Einsteigerhandbuch für die CNC-Programmierung: Wie man eine CNC-Maschine programmiert

Möchten Sie einen Metallblock in ein nützliches Teil verwandeln? Wollen Sie dies mit großer Genauigkeit tun? Wollen Sie einer leistungsstarken Maschine genau sagen, was sie tun soll? Genau darum geht es bei der CNC-Programmierung. Es ist die Sprache, mit der Sie mit einer CNC-Maschine sprechen können. Dieser Leitfaden ist für jemanden gedacht, der gerade erst anfängt. Sie werden die ersten Schritte lernen. Wir werden von einer grundlegenden Idee bis zu einem fertigen Produkt gehen. Wir werden dieses schwierige Thema auf einfache Art und Weise erklären. Dies ist Ihr erster Schritt, um eine nützliche Fertigkeit zu erlernen. Diese Fähigkeit ist wichtig für die Herstellung von Dingen heutzutage.

Was ist eine CNC-Maschine und wie funktioniert sie?

Lassen Sie uns zunächst über die Maschine selbst sprechen. Eine CNC-Maschine ist ein Werkzeug, das von einem Computer gesteuert wird. CNC steht für Computer Numerical Control. Man kann sie sich wie einen sehr intelligenten und starken Roboter vorstellen. Bei der alten Methode, der so genannten manuellen Bearbeitung, musste eine Person mit viel Geschick Räder drehen. Außerdem musste er Hebel betätigen, um das Material zu schneiden. Der Bediener kontrollierte jede einzelne Bewegung der Maschine.

Dies von Hand zu tun, erforderte viel Geschick. Man musste auch sehr auf die kleinen Details achten. Jedes Teil war ein wenig anders. Mit einer CNC-Maschine ist das alles anders. Diese Maschine verwendet keine Handsteuerung. Stattdessen folgt sie einer Liste von Anweisungen aus einem Computer. Diese Anweisungen, die als CNC-Programm bezeichnet werden, sagen der Maschine genau, wohin sie sich bewegen soll. Sie sagen ihr auch, wie schnell sie fahren und was sie tun soll. So kann die Maschine ihre Arbeit ganz allein erledigen. Sie kann Metall, Kunststoff oder Holz schneiden und formen. Sie tut dies mit erstaunlicher Genauigkeit. Diese Art der Herstellung wird an vielen Orten eingesetzt, an denen Produkte hergestellt werden. Sie wird zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrt und bei der Herstellung von Telefongehäusen eingesetzt. Die Maschine kann ein und dasselbe Teil tausendmal herstellen, und jedes Mal wird es genau richtig sein. Das ist die Stärke einer computergesteuerten Maschine.

Worum geht es also bei der CNC-Programmierung für Einsteiger?

Jetzt haben Sie eine Vorstellung davon, was die Maschine macht. Was also ist CNC-Programmierung? Es ist die Aufgabe, die Anweisungen für die CNC-Maschine zu schreiben. Sie sind der Programmierer. Sie erstellen eine Computerdatei mit einem Code. Diese Datei ist wie ein Plan für die Maschine. Dieser Code sagt der Maschine jeden einzelnen Schritt, den sie tun muss.

Es ist der Computerprogrammierung sehr ähnlich. Aber Sie stellen keine Software her. Sie stellen ein echtes Objekt her, das Sie in der Hand halten können. Die Maschine liest Ihre Anweisungen. Dann erledigt sie die Schneide- und Formarbeiten. Für einen Anfänger kann die Vorstellung, einen Code zu schreiben, sehr schwer klingen. Aber Sie brauchen sich keine Sorgen zu machen. Dieser Leitfaden zur CNC-Programmierung soll Ihnen den Einstieg erleichtern. Die Programmierung lässt sich in einfache Schritte unterteilen. Sie beginnen mit einer Idee oder einer einfachen Zeichnung. Dann setzt man diese Idee mit Hilfe von Software in eine Sprache um, die die Maschine verstehen kann. Dieser Leitfaden zur CNC-Programmierung zeigt Ihnen, wie Sie diese Schritte durchführen. Sie erfahren, wie Sie die Maschine dazu bringen, genau die Form zu erzeugen, die Sie wünschen.

Was sind die zwei Hauptarten der CNC-Programmierung?

Es gibt zwei Möglichkeiten, wie Sie mit einer CNC-Maschine kommunizieren können. Der erste Weg ist auch der häufigste. Sie ist die Verwendung von G-Code. Die zweite Möglichkeit ist die Dialogprogrammierung. Jede Art der Programmierung hat ihre guten und schlechten Seiten. Ein guter Programmierer weiß, welche Methode er für die jeweilige Aufgabe verwenden sollte.

Der G-Code ist die Hauptsprache für fast alle CNC-Maschinen. Es handelt sich um eine Liste von Codes. Diese Codes beginnen mit dem Buchstaben "G" oder "M". Jeder Code ist eine spezielle Anweisung. G00 bedeutet zum Beispiel, dass sich die Maschine so schnell wie möglich bewegen soll. G01 sagt der Maschine, dass sie sich in einer geraden Linie mit einer von Ihnen gewählten Geschwindigkeit bewegen soll. Wenn Sie den G-Code von Hand schreiben, haben Sie die vollständige Kontrolle über die Maschine. Das ist ideal für die Herstellung sehr detaillierter Teile. Ein langes Programm von Hand zu schreiben, kann jedoch sehr viel Zeit in Anspruch nehmen.

Die konversationelle Programmierung ist einfacher zu handhaben. Sie ist oft direkt in das Bedienfeld der CNC-Maschine integriert. Anstatt Codezeilen zu schreiben, beantwortet der Bediener oder Programmierer einfach Fragen auf einem Bildschirm. Die Maschine fragt nach der Form, der Größe und der Art des gewünschten Schnitts. Dann schreibt die Maschine das G-Code-Programm für Sie. Diese Art der Konversation eignet sich hervorragend für Aufgaben, die nicht allzu schwierig sind. Es ist eine wunderbare Möglichkeit für einen Anfänger zu lernen.

Warum ist das Koordinatensystem die Basis für Ihr G-Code-Programm?

Stellen Sie sich vor, Sie geben jemandem den Weg zu Ihrem Haus. Sie würden Wörter wie "links", "rechts", "vorwärts" und "zurück" verwenden. Auch eine CNC-Maschine braucht eine Wegbeschreibung. Sie verwendet jedoch eine mathematische Karte, das so genannte Koordinatensystem. Dieses System ist wie ein Gitter, das über den Arbeitsbereich der Maschine gezeichnet wird. Das am häufigsten verwendete System ist das kartesische Koordinatensystem. Es verwendet eine X-, Y- und Z-Achse. So kann die Maschine jeden beliebigen Punkt im 3D-Raum finden.

Jede Richtung in Ihrer CNC-Programmierung teilt dem Schneidwerkzeug mit, wohin es auf diesem Raster fahren soll. Ein Befehl könnte zum Beispiel lauten: "Fahren Sie das Werkzeug zur Koordinate X5, Y10". Die Maschine weiß genau, wo sich dieser Punkt befindet. Wenn Sie das Koordinatensystem nicht gut verstehen, können Sie keine CNC-Maschine programmieren. Jede Form, jedes Loch und jeder Schnitt wird durch seine Punkte auf dem Gitter beschrieben. Der erste Schritt zur Herstellung eines guten Werkstücks besteht darin, diesen Teil richtig zu verstehen. Die Maschine benötigt diese Formkarte, um korrekt zu arbeiten.

Wie hilft CAD-Software einem Programmierer bei der Konstruktion eines Teils?

Bevor man einer Maschine sagt, wie sie etwas herstellen soll, muss man einen Plan haben. Bei CNC beginnt dieser Plan mit einer Zeichnung am Computer. Hier kommt die CAD-Software zum Einsatz. CAD steht für Computer-Aided Design. Es handelt sich um eine Software, mit der Sie ein 2D- oder 3D-Modell Ihres Werkstücks auf dem Computerbildschirm erstellen können. Sie können es sich wie ein modernes Zeichenbrett vorstellen.

Ein Programmierer verwendet CAD-Software, um das Teil zu zeichnen. Die Zeichnung zeigt die genaue Form und Größe. Mit diesen Werkzeugen können Sie sehr detaillierte und komplizierte Formen erstellen. Zu den gängigen CAD-Programmen gehören AutoCAD, SolidWorks, CATIA und Produkte von PTC. Dieser Schritt der Modellerstellung ist der unterhaltsame, kreative Teil der CNC-Programmierung. Hier können Sie Ihr Teil am Computer entwerfen. Sie können es perfekt machen, bevor Sie echtes Material schneiden. Sobald das 3D-Modell fertig ist, sind Sie bereit für den nächsten Schritt.

Dieses 3D-Modell aus der CAD-Software ist der Hauptplan. Die Maschine verwendet diesen Plan, um das eigentliche Teil herzustellen. Wenn Sie den Entwurf in der CAD-Phase richtig machen, sparen Sie viel Zeit. Sie verhindern auch, dass später Ausschuss entsteht. Sie können jedes Maß und jeden Winkel direkt auf dem Bildschirm überprüfen. Das ist viel einfacher, als einen Fehler zu finden, wenn die Maschine bereits mit dem Schneiden des Materials begonnen hat.

Wie kommt man mit CAM vom Entwurf zur Maschinenanweisung?

Sie haben ein tolles 3D-Modell in Ihrer CAD-Software. Aber wie wandeln Sie diese Zeichnung in Anweisungen für die CNC-Maschine um? Dafür brauchen Sie eine andere Software. Deshalb ist CAM-Software so wichtig. CAM steht für Computer-Aided Manufacturing (computergestützte Fertigung). Diese Software ist wie eine Brücke. Sie verbindet Ihren Entwurf mit der realen Maschine.

CAM-Software sieht sich Ihr CAD-Modell an und hilft Ihnen bei der Planung des Bearbeitungsprozesses. Sie teilen der Software mit, welche Schneidwerkzeuge verwendet werden sollen. Sie teilen ihr auch mit, wie schnell und wie tief die Schnitte sein sollen. Die Software verwendet diese Informationen, um die Werkzeugwege zu berechnen. Ein Werkzeugweg ist die genaue Bahn, der das Schneidwerkzeug folgt, um die Form des Werkstücks herzustellen. Der Einsatz von CAM ist ein sehr wichtiger Bestandteil der modernen CNC-Programmierung. Die Software wandelt CAD-Dateien in einen Code um, den die Maschine lesen kann.

Nachdem Sie alle Details festgelegt haben, erstellt die CAM-Software den G-Code für Sie. Sie schreibt alle Codezeilen selbst, das können Hunderte oder Tausende von Zeilen sein. Das spart sehr viel Zeit, wenn man es mit der Programmierung von Hand vergleicht. Außerdem sinkt die Wahrscheinlichkeit, dass Sie einen Fehler machen. Gängige CAM-Software wie Mastercam oder das CAM-Modul in CATIA können sehr schwierige Aufgaben bewältigen. Es ist ein sehr hilfreiches Werkzeug für jeden CNC-Programmierer.

Ist die Werkzeugauswahl ein wichtiger Bestandteil der Programmierung einer CNC-Maschine?

Ja, das ist sehr wichtig. Die Auswahl der richtigen Schneidwerkzeuge ist einer der wichtigsten Programmierschritte. Ihre CAM-Software kann perfekte Werkzeugwege erstellen. Wenn Sie jedoch das falsche Werkzeug auf der Maschine verwenden, erhalten Sie am Ende ein schlechtes Teil. Es könnte sogar das Werkzeug brechen oder die Maschine selbst beschädigen. Welches Werkzeug Sie wählen, hängt von vielen Faktoren ab. Dazu gehören die Art des Materials, das Sie schneiden, die Form, die Sie herstellen müssen, und die Geschwindigkeit, mit der die Maschine arbeiten soll.

Es gibt Tausende von verschiedenen Arten von Schneidwerkzeugen. Es gibt Bohrer, um Löcher zu bohren. Es gibt Schaftfräser zum Schneiden von Nuten und Taschen. Und es gibt Spezialwerkzeuge für die Herstellung besonderer Formen. Jedes Werkzeug ist für eine bestimmte Aufgabe vorgesehen. Als Programmierer müssen Sie der Maschine sagen, welches Werkzeug sie für die einzelnen Arbeitsschritte verwenden soll. Im CNC-Programm weist ein "T"-Code gefolgt von einer Zahl die Maschine an, ein bestimmtes Werkzeug zu holen.

Es ist sehr wichtig, die richtige Wahl zu treffen. Das Werkzeug, das man zum Schneiden von weichem Kunststoff verwenden würde, unterscheidet sich zum Beispiel sehr von dem Werkzeug, das man zum Schneiden von hartem Stahl verwenden würde. Ein guter Programmierer weiß, wie die verschiedenen Werkzeuge funktionieren. Er weiß auch, wie man sie am besten einsetzt. Das lernt man mit der Zeit, und es ist eine der wichtigsten Fähigkeiten, die man beim Erlernen der CNC-Programmierung erlernen sollte. Ohne die richtige Werkzeugauswahl kann auch die beste CNC-Maschine ihre Arbeit nicht gut machen.

Wie können Sie Ihr Programm simulieren, um Fehler zu vermeiden?

Nehmen wir an, Sie haben gerade Stunden damit verbracht, ein Programm für ein kompliziertes Teil zu schreiben. Sie geben das Programm in eine sehr teure CNC-Maschine ein und drücken den "Start"-Knopf. Plötzlich hören Sie einen sehr lauten Aufprall. Das Werkzeug hat das Teil oder die Vorrichtung, die es hält, getroffen. Dies ist ein sehr kostspieliger Fehler. Die gute Nachricht ist, dass es einen Weg gibt, dies zu verhindern. Sie heißt Simulation.

Neuere CAM-Software verfügt über ein Simulationswerkzeug. Mit diesem Werkzeug können Sie sich ein Video Ihrer CNC-Maschine ansehen. Es lässt das Programm auf Ihrem Computerbildschirm laufen. Sie können sehen, wie sich das Werkzeug bewegt. Sie können sehen, wie es das Material schneidet und die endgültige Form herstellt. Diese Simulation zeigt Ihnen genau, was die Maschine tun wird. Sie können alles sehen, bevor Sie die echte Maschine in Betrieb nehmen. Dies ist eine sehr wichtige Sicherheitsprüfung im Programmierprozess.

Während Sie die Simulation beobachten, können Sie nach Problemen suchen. Stößt das Werkzeug an etwas, das es nicht soll? Ist die endgültige Form korrekt? Sind die Schnittgeschwindigkeiten zu schnell? Sie können diese Fehler am Computer finden und beheben, was nichts kostet. Sie an der echten Maschine zu beheben, kann sehr viel Geld kosten. Sie sollten Ihr Programm immer simulieren. Das ist ein einfacher Schritt, der Ihnen viel Zeit, Geld und Sorgen erspