EINE EINFÜHRUNG IN DIE CNC-MASCHINENSTEUERUNG

Zeit: 2017-07-06
Eine kurze Geschichte der CNC
Die Stromversorgung für diese Maschinen war schon seit einiger Zeit vorhanden. Diese verwendeten (und benutzen immer noch) elektrische Motoren oder mechanische Verbindungen, um eine bestimmte Achse mit einer konstanten Geschwindigkeit auf die Maschine zu bringen. Die Vorteile waren zweifach: Es war viel weniger Arbeit für den Maschinisten, und das glatte und konsistente Futter verbesserte die Oberflächengüte und Werkzeugstandzeit.
In den 50er Jahren hatten High-End-Maschinen erweiterte Power-Feed-Steuerungen, die für unterschiedliche Geschwindigkeiten eingestellt werden konnten. Numerische Kontrolle automatisiert im Wesentlichen nur die vorhandene Technologie. Die Bediener können der Maschine mitteilen, wann und wohin sie jede Achse bewegen müssen, wodurch der zeitaufwendigste Teil der Bearbeitung entfällt (das präzise Drehen der Griffe).
Diese Technologie schritt ziemlich vorhersehbar von dort fort: digitale Computer führten zu CNC und machten die Notwendigkeit für antiquierte Stanzbänder überflüssig. CAD (Computer-Aided Design) kam und machte den Design-Prozess digital, was den Bedienern die Möglichkeit gab, ein Teil zu entwerfen und die Maschine auf einem Computer zu programmieren. Computer wurden exponentiell kleiner, leistungsfähiger und billiger. Die Elektronik der Maschine wurde verbessert, was eine präzisere Steuerung und bessere Rückmeldung ermöglicht.

DIE VORTEILE VON CNC

Der offensichtlichste Vorteil von CNC, insbesondere in der Fertigung, ist die Automatisierung. Wenn ein Hersteller Tausende von identischen Teilen herstellen muss, muss der CAD- und CAM-Prozess (Computer-Aided Manufacturing) nur einmal durchgeführt werden. Dann kann ein einzelner Bediener gleichzeitig eine Handvoll Maschinen laufen lassen, Teile einfach laden und entladen und "Start" drücken. Diese Effizienz hat zur Fähigkeit geführt, komplexe bearbeitete Teile in Massenproduktion zu produzieren (was in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts manuell gemacht wurde) Jahrhundert) mit beeindruckend hoher Genauigkeit.

Ein weiterer entscheidender Vorteil von CNC ist die Präzision und Wiederholbarkeit. Präzision war schon immer ein wichtiger Teil der Bearbeitung, aber die Einhaltung enger Toleranzen beim manuellen Bedienen einer Maschine ist nicht einfach. Es erfordert, dass der Maschinist gute mathematische Fähigkeiten besitzt, die Maschine kennt und eine starke Liebe zum Detail hat. Wenn der Maschinist einen Griff ein paar Grad zu weit dreht, muss möglicherweise ein Teil verschrottet werden, da es die vom Ingenieur geforderten Toleranzen nicht erfüllt.

Auf der anderen Seite sind CNC-Maschinen sehr gut in Mathe. Sie wissen genau, wo sie positioniert werden sollen und können ihre Programmierung immer wieder perfekt wiederholen. Sobald ein Teileprogramm vom CNC-Programmierer perfektioniert wurde, kann ein Hersteller sicher sein, dass die Teile alle identisch werden. Solange die Maschine richtig läuft und das Werkzeug gut ist, kann ein Einzelteilprogramm unbegrenzt mit perfekten Ergebnissen ausgeführt werden.

Ein weiterer Vorteil, der oft übersehen wird, aber in unserer modernen Welt extrem wichtig ist, ist, dass CNC-Maschinen Bewegungen ausführen können, die Menschen nicht reproduzieren können. Nehmen Sie eine einfache runde Tasche als Beispiel. Heutzutage ist es so trivial, dass wir nicht einmal darüber nachdenken - eine CNC-Fräsmaschine kann es auf viele verschiedene Arten mit jedem Werkzeug schneiden, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Tasche. Um jedoch die gleiche Tasche manuell zu bearbeiten, würde ein Maschinist entweder eine Bohrung mit exakt demselben Durchmesser wie die Tasche oder einen Drehtisch zum Drehen des Teils benötigen. Und Letzteres würde erfordern, dass die Achse des Drehtisches genau mit der Achse der Kreistasche ausgerichtet ist.

