CNC-programmering uitgelegd:hoe machines precisie bereiken op complexe onderdelen

Er is geen twijfel mogelijk:CNC-machines zijn ongelooflijk nauwkeurig. Hun vermogen om met precisie ¼ van de breedte van een mensenhaar (0,001 inch) te knippen, maakt ze essentieel in elke moderne machinewerkplaats.

Toch is het simpelweg hebben van de mogelijkheid om zulke prestaties te leveren slechts de helft van het verhaal. De machines op zichzelf zijn nutteloos zonder de juiste geautomatiseerde “computer numerieke besturing” (of CNC):de gecodeerde geprogrammeerde instructies die deze machines echt zo indrukwekkend maken.

Hoewel CNC-machines een van de drie soorten CNC-machineprogrammeermethoden kunnen gebruiken – handmatig, conversatie, CAM-systeem – ligt onze focus vandaag op de meest veelzijdige en nauwkeurige:CAM-systeemprogrammering. Waarom? Omdat dit programmeertype wordt gebruikt wanneer de nauwkeurigheid van een CNC-gefreesd onderdeel van het grootste belang is.

G-code en M-code:de magie wordt werkelijkheid

Een programma is een codereeks die de CNC-machine vertelt wat hij moet doen. De programmeertaal – bestaande uit zowel G-code als M-code – bestuurt de CNC-machines, waardoor nauwkeurige en herhaalbare onderdelenproductie mogelijk is. We hebben de details van G-code en M-code besproken in een vorig artikel, maar het is handig om de basisprincipes hier door te nemen.

Beschouw G-code als de meester van de actie, die de werktuigmachine vertelt waar hij heen moet (een specifieke geometrische locatie) en wat het commando is (zoals “snelle beweging”). M-code is de organisator van functies en geeft de machine een taak (“start spilrotatie” of “zet koelvloeistof uit”).

Dus hoewel de programmeercodes van “G00G58X-120.Y-5” en “M82” voor het ongetrainde oog misschien onzin lijken, bieden ze een specifieke richting die van vitaal belang is voor de uiteindelijke kwaliteit van het machineonderdeel.

Eén belangrijke herinnering:de programmering alleen kan de kwaliteit niet garanderen; het vereist het juiste gereedschap en bekwame machinisten om een CNC-bewerkingscentrum op zijn best te laten draaien.

Hoe werkt de software?

Om betrouwbare CNC-machinecode te creëren, gebruikt een ingenieur een computerondersteunde productie (CAM) programmeertool. Een bekend voorbeeld en industriestandaard, Mastercam®, is software die input van een ingenieur nodig heeft en de juiste G-code en M-code voor het project uitvoert naar een postprocessor (die aparte software heeft, gekoppeld aan Mastercam).

Er zijn verschillende postprocessors, afhankelijk van de machine, omdat sommige M-codes machinespecifiek zijn. Maar om het de technici gemakkelijker te maken, worden de codes voor elke CNC-machine automatisch bijgewerkt zodra het Mastercam-programma op alle machines is gepubliceerd.

Weet je nog dat we zeiden dat “handmatig programmeren” niet zo modern is als programmeren van CAM-systemen? Af en toe zal een machinist een programma handmatig moeten bewerken in zijn CNC-bewerkingscentrum, waarbij hij fysiek de G-code of M-code moet typen wanneer aanpassingen nodig zijn. Dat vereist uiteraard een algemene kennis van programmeren, de onderdeelafdrukken, elke specifieke machine en specifieke codering. Het punt is:CNC-programmeren is niet simpelweg een kwestie van op de ‘start’-knop van de machine drukken, zonder begeleiding en een deskundig oog.

Veilige armaturen =snellere cyclustijd

Werkstukopspanning heeft meer impact op de bewerking van een project dan veel mensen denken. Ingenieurs moeten een armatuur (die handmatig of volledig hydraulisch kan zijn) en het productievolume evalueren voordat ze beslissen hoe agressief het programma zal zijn (hoe snel de gereedschappen zullen werken). Hoe veiliger en stijver de werkstukopspanning, hoe agressiever het snijgereedschap kan werken. Omdat hoogwaardige opspanningen stevig zijn, kunnen snijgereedschappen tot aan de bovengrenzen van hun Surface Feet per Minute (SFM) en spanenbelasting worden geduwd.

Programmeren:het laatste deel van het proces

Hoewel veel mensen programmeren misschien zien als een beginstap in het CNC-bewerkingsproces, is het in werkelijkheid de laatste stap.

Het overgrote deel van de tijd van een ingenieur wordt besteed voordat er code wordt geproduceerd door de Mastercam-software. Dit is wat een ingenieur in de software invoert om de juiste code te krijgen:

• Materiaal dat wordt bewerkt
• Machinetype
• Onderdeeltolerantie
• Er is gereedschap nodig om de tolerantie te bereiken
• Cyclustijd
• Oppervlakafwerking
• Armatuurontwerp

Dat alles moet eerst worden bepaald, waardoor programmeren de laatste stap van het proces is voordat er enige CNC-machineprogrammering op de werkvloer terechtkomt.

