CNC-Bearbeitungsprozess, Bewegungssteuerung und ihre Arten

Die CNC-Bearbeitung, bei der programmierte Maschinen zur Herstellung einzigartiger Komponenten eingesetzt werden, ist ein zeitgemäßer Eckpfeiler des Produktionsprozesses.

Die meisten Bearbeitungsaktivitäten, wie Kühlmitteltemperatur, Spindeldrehzahl und mehr, können mithilfe von CNC-Algorithmen (Computer Numerical Control) und Software verwaltet werden. Dieses Rohmaterial wird meist als Rohling oder Werkstück bezeichnet. Metalle, Polymere, Holz, Glas und Verbundwerkstoffe sind einige der vielen Materialien, die von der schichtweisen Entfernung profitieren können.

Fast jede Branche, die Komponenten für verschiedene Zwecke herstellt, verwendet CNC-Maschinen, Hierbei handelt es sich um programmierte Maschinen, die CNC-Bearbeitungsaufgaben automatisch ausführen können. CNC-Maschinen Wir produzieren hochpräzise Bauteile, die gleichzeitig erschwinglich und sehr genau sind und vielfältige Einsatzmöglichkeiten eröffnen.

Historischer Überblick über die CNC-Bearbeitung 

Eingabe von 3D-Daten in einen Computer, auf dem Software ausgeführt wird, die den Vorgang des Schneidens steuert Werkzeugmaschinen ist eine moderne CNC-Bearbeitungstechnologie. Die bei der CNC-Bearbeitung eingesetzten Bearbeitungstechniken stammen jedoch ursprünglich aus den letzten Jahren des 20. Jahrhunderts.

Heutige Tag CNC-Maschinen Implementieren Sie Prozesse, die auf einem numerischen Steuerungssystem (NC) basieren, das Ende der 1940er Jahre im Metallsektor eingeführt wurde. Das NC-System nutzte Lochstreifenanwendungen (G-Codes) zur Kodierung von Herstellungsprozessanweisungen. In den folgenden fünfzehn Jahren entstanden komplexere Programme, und in den späten 1960er Jahren entstanden die Vorläufer der modernen CNC-Systeme, die heute weit verbreitet sind.

Präzision, Automatisierung und schnelle Produktion sind nur einige der vielen Vorteile der CNC-Bearbeitung. Dadurch werden die Durchlaufzeiten verkürzt, die Qualität besser verwaltet, für die Auftragserledigung ist weniger Ausrüstung erforderlich und die Gesamtleistungsfähigkeit wird verbessert. Ohne die Entwicklung der NC-Bearbeitung und der dabei eingesetzten Methoden wäre die Grundlage für die CNC-Bearbeitung nicht geschaffen worden. Auf dem heutigen wettbewerbsintensiven Markt können die Vorteile, die Hersteller bieten können, dank CNC-Bearbeitung sind direkt proportional zur Verbreitung der NC-Bearbeitung.

CNC-Bearbeitungsprozess

Die CNC-Bearbeitung revolutionierte die Fertigung und wurde zu einem Eckpfeiler der Groß- und Kleinserienproduktion. Die Wirkung ist tiefgreifend und bietet unübertroffene Präzision, Geschwindigkeit und Automatisierung. Mit dem Fortschritt der Technologie nehmen die Fähigkeiten von zu CNC-Maschinen Wir entwickeln uns weiter und bieten jedes Jahr anspruchsvollere Lösungen an. Das Verständnis der Grundlagen der CNC-Bearbeitung ist von entscheidender Bedeutung, da diese Prinzipien für verschiedene Arten von CNC-Geräten gelten und deren Anpassungsfähigkeit und Funktionalität verbessern.

Grundlagen der CNC

Zu den Hauptmerkmalen der CNC gehören höhere Geschwindigkeit, Automatisierung und Genauigkeit, die für ihren Betrieb von grundlegender Bedeutung sind. Die Flexibilität von CNC-Maschinen zeichnen sich durch ihre programmbasierte Bedienung aus. Dies ermöglicht es dem Bediener, verschiedene Werkstücke gleichzeitig zu verwalten, während er andere Aufgaben erledigt. Sobald ein Programm für ein bestimmtes Projekt getestet und bestätigt wurde, kann es problemlos für ähnliche zukünftige Aufgaben wiederverwendet werden. Die einfache Einrichtung und Bedienung von CNC-Maschinen trägt zu einer schnellen Projektabwicklung bei, ein erheblicher Vorteil in zeitkritischen Situationen.