Dies liegt daran, dass ein Kreis erfordert, dass zwei Achsen gleichzeitig und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in Bezug aufeinander bewegt werden. Ein Mechaniker kann das einfach nicht manuell, zumindest nicht unter Einhaltung realistischer Toleranzen. Stellen Sie sich vor, Sie würden versuchen, einen perfekten Kreis auf einer Etch A Sketch zu zeichnen, und stellen Sie sich jetzt vor, dass Sie das mit Toleranzen von weniger als einem Tausendstel Zoll machen müssen. Es kann einfach nicht manuell gemacht werden, aber es ist einfach für eine CNC-Mühle zu erreichen.

Das gleiche Konzept wird noch weiter ausgeführt, wenn die Formen komplexer werden und wenn Sie eine dritte, vierte, fünfte oder sechste Achse hinzufügen. Viele der Produkte, die wir heute für selbstverständlich halten, konnten einfach nicht hergestellt werden, bis CNC kam, weil sie nicht manuell bearbeitet werden konnten.

Einer CNC-Fräse ist es egal, ob sie sich nur in einer geraden Linie in einer Achse bewegt oder ob sie gleichzeitig die Bewegung von sechs Achsen koordiniert. Sicher, das Teileprogramm wird größer, aber mit moderner Speicherung und Verarbeitung ist das kein Problem mehr.

Arten von CNC-Systemen

Die grundlegendsten CNC-Typen sind Zweiachs- oder Dreiachssysteme zur Nachrüstung manueller Maschinen. Diese kommen in Varianten für Fräsmaschinen und Drehmaschinen und integrieren im Wesentlichen nur einen Computer und eine Stromversorgung. Der Computer steuert die Energiezufuhr für jede Achse und versucht, das Spiel in jeder Achse zu kompensieren. Diese Kompensation wird entweder in einer geschlossenen Schleife oder in einer offenen Schleife gehandhabt.

In einem offenen CNC-System gibt es keine Rückmeldung. Signale werden nur in einer Richtung gesendet, und der Computer hat keine Ahnung, ob das, was die Maschine gerade tut, korrekt ist. Es verlässt sich einfach auf die Maschine, um das zu tun, was es tun soll. Das Spiel wird um einen festen Betrag ausgeglichen und muss daher vorher bekannt sein. Dies ist, wie die billigsten Maschinen arbeiten, und es führt im Allgemeinen zu guten Ergebnissen. Das Fehlen einer Rückkopplung bedeutet jedoch, dass das Spiel in der Regel nicht perfekt behandelt wird, und daher kann es schwierig sein, die Toleranzen eng zu halten.

Closed-Loop-CNC-Systeme verwenden Encoder, um dem Computer eine Rückmeldung zu geben. Dies bedeutet, dass Dinge wie das Spiel automatisch kompensiert werden können - der Computer überprüft einfach, dass sich die Achse um den gewünschten Betrag bewegt, und passt sie entsprechend an, wenn dies nicht der Fall ist. Systeme mit geschlossenem Regelkreis erfordern jedoch zusätzliche Hardware und komplexere Steuercomputer und sind daher teurer.

Die Hauptalternative zu Nachrüstsystemen sind natürlich Maschinen, die von Grund auf von CNC gesteuert werden. So werden die meisten modernen Maschinen gebaut, da sie viele zusätzliche Eigenschaften integrieren können, die wünschenswert sind. Dazu gehören Werkzeugwechsler, automatisierte Kühlmittelsysteme, zusätzliche Achsen (zum Drehen des Teils, Bearbeitung in Winkeln und zum Eintauchen in Hohlräume), fortschrittliche Spindeln und mehr. Mit einer speziell gebauten Maschine kann diese auch schön in einem Gehäuse verpackt werden, um Kühlmittel und Späne aufzunehmen.