Hoe u de kwaliteit van de programmering kunt controleren

Aan het begin van een project stuurt een klant de CNC-machinewerkplaats CAD-modellen (computerondersteund ontwerp) van zowel het gegoten onderdeel als het voltooide bewerkte onderdeel. Om de programmering te testen, verifieert de Mastercam-software dat elk hulpmiddel gaat waar het heen moet en doet wat het moet doen. Het bewerkt het onbewerkte gegoten model virtueel tot een CAM-afgewerkt onderdeelmodel en vergelijkt het vervolgens met het daadwerkelijke onderdeelmodel van de klant. Eventuele verschillen worden benadrukt en vergeleken, zodat de programmeur zijn werk dubbel kan controleren.

Als extra controle voert een ervaren machinist op de werkvloer een ‘droogloop van gereedschappen’ uit op het allereerste stuk om er zeker van te zijn dat het ontwerp voldoet aan de praktijk. De machinist doorloopt het programma, maar waarbij het gereedschap lucht vóór het onderdeel 'snijdt' terwijl de operators ernaar kijken. Ze doen dit door net genoeg negatieve slijtage aan elk gereedschap toe te voegen om te voorkomen dat ze in het onderdeel terechtkomen. Op deze manier nadert het gereedschap het onderdeel om de beweging te zien zonder in te grijpen.

Hierdoor kan de machinist eventuele problemen onderkennen, inclusief onvoorziene tolerantiestapelingen. De toegang tot de bewerking rond klemmen kan bijvoorbeeld krap zijn, dus dit is een aandachtsgebied. Als er vragen zijn, ontmoet de operator de programmeur om het programma te beoordelen, en wijzigingen in het gereedschapspad kunnen onmiddellijk worden aangebracht. Met de geavanceerde CAM-tools van ervaren programmeurs heeft 99% van de programma's geen directe wijzigingen nodig.

Deze schermafbeelding van de Mastercam-programmeersoftware toont de cirkelvormige grijze gereedschapshouder en het gereedschap die het blauwe onderdeel bewerken, waardoor een geel spoor achterblijft van de meest recente snede.

Dat allereerste stuk ondergaat ook een ‘eerste artikelinspectie’-kwaliteitscontrole door de operator op de werkbank van het bewerkingscentrum waar het onderdeel wordt gemeten. Vervolgens gaat het naar het kwaliteitslaboratorium van de winkel, waar kwaliteitsingenieurs het onderdeel op een CMM (coördinatenmeetmachine) laten draaien om de fysieke geometrische kenmerken van het onderdeel te verifiëren en te meten.

Opleiding tot programmeur:het proces leren

Het programmeren van CNC-machines wordt op veel technische scholen geleerd, maar er gaat niets boven training op de werkvloer. Veel winkels hebben stageplaatsen waarin praktijkgerichte training wordt benadrukt. Daarnaast biedt Mastercam ook trainingen en online webinars aan.

“Code schrijft niet alleen zichzelf.” Nou ja, dat doet het wel! Als de engineer Mastercam de juiste informatie verstrekt, schrijft de software de code. Het belangrijkste is dat je het proces toepast en weet hoe je de onderdelen moet vervaardigen. Het beoordelen van een onderdeelafdruk en het snel bepalen van snijgereedschappen, machinetype, cyclustijd, opspanning, etc. komt na verloop van tijd. Geen enkel leerboek biedt die dagelijkse kennis; het moet door ervaring geleerd worden.

Operators krijgen ook procestraining van de ingenieur die Mastercam-details laat zien en precies vertelt wat het gereedschap moet doen, waardoor de tijd die aan de spil wordt doorgebracht veel productiever wordt.

Het zegt iets over de kwaliteitsnormen van een CNC-bewerkingswerkplaats wanneer hun specialiteit het aannemen van complexe projecten met veeleisende, nauwe toleranties is. Stecker Machine vertrouwt op zijn CNC-machineprogrammering om operators in de beste positie te brengen om te slagen en hoogwaardige, uiterst nauwkeurige onderdelen aan onze klanten te leveren.

Over de auteur

Dan zorgt ervoor dat de machines bij Stecker Machine snel werken. Hij optimaliseert snijgereedschappen en -programma's voor maximale efficiëntie, corrigeert eventuele productieproblemen en ontwerpt en selecteert geavanceerde gereedschappen voor nieuwe taken en productverbeteringen. Tom is de Mastercam-expert van Stecker Machine. Hij verzorgt alle CNC-freesprogrammering. Daarnaast ontwerpt hij armaturen en ondersteunt hij de productie.