – bestehend aus G-Code und M-Code – steuert die CNC-Maschinen und ermöglicht so eine genaue und wiederholbare Teilefertigung. Wir haben die Details von G-Code und M-Code in einem früheren Artikel behandelt, aber es ist hilfreich, die Grundlagen hier zu lesen.

Stellen Sie sich G-Code als den Meister der Aktion vor, der der Werkzeugmaschine sagt, wohin sie gehen soll (eine bestimmte geometrische Position) und was der Befehl ist (z. B. „schnelle Bewegung“). M-Code ist der Organisator von Funktionen und gibt der Maschine eine Aufgabe („Spindeldrehung starten“ oder „Kühlmittel ausschalten“).

Auch wenn die Programmiercodes „G00G58X-120.Y-5“ und „M82“ für das ungeübte Auge wie Unsinn aussehen mögen, geben sie doch eine spezifische Richtung vor, die für die Endqualität des Maschinenteils von entscheidender Bedeutung ist.

Eine wichtige Erinnerung:Die Programmierung allein kann keine Qualität garantieren; Es erfordert die richtigen Werkzeuge und qualifizierte Maschinisten, um ein CNC-Bearbeitungszentrum optimal zu betreiben.

Wie funktioniert die Software?

Um zuverlässigen CNC-Maschinencode zu erstellen, verwendet ein Ingenieur ein Programmiertool für die computergestützte Fertigung (CAM). Ein gängiges Beispiel und Industriestandard, Mastercam®, ist eine Software, die Eingaben eines Ingenieurs entgegennimmt und den richtigen G-Code und M-Code für das Projekt an einen Postprozessor ausgibt (der über eine separate, mit Mastercam verknüpfte Software verfügt).

Je nach Maschine gibt es unterschiedliche Postprozessoren, da einige M-Codes maschinenspezifisch sind. Um den Ingenieuren jedoch das Leben zu erleichtern, werden die Codes für jede CNC-Maschine automatisch aktualisiert, sobald das Mastercam-Programm an alle Maschinen gesendet wurde.

Erinnern Sie sich, als wir sagten, dass „manuelle Programmierung“ nicht so modern sei wie die CAM-Systemprogrammierung? Gelegentlich muss ein Maschinist ein Programm manuell in seinem CNC-Bearbeitungszentrum bearbeiten und bei erforderlichen Anpassungen den G-Code oder M-Code physisch eingeben. Dazu sind natürlich umfassende Kenntnisse der Programmierung, der Teiledrucke, der einzelnen Maschinen und der spezifischen Codierung erforderlich. Der Punkt ist:Bei der CNC-Programmierung geht es nicht einfach darum, den „Start“-Knopf der Maschine ohne Anleitung und ein fachmännisches Auge zu drücken.

Sichere Vorrichtungen =schnellere Zykluszeit

Die Werkstückspannung hat mehr Einfluss auf die Bearbeitung eines Projekts, als viele Leute denken. Ingenieure müssen eine Vorrichtung (die manuell oder vollständig hydraulisch sein kann) sowie das Produktionsvolumen bewerten, bevor sie entscheiden, wie aggressiv das Programm sein wird (wie schnell die Werkzeuge laufen). Je sicherer und steifer die Werkstückhalterung ist, desto aggressiver kann das Schneidwerkzeug laufen. Da die Spannvorrichtungen der Spitzenklasse robust sind, können Schneidwerkzeuge direkt von Anfang an bis an die Obergrenze ihrer Oberflächenfuß pro Minute (SFM) und Spanlast gebracht werden.

Programmierung:Der letzte Teil des Prozesses

Obwohl viele Leute die Programmierung als einen Anfangsschritt im CNC-Bearbeitungsprozess betrachten, handelt es sich in Wirklichkeit um den letzten Schritt.

Ein Ingenieur verbringt den größten Teil seiner Zeit damit, Code von der Mastercam-Software zu erstellen. Folgendes gibt ein Ingenieur in die Software ein, um den richtigen Code zu erhalten:

• Material wird bearbeitet
• Maschinentyp
• Teiletoleranz
• Werkzeuge, die zum Erreichen der Toleranz erforderlich sind
• Zykluszeit
• Oberflächenbeschaffenheit
• Vorrichtungsdesign

All dies muss zunächst festgelegt werden, was die Programmierung zum letzten Schritt des Prozesses macht, bevor die CNC-Maschinenprogrammierung in die Fertigung gelangt.

So überprüfen Sie die Qualität der Programmierung

Zu Beginn eines Projekts sendet ein Kunde der CNC-Maschinenwerkstatt CAD-Modelle (Computer Aided Design) sowohl des Gussteils als auch des fertig bearbeiteten Teils. Um die Programmierung zu testen, überprüft die Mastercam-Software, ob jedes Werkzeug dorthin gelangt, wo es hingehört, und das tut, was es tun soll. Es bearbeitet das Rohgussmodell virtuell in ein CAM-Fertigteilmodell und vergleicht es dann mit dem tatsächlichen Kundenteilmodell. Alle Unterschiede werden hervorgehoben und verglichen, um dem Programmierer eine doppelte Überprüfung seiner Arbeit zu erleichtern.

Als weitere Kontrolle führt ein erfahrener Maschinenschlosser in der Werkstatt einen „Trockenlauf der Werkzeuge“ am allerersten Teil durch, um sicherzustellen, dass der Entwurf der Praxis entspricht. Der Maschinist führt das Programm durch, wobei das Werkzeug jedoch Luft vor dem Teil „schneidet“, während der Bediener es betrachtet. Sie tun dies, indem sie jedem Werkzeug gerade so viel negativen Verschleiß hinzufügen, dass es nicht in das Teil eingreift. Auf diese Weise nähert sich das Werkzeug dem Teil, um die Bewegung zu sehen, ohne einzugreifen.

Dies ermöglicht es dem Maschinisten, alle Probleme, einschließlich unvorhergesehener Toleranzüberschreitungen, zu erkennen. Beispielsweise kann der Bearbeitungszugang rund um Klemmen eng sein, daher ist dies ein Schwerpunkt. Bei Fragen trifft sich der Bediener mit dem Programmierer, um das Programm zu besprechen, und Werkzeugwegänderungen können sofort vorgenommen werden. Mit den fortschrittlichen CAM-Tools für erfahrene Programmierer sind bei 99 % der Programme keine Änderungen von Anfang an erforderlich.

Dieser Screenshot aus der Mastercam-Programmiersoftware zeigt den kreisförmigen grauen Werkzeughalter und das Werkzeug bei der Bearbeitung des blauen Teils, wobei vom letzten Schnitt eine gelbe Spur zurückbleibt.

Das allererste Teil wird außerdem einer „Erstmusterprüfung“-Qualitätsprüfung durch den Bediener am Tisch des Bearbeitungszentrums unterzogen, wo das Teil vermessen wird. Anschließend geht es zum Qualitätslabor der Werkstatt, wo Qualitätsingenieure das Teil auf einem KMG (Koordinatenmessgerät) laufen lassen, um die physischen geometrischen Eigenschaften des Teils zu überprüfen und zu messen.

Ausbildung zum Programmierer:Den Prozess erlernen

Das Programmieren von CNC-Maschinen wird in vielen technischen Schulen gelehrt, doch nichts geht über eine Ausbildung am Arbeitsplatz. In vielen Betrieben gibt es Ausbildungsberufe, bei denen die praktische Ausbildung im Vordergrund steht. Darüber hinaus bietet Mastercam auch Schulungsprogramme und Online-Webinare an.

„Code schreibt sich nicht einfach selbst.“ Nun ja, das tut es irgendwie! Wenn der Ingenieur Mastercam die richtigen Informationen zur Verfügung stellt, schreibt die Software den Code. Am wichtigsten ist die Anwendung des Prozesses und das Wissen, wie die Teile hergestellt werden. Die Überprüfung eines Teiledrucks und die schnelle Bestimmung von Schneidwerkzeugen, Maschinentyp, Zykluszeit, Vorrichtung usw. erfordert Zeit. Kein Lehrbuch vermittelt dieses alltägliche Wissen; es muss durch Erfahrung gelernt werden.

Die Bediener erhalten außerdem eine Prozessschulung durch den Ingenieur, der Mastercam Details zeigt und genau mitteilt, was das Werkzeug tun soll, wodurch die Zeit, die sie vor der Spindel verbringen, wesentlich produktiver wird.

Es sagt etwas über die Qualitätsstandards einer CNC-Maschinenwerkstatt aus, wenn ihre Spezialität darin besteht, komplexe Projekte mit anspruchsvollen, engen Toleranzen zu übernehmen. Stecker Machine stützt sich auf seine CNC-Maschinenprogrammierung, um den Bedienern die besten Voraussetzungen für den Erfolg zu verschaffen und unseren Kunden hochwertige, hochpräzise Teile zu liefern.

Über den Autor

Dan sorgt dafür, dass die Maschinen bei Stecker Machine schnell laufen. Er optimiert Schneidwerkzeuge und -programme für maximale Effizienz, behebt alle Fertigungsprobleme und entwirft und wählt fortschrittliche Werkzeuge für neue Aufgaben und Produktverbesserungen aus. Tom ist der Mastercam-Experte von Stecker Machine. Er kümmert sich um die gesamte CNC-Fräsprogrammierung. Außerdem entwirft er Vorrichtungen und unterstützt die Produktion.