Sowohl Nachrüst- als auch Sondermaschinen haben in der Regel zwei Methoden zur Erstellung von Teileprogrammen: G-Code und Konversation. Der G-Code-Modus nimmt Anweisungen an, die auf einem separaten Computer erstellt wurden (entweder durch CAM-Software oder manuell geschrieben) und führt ihn genau so durch, wie er geschrieben wurde. Konversationsmodi machen das alles auf dem Steuercomputer, so dass der Bediener Programme direkt an der Maschine erstellen kann.

Der Vorteil von Konversationsmodi ist, dass ein Bediener schnell einfache Programme erstellen kann, ohne dass ein CNC-Programmierer mit CAD / CAM-Software beteiligt sein muss. Der Nachteil ist, dass die Programme in der Regel einfach sind und komplexe Teile sehr schwerfällig werden. Konversationsprogramme sind fast immer nur 2.5D, dh die Z-Achse kann nicht gleichzeitig mit der X- oder Y-Achse bewegt werden. Durch die Erstellung von G-Code aus der CAD / CAM-Software können Sie ein komplexes 3D-Modell erstellen und direkt ein Teileprogramm dafür erstellen, so dass der Komplexität des Programms kaum Grenzen gesetzt sind. Die meisten modernen Werkstätten werden je nach Bedarf eine Kombination der beiden Methoden verwenden, aber Bastler werden wahrscheinlich am komfortabelsten Teile in CAD entwerfen und CAM verwenden, um G-Code zu produzieren.

DER CNC-WORKFLOW

Conversational Controls variieren je nach Hersteller und Modell sehr stark, und die meisten von Ihnen werden wahrscheinlich daran interessiert sein, Teile in CAD zu entwerfen. Wir konzentrieren uns also auf die G-Code-Methode für den Betrieb einer CNC-Maschine. Der Prozess ist ziemlich analog zum 3D-Druck (der auch G-Code verwendet), wobei die CAM-Software den Platz der 3D-Druck-Slicer-Software einnimmt.

Der Arbeitsablauf beginnt mit der Erstellung eines 3D-Modells Ihres Teils in der CAD-Software, wobei Sie genau darauf achten, dass alle Ihre Abmessungen genau sind. Es ist am besten, parametrische CAD-Software zu verwenden, die für den Maschinenbau entwickelt wurde, im Gegensatz zu freien 3D-Modellierungswerkzeugen wie Blender. Sobald Sie Ihr 3D-Modell haben, müssen Sie es in CAM verarbeiten, um Werkzeugwege zu erstellen, und dann G-Code ausgeben. Die meisten modernen CAD-Systeme haben eine integrierte CAM-Software, und es gibt auch eine eigenständige CAM-Software. Diese Software ist jedoch in der Regel sehr teuer. Autodesk Fusion 360 ist eine gute kostenlose (für Hobbyisten) Option, die sowohl CAD als auch professionelle CAM-Qualität hat.

Wenn Sie zu CAM wechseln, müssen Sie zuerst das Teil einrichten, um der Maschine mitzuteilen, wie das Teil ausgerichtet wird, wie groß das Stück ist und wie das Teil innerhalb dieses Teils positioniert wird. Wenn das Teil neu ausgerichtet werden muss (z. B. um den Boden zu fräsen), müssen Sie für jede Operation mehrere Setups erstellen. Sie müssen außerdem eine Werkzeugbibliothek einrichten, die definiert, welche Werkzeuge verfügbar sind (Schaftfräser, Bohrer usw.) und welche Abmessungen sie haben.

Der nächste Schritt besteht darin, Werkzeugpfade zu erstellen, um die Features Ihres Teils auszuschneiden. Anders als beim 3D-Druck, bei dem das Modell einfach in Schichten geschnitten wird, müssen CNC-Werkzeugpfade manuell erstellt werden. Sie erhalten eine Reihe verschiedener Optionen für verschiedene Werkzeugwege, z. B. Konturen (zum Ausschneiden eines 2D-Profils), Verblendung und eine Vielzahl von 3D-Konturtechniken. Es braucht viel Erfahrung, um herauszufinden, welche Arten von Werkzeugwegen zu verwenden sind, aber Sie werden feststellen, dass Sie sehr häufig eine Handvoll verwenden.

Wenn Sie den Werkzeugweg erstellen, erhalten Sie eine Reihe von Optionen und Parametern zum Definieren. Dies sind Dinge wie das zu verwendende Werkzeug, die Spindeldrehzahl, die Vorschubgeschwindigkeit, die Schnitttiefe, die Vorschubgeschwindigkeit und so weiter. Auch diese benötigen viel Erfahrung, um richtig zu arbeiten, aber es gibt eine Reihe von Tools wie HSM Advisor , die Ihnen bei diesen Einstellungen helfen können. Im Allgemeinen werden Zeit, Qualität und Werkzeugstandzeit ausgeglichen. Aus diesem Grund ist es sehr üblich, schnelle und schwere Schruppdurchgänge zu verwenden, um eine Menge Material in kurzer Zeit zu entfernen, und dann leichte Schlichtdurchgänge, um das letzte Stück Material präzise und mit einer guten Oberflächenbeschaffenheit zu entfernen.

Das Erstellen der Werkzeugwege ist der Ort, an dem Sie die meiste Zeit verbringen werden. Es ist wichtig, den richtigen Weg zu finden, um Materialverschwendung bei schlechten Teileprogrammen zu vermeiden, Werkzeuge zu zerstören oder sogar Ihr Gerät zu beschädigen. Aus diesem Grund ist es immer eine gute Idee, die integrierte Simulation auszuführen, um sicherzustellen, dass sie in der erwarteten Weise schneidet und dass es keine Kollisionen gibt. Achten Sie besonders darauf, wo Ihre Vorrichtungen, Schraubstock und Tisch sein werden und dass das Werkzeug nicht mit ihnen kollidieren wird.

Sobald Sie sicher sind, dass Ihre Werkzeugwege korrekt eingerichtet sind, müssen Sie einen Postprozessor ausführen, um den G-Code für die Ausführung Ihres Computers zu erstellen. G-Code ist ziemlich standardisiert, aber die meisten Maschinen haben ihren eigenen Weg, den Code zu interpretieren. Der Postprozessor fungiert somit als Vermittler zwischen der CAM-Software und der CNC und stellt sicher, dass der ausgegebene G-Code mit Ihrer Maschine kompatibel ist. Die meisten CAM-Software wird eine ziemlich umfangreiche Post-Prozessor-Bibliothek haben, und wahrscheinlich ist Ihre CNC bereits dort. Ist dies nicht der Fall, können Sie bei der Online-Suche nach CAM und CNC einen kompatiblen Postprozessor finden (oder einen generischen, der sogar funktionieren könnte).

Mit G-Code in der Hand müssen Sie es in den Speicher Ihrer CNC laden. Dies hängt stark von dem verwendeten CNC-System ab. Einige können Sie einfach von einem USB-Stick oder über ein Netzwerk laden, während andere ältere Steuerelemente möglicherweise erfordern, dass Sie es über eine serielle oder parallele Verbindung laden. Aber sobald der G-Code im Speicher ist, werden die meisten Ihnen eine Visualisierung der Werkzeugwege geben, die Sie überprüfen können, um sicherzustellen, dass alles gut aussieht.

Sobald Ihr Material in die Maschine geladen wurde, ist es wichtig, dass Sie den Ursprungspunkt genau in X, Y und Z setzen. Dies muss mit dem in der CAM-Software eingestellten übereinstimmen. Normalerweise benutzt du eine Ecke des Stocks oder einen bestimmten Punkt auf deinem Vice / Fixture. Entscheidend ist, dass es sich um einen greifbaren Punkt handelt, auf den Sie sich beziehen können. Mit dieser Einstellung können Sie den großen "Start" -Knopf drücken und die Maschine zur Arbeit bringen.

Seien Sie nicht überrascht, wenn Sie ein Werkzeug brechen oder Ihre Oberfläche schlecht ist. Das sind alles Dinge, die eine Lernkurve haben, und gutes Design ist immer ein iterativer Prozess. Mit genügend Erfahrung lernen Sie, welche Einstellungen am besten funktionieren und wie Sie qualitativ hochwertige Teile herstellen können. Erfreuen Sie sich am Lernprozess und genießen Sie die Tatsache, dass Sie nicht mehr stundenlang Griffe drehen müssen!

Vorherige:Am wenigsten dichte 3D-gedruckte Graphenstruktur mit neuer Technik

Nächste:Ist die umgekehrte vertikale Drehung für Sie richtig?