Top 3 CNC-Bearbeitungskompensationstechniken für präzise Teilefertigung

Werkzeugradius-Kompensation

1. Das Konzept der Werkzeugradius-Kompensation

Das CNC-Bearbeitungszentrum betrachtet das Werkzeug als Punkt für die Bahnbewegung bei der Programmausführung. Beispiel: Beim Fräsen eines quadratischen Aufsatzes mit Kantenlänge 100 mit Werkzeug R3 wird das Programm in der Größe eines Quadrats mit Kantenlänge 100 eingegeben. Die Werkzeugmittelpunktsbahn ist dann ein Quadrat mit Kantenlänge 106, und das auf dem Werkstück gefräste Quadrat hat Kantenlänge 100. Wird die Werkzeugradius-Kompensation nicht verwendet, ist die Werkzeugmittelpunktsbahn ein Quadrat mit Kantenlänge 100, und es wird ein quadratischer Aufsatz mit Kantenlänge 94 gefräst – was nicht den Zeichnungsmaßen entspricht.

Genau wie die Werkzeuglängen-Kompensation wird beim Programmieren die Werkzeuglänge im Wesentlichen nicht berücksichtigt. Durch die Werkzeugradius-Kompensation können wir programmieren, ohne den Werkzeugdurchmesser stark berücksichtigen zu müssen. Die Werkzeuglängen-Kompensation gilt für alle Werkzeuge, die Werkzeugradius-Kompensation wird allgemein nur für Fräser verwendet.

Beim Fräsen von Außen- oder Innenkonturen mit dem Fräser wird die Werkzeugradius-Kompensation verwendet; beim Bearbeiten der Stirnfläche mit dem Schaftfräser reicht die Werkzeuglängen-Kompensation. Da die Werkzeugradius-Kompensation ein relativ schwieriger Befehl zum Verstehen und Anwenden ist, scheuen viele Programmierer davor zurück. Doch einmal verstanden und beherrscht, bringt sie großen Komfort in Programmierung und Bearbeitung.

2. Anwendung der Werkzeugradius-Kompensation

Die Werkzeugradius-Kompensation hat zwei Kompensationsformen: B-Funktion und C-Funktion. Da die B-Funktion die Werkzeugkompensation nur anhand des aktuellen Blocks berechnet, kann sie das Übergangsproblem zwischen den Blöcken nicht lösen und erfordert, dass der Werkstückkontur in einen gerundeten Übergang überführt wird – die Verarbeitungsqualität an der scharfen Ecke des Werkstücks ist nicht gut. Die C-Funktion der Werkzeugradius-Kompensation kann den Übergang der Werkzeugmittelpunktsbahn zweier Blöcke automatisch handhaben und kann gemäß dem Werkstückkontur programmiert werden. Daher verwenden fast alle modernen CNC-Werkzeugmaschinen die C-Funktion der Werkzeugradius-Kompensation.

Wie beurteilt man die Richtung der Werkzeugradius-Kompensation? Beurteilungsmethode: „Der Laufrichtung des Werkzeugs folgend“ liegt das Werkzeug links vom Werkstück → Links-Kompensation; liegt das Werkzeug rechts vom Werkstück → Rechts-Kompensation. Die Kompensation kann „negativ“ sein. Wenn die Werkzeugradius-Kompensation einen negativen Wert annimmt, werden die Funktionen von G41 und G42 vertauscht.

Der Radiuswert des Werkzeugs wird im Speicher Dxx vorab gespeichert, wobei xx die Speichernummer ist. Wenn ein Programm mehrere Werkzeuge benötigt, wird empfohlen, dass die Werkzeugnummer Txx dem Speicher Dxx entspricht – also der Werkzeugradius-Kompensationswert von Werkzeug Nr. T1 den Speicher Nr. D01 verwendet –, um Fehler während der Bearbeitung zu vermeiden. Nach Ausführung der Werkzeugradius-Kompensation berechnet das CNC-System automatisch und lässt das Werkzeug gemäß dem Berechnungsergebnis automatisch kompensieren. Während der Bearbeitung, falls ein Unterschied zwischen dem Konturmaß des Teils und dem Zeichnungsmaß besteht, kann der Radius-Kompensationswert im Speicher Dxx korrigiert und das Programm erneut ausgeführt werden, um die Anforderungen zu erfüllen. Zum Abbrechen der Werkzeugradius-Kompensation wird G40 oder D00 verwendet.