Bewegungskontrolle

Ein bestimmendes Merkmal von CNC-Maschinen ist ihre Fähigkeit, sich in mehrere Richtungen oder Achsen zu bewegen. Diese Achsen, die linear oder rotatorisch sein können, werden hochpräzise positioniert und können automatisch gesteuert werden. Zu den programmierten Bewegungen in CNC-Maschinen gehören schnelle, lineare und kreisförmige Bewegungen, wobei Ausmaß und Geschwindigkeit dieser Bewegungen computergesteuert sind.

Verständnis der verfügbaren Bewegungsrichtungen (Achsen) der Maschine für CNC-Programmierung es ist lebenswichtig. Verschiedene Buchstabenadressen, wie X, Y, Z, U, V und W für lineare Bewegungen und A, B und C für rotatorische Bewegungen, bezeichnen diese Achsen. Die spezifischen Namen und Funktionen dieser Achsen können je nach Modell variieren CNC-Maschine Typ.

Programme in der CNC-Bearbeitung bestehen aus verschiedenen Befehlen, die wiederum aus „Wörtern“ bestehen. Jedes Wort verbindet eine Buchstabenadresse mit einem numerischen Wert, wobei der Buchstabe die Art des auszuführenden Befehls oder der auszuführenden Aktion angibt. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass Hersteller von CNC-Steuerungen möglicherweise unterschiedliche Konventionen für diese Buchstabenadressen und die entsprechenden Aktionen haben. Daher wird neuen CNC-Programmierern empfohlen, die vom Maschinenhersteller bereitgestellten Programmierhandbücher zu konsultieren, um die spezifische Terminologie und Funktionen ihrer Maschine zu verstehen.

Hier finden Sie eine Übersicht über einige gebräuchliche Worttypen in CNC-Programmierung, zusammen mit ihren üblichen Briefadressenbezeichnungen:

● O: Programmnummer zur Identifizierung des Programms.

● N: Seriennummer, die zur Zeilenidentifizierung innerhalb des Programms verwendet wird.

● G: Vorbereitungsfunktion, ein Befehl, der die Maschine auf einen bestimmten Vorgang vorbereitet.

● X, Y, Z: Bezeichnungen für die jeweiligen X-, Y- und Z-Achsen.

● R: Radiusbezeichnung zur Angabe von Radien.

● F: Vorschubgeschwindigkeit, die die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeugs oder Werkstücks bestimmt.

● S: Spindelgeschwindigkeit, steuert die Drehzahl der Spindel.

● H: Werkzeuglängenversatz, der zum Einstellen des Werkzeugs verwendet wirdLänge.

● D: Werkzeugradiusversatz zum Anpassen des Werkzeugradius.

● T: Werkzeugbezeichnung, die ein bestimmtes Werkzeug identifiziert.

● M: Verschiedene Funktionen, eine Kategorie für verschiedene Zusatzbefehle.

Der Endpunkt wird in Grad und nicht in linearen Maßeinheiten wie Zoll oder Millimeter für Rotationsachsenbewegungen definiert. Diese Drehachsen verwenden immer noch Buchstabenadressen, häufig A, B oder C, um die jeweilige gesteuerte Achse anzugeben.

Drei primäre Bewegungsarten 

Während auf Ihrem Gerät wahrscheinlich mehr Bewegungsarten verfügbar sind CNC-Maschine als wir hier behandeln werden, sind dies diejenigen, die in fast jeder CNC-Maschine vorhanden sind. Nachdem wir kurz die drei unterschiedlichen Bewegungsarten besprochen haben, demonstrieren wir ein Beispielprogramm, das jede davon beinhaltet.

Schnelle Bewegung

Die schnelle Bewegung, im Bereich der CNC-Bearbeitung auch Positionierung genannt, ist ein entscheidender Aspekt, der die Effizienz und Präzision des CNC-Prozesses bestimmt. Das Verständnis schneller Bewegungen ist für jeden, der sich mit den technischen Details befasst, von entscheidender Bedeutung CNC-Programmierung und Betrieb.

Unter Eilgang versteht man im Kern die Bewegung des Werkzeugs oder Maschinenteils von einem Punkt zum anderen mit der größtmöglichen Geschwindigkeit, die die Maschine zulässt. Diese Bewegung ist nicht Teil des eigentlichen Schneidvorgangs. Dennoch ist es wichtig, das Werkzeug oder Werkstück zu positionieren, um mit der Bearbeitung zu beginnen oder nach Abschluss einer Aufgabe an einen neuen Standort zu gelangen. Schnelle Bewegungen sind entscheidend für die Reduzierung unproduktiver Zeiten und steigern so die Gesamteffizienz der Produktion.

Im Gegensatz zu den kontrollierten, präzisen Bewegungen beim Schneiden, Bohren oder Fräsen kommt es bei schnellen Bewegungen vor allem auf die Geschwindigkeit an. Das Hauptziel besteht hier darin, den Zeitaufwand für die Bewegung zwischen Punkten zu minimieren, der nicht direkt zur Bearbeitung des Teils beiträgt. Diese Effizienz ist in Produktionsumgebungen mit hohen Stückzahlen von entscheidender Bedeutung, wo selbst kleine Zeiteinsparungen pro Teil den Gesamtdurchsatz erheblich verbessern können.

Was die Programmierung anbelangt, werden Eilbewegungen in einem CNC-Programm häufig mithilfe eines bestimmten Codes gesteuert, der üblicherweise als G-Code bezeichnet wird. Beispielsweise weist G00 in den meisten CNC-Systemen die Maschine an, sich mit maximaler Geschwindigkeit zu einer bestimmten Position zu bewegen. Die nach diesem G-Code bereitgestellten Koordinaten geben den Zielpunkt im Arbeitsbereich der Maschine vor.

Präzision bei schnellen Bewegungen ist wichtig, unterscheidet sich jedoch von der Präzision bei Schnittbewegungen. Der Fokus liegt hier auf dem schnellen Erreichen der Nähe des Zielorts und nicht auf der Genauigkeit des Endpunkts, da der Schneidvorgang erst beginnt, wenn das Werkzeug richtig positioniert ist. Sobald sich das Werkzeug oder Werkstück in der Nähe der gewünschten Position befindet, schaltet die Maschine für den Schneidvorgang normalerweise auf eine langsamere, kontrolliertere Bewegung um.

Die Geschwindigkeit der Eilbewegung hängt von mehreren Faktoren ab, darunter den Fähigkeiten der CNC-Maschine, der Art des bearbeiteten Materials und dem Abstand zwischen den Punkten. Jede Maschine verfügt über eine maximale Eilgeschwindigkeit, eine wichtige Angabe bei der Überlegung CNC-Maschinee zum Kauf. Fortschrittliche Maschinen verfügen oft über höhere Eilgeschwindigkeiten, was schnellere Produktionszyklen ermöglicht.

Sicherheit ist bei schnellen Bewegungen von größter Bedeutung. Aufgrund der hohen Geschwindigkeiten können Fehler in der Programmierung oder Fehleinschätzungen bei der Positionierung zu schädlichen Kollisionen führen. Daher müssen CNC-Bediener und Programmierer bei ihrer Arbeit sorgfältig vorgehen und sicherstellen, dass die programmierten Bahnen frei von Hindernissen sind und die Maschine die vorgegebenen Geschwindigkeiten ohne Risiko bewältigen kann.

Modern CNC-Maschinen Schnelle Bewegungen werden oft durch ausgefeilte Softwarealgorithmen optimiert. Diese Algorithmen berechnen unter Berücksichtigung der Beschleunigungs- und Verzögerungsfähigkeiten der Maschine den effizientesten Weg und die effizienteste Geschwindigkeit des Werkzeugs für die Bewegung zwischen Punkten. Diese Optimierung verbessert die Geschwindigkeit und reduziert den Verschleiß der Maschine, da abrupte Geschwindigkeits- und Richtungsänderungen abgemildert werden können.

Darüber hinaus spielt Eilgang eine wichtige Rolle im gesamten Arbeitsablauf der CNC-Bearbeitung. Bei Multi-Tool-Operationen beispielsweise schnelle Bewegungsänderungen Werkzeugmaschinen schnell und ohne Zeitverlust von einer Werkzeugstation zur anderen wechseln. Diese Fähigkeit ist besonders bei komplexen Bearbeitungsvorgängen von Vorteil, die mehrere Werkzeugwechsel erfordern.

Lineare Bewegung

Die lineare Bewegung in der CNC-Bearbeitung ist ein grundlegendes Konzept, das die Grundlage zahlreicher Bearbeitungsvorgänge bildet. Damit ist die geradlinige Bewegung eines Werkzeugs oder Werkstücks gemeint, die beim Bohren, Fräsen und Drehen wichtig ist. Das Verständnis linearer Bewegungen ist für jeden, der daran beteiligt ist, von entscheidender Bedeutung CNC-Programmierung oder Betrieb, da es sich direkt auf die Qualität und Effizienz des Bearbeitungsprozesses auswirkt.

Bei der CNC-Bearbeitung ermöglicht die lineare Bewegung eine präzise Steuerung der Bewegung des Schneidwerkzeugs oder Werkstücks. Diese Präzision ist der Schlüssel zum Erreichen der gewünschten Form und Abmessungen eines Teils. Ob es darum geht, eine perfekt gerade Kante an einem Werkstück zu erzeugen oder eine Reihe von Löchern zu bohren, die lineare Bewegung steht im Mittelpunkt dieser Vorgänge.

Die Programmierung einer linearen Bewegung umfasst die Angabe des Bewegungspfads und derVorschubgeschwindigkeit – die Geschwindigkeit, mit der sich das Werkzeug oder Werkstück entlang der linearen Bahn bewegt. Die Vorschubgeschwindigkeit ist ein entscheidender Parameter, da sie sowohl die Schnittqualität als auch die Effizienz des Bearbeitungsprozesses beeinflusst. Eine zu hohe Vorschubgeschwindigkeit kann zu einer schlechten Oberflächengüte führen oder das Werkzeug beschädigen, wohingegen eine zu langsame Vorschubgeschwindigkeit die Effizienz verringern und die Produktionskosten erhöhen kann.

Linearbewegungen werden typischerweise in einem CNC-Programm mithilfe von G-Code, der zur Steuerung verwendeten Programmiersprache, gesteuert CNC-Maschinen. G01 ist beispielsweise ein häufig verwendeter Code, der die Maschine anweist, sich mit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit linear zu einem bestimmten Punkt zu bewegen. Die im Programm bereitgestellten Koordinaten definieren den Endpunkt der linearen Bewegung, während ein begleitender F-Code die Vorschubgeschwindigkeit festlegt.

Eine der Anwendungen der linearen Bewegung sind Bohrvorgänge. Beim Bohren bewegt sich das Werkzeug linear in das Material und erzeugt Löcher. Die Präzision der linearen Bewegung stellt sicher, dass die Löcher an der richtigen Stelle und in der richtigen Tiefe gebohrt werden. Bei Drehoperationen werden durch lineare Bewegungen Merkmale wie Durchmesser, Flächen und Verjüngungen erzeugt. Das Werkzeug bewegt sich in geraden Linien entlang des rotierenden Werkstücks und entfernt Material, um das Teil zu formen.

Beim Fräsen werden lineare Bewegungen eingesetzt, um gerade Flächen zu erzeugen. Das Fräswerkzeug bewegt sich direkt über das Werkstück und schneidet Material ab, um die gewünschte Form und Ebenheit zu erreichen. Beim Fräsen ist die Kontrolle der Vorschubgeschwindigkeit besonders wichtig, da sie sich auf die Oberflächenbeschaffenheit und Maßhaltigkeit des gefrästen Teils auswirkt.

Lineare Bewegungen können komplexer sein als nur die Bewegung auf einer einzelnen Achse. Bei vielen CNC-Operationen umfasst die lineare Bewegung die gleichzeitige Bewegung entlang mehrerer Achsen. Beispielsweise könnte sich ein Werkzeug diagonal über ein Werkstück bewegen, was eine koordinierte Bewegung sowohl in der X- als auch in der Y-Achse erfordert. Diese mehrachsige Linearbewegung ist für die Erstellung komplexer Geometrien unerlässlich.

Kreisbewegung

Kreisbewegungen bei der CNC-Bearbeitung sind ein entscheidender Aspekt, der die Vielseitigkeit und Leistungsfähigkeit von erhöht CNC-Maschinen, Dadurch können sie komplexe Geometrien und Designs ausführen. Wie der Name schon sagt, dies Bewegungsart ermöglicht die Erstellung kreisförmiger Bahnen, eine wesentliche Funktion für die Bearbeitung verschiedener Radien und gekrümmter Flächen.

Das Verständnis von Kreisbewegungen ist für CNC-Programmierer und Maschinisten von entscheidender Bedeutung, da es viele Möglichkeiten eröffnet, die über geradlinige Bewegungen hinausgehen. Kreisbewegungen werden häufig bei Anwendungen wie dem Fräsen kreisförmiger Konturen, dem Drehen komplexer Profile auf einer Drehmaschine oder der Erstellung komplizierter Muster verwendet, die eine glatte, gekrümmte Flugbahn erfordern.

In CNC-ProgrammierungKreisbewegungen werden oft durch spezielle G-Codes ausgeführt, die die Maschine anweisen, sich auf einer Kreisbahn zu bewegen. Diese Codes wie G02 und G03 schreiben eine kreisförmige Bewegung vor – im oder gegen den Uhrzeigersinn. Zusammen mit diesen Codes muss der Programmierer Parameter wie den Kreisradius und den Endpunkt der Bewegung angeben. Diese Präzision ermöglicht die Erstellung exakter Kreisformen und Bögen, die bei zahlreichen Bearbeitungsprojekten von grundlegender Bedeutung sind.

Wie bei linearen Bewegungen ist auch bei kreisförmigen Bewegungen die Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit wichtig. Der Vorschub bestimmt die Geschwindigkeit, mit der sich das Werkzeug entlang der Kreisbahn bewegt. Die richtige Geschwindigkeit ist entscheidend für die Qualität des Schnitts und die endgültige Oberflächenbeschaffenheit. Zu schnell schneidet das Werkzeug möglicherweise nicht effektiv, was zu einer schlechten Oberfläche oder sogar zum Bruch des Werkzeugs führt. Ist der Prozess zu langsam, wird er ineffizient und verursacht möglicherweise unerwünschte Auswirkungen auf das Werkstück, wie z. B. einen Wärmestau.

Einer der herausfordernden Aspekte der Kreisbewegung in der CNC ist die Aufrechterhaltung einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit und Schnittgeschwindigkeit, insbesondere wenn das Werkzeug in unterschiedlichen Winkeln in das Werkstück eingreift. Dies erfordert eine sorgfältige Programmierung und manchmal den Einsatz fortschrittlicher CNC-Funktionen, die diese Geschwindigkeiten basierend auf der Position des Werkzeugs und der Bearbeitungsgeometrie dynamisch anpassen können.

Kreisbewegungen sind nicht auf einfache Kreise oder Bögen beschränkt. Durch die Kombination mehrerer Kreisbewegungen mit linearen Bewegungen können komplexe Pfade erstellt werden, wodurch aufwändige Designs und Formen bearbeitet werden können. Diese Flexibilität ist einer der Gründe, warum die CNC-Bearbeitung für Teile bevorzugt wird, die ein hohes Maß an Präzision und Komplexität erfordern.

Was die Anwendungen angeht, wird die Kreisbewegung häufig bei der Herstellung von Teilen mit kreisförmigen Merkmalen eingesetzt, wie z. B. Zahnrädern, Nocken und anderen Komponenten mit gekrümmten Profilen. In der Luft- und Raumfahrt- und Automobilindustrie sind Kreisbewegungen für die Herstellung verschiedener Komponenten mit hoher Präzision und Genauigkeit unerlässlich. Im Formenbau ermöglicht die Kreisbewegung die Herstellung von Formen mit kompliziert gekrümmten Oberflächen.

Abschluss

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Präzision, Geschwindigkeit und Flexibilität der CNC-Bearbeitung die Fertigung revolutionieren. Von numerischen Steuerungssystemen (NC) bis hin zu CNC-Maschinen hat sich diese Technologie branchenübergreifend ausgeweitet. CNC kann Bewegungen in vielen Dimensionen steuern und eignet sich daher für komplexe und präzise Produkte. Bei der Bearbeitung können Hersteller durch schnelle, lineare und kreisförmige Bewegungssteuerung strenge Standards erreichenaufwändige Designs, die zuvor unerreichbar waren. Die CNC-Bearbeitung kann mit Metallen, Polymeren und anderen Materialien arbeiten und ist daher in vielen Bereichen nützlich.