Hinweise zur Anwendung: Beim Erstellen oder Abbrechen der Werkzeugkompensation müssen die Befehle G41, G42, G40 im selben Block wie G00 oder G01 stehen – also G41, G42 und G40 müssen gleichzeitig mit G00 oder G01 verwendet werden. G02 oder G03 dürfen nicht gleichzeitig verwendet werden. Die Länge des Geradstreckenabschnitts beim Erstellen oder Abbrechen der Werkzeugkompensation muss größer sein als der zu kompensierende Werkzeugradiuswert, sonst funktioniert die Kompensationsfunktion nicht. Im Kompensationsmodus führen das Schreiben von 2 oder mehr Bewegungsblöcken ohne Bewegung (Hilfsfunktion, Pause etc.) zu Über- oder Untermessung des Werkzeugs.

3. Befehlsformat

G17/G18/G19 G00/G01 G41/G42 IP_D_

• G41: Werkzeugradius Links-Kompensation
• G42: Werkzeugradius Rechts-Kompensation

Der Radius kann nur in der angegebenen Koordinatenebene kompensiert werden. Mit dem Ebenenwahlbefehl G17, G18 oder G19 werden die XY-, ZX- oder YZ-Ebene als Kompensationsebene ausgewählt. Die Kompensationsnummer muss für die Radiuskompensation angegeben werden, und der Werkzeugradiuswert wird in der Kompensationsnummer D gespeichert. Bei Ausführung des obigen Befehls wird das Werkzeug automatisch um einen Werkzeugradius-Kompensationswert nach links (G41) oder rechts (G42) verschoben. Da die Einrichtung der Werkzeugkompensation im Bewegungsblock abgeschlossen sein muss, wird im obigen Format auch G00 (oder G01) geschrieben. Die Kompensation sollte vor Programmende abgebrochen werden.

Vorrichtungsversatz-Kompensation

Genau wie Werkzeuglängen- und Radiuskompensation es Programmierern ermöglichen, Werkzeuglänge und -größe zu ignorieren, erlauben Vorrichtungsversätze den Programmierern, Vorrichtungsversätze zu verwenden, unabhängig von der Position der Werkstückspannung.

Wenn ein Bearbeitungszentrum kleine Werkstücke bearbeitet, können mehrere Werkstücke gleichzeitig auf der Vorrichtung gespannt werden. Der Programmierer muss beim Programmieren den Koordinatenullpunkt jedes Werkstücks nicht berücksichtigen, sondern nur gemäß dem jeweiligen Programmnullpunkt programmieren und dann den Vorrichtungsversatz verwenden, um den programmierten Nullpunkt der Maschine auf jedes Werkstück zu verschieben. Der Vorrichtungsversatz wird mit den Befehlen G54 bis G59 ausgeführt. Eine andere Methode ist die Verwendung des G92-Befehls zum Einstellen des Koordinatensystems. Wenn ein Werkstück fertig ist, wird mit G92 das neue Werkstück-Koordinatensystem für das nächste Werkstück zurückgesetzt.

Beziehung zwischen Werkzeugversätzen

1. Beziehung zwischen Werkzeuglängen- und Radiuskompensationsfunktion

Wenn im NC-Bearbeitungsprogramm des Teils sowohl Werkzeuglängen- als auch Werkzeugradiuskompensationsbefehle (im Controller) vorhanden sind, muss der Block mit der Längenkompensation vor dem Block mit der Radiuskompensation geschrieben werden, andernfalls ist die Radiuskompensation ungültig.

Beispiel – im folgenden Programmsegment:

N50 G00 G41 X20 Y20 D02
N60 G00 G43 Z10

Wenn das CNC-System keine Werkzeugradiuskompensation ausführt, ändern zu:

N50 G00 G43 Z10
N60 G00 G41 X20 Y20 D02

Dann führt das CNC-System sowohl das Werkzeugradius-System als auch den Werkzeuglängenkompensationsbefehl aus.

2. Beziehung zwischen Werkzeuglängenkompensation und anderen Befehlen

1. G43 und G44 können nur in Linearbewegungen verwendet werden; bei Verwendung in nicht-linearen Bewegungsanweisungen wird ein Alarm ausgelöst.
2. G43 und G44 sind modale Befehle in derselben Gruppe; sie heben die letzte Werkzeuglängenkompensation automatisch auf, ohne dass der spezielle G49-Befehl nötig ist. Aus Sicherheitsgründen sollte die Werkzeuglängenkompensation abgebrochen werden, wenn die Bearbeitung eines Werkzeugs oder das Ende eines Blocks abgeschlossen ist.
3. Werkzeuglängenkompensation muss von unabhängiger Interpolationsbewegung (G00, G01, G81, G83 etc.) begleitet werden, um wirksam zu sein.

Dies sind die drei gängigen Kompensationsarten in der CNC-Bearbeitung, die große Erleichterung in Programmierung und Bearbeitung bringen und die Arbeitseffizienz erheblich steigern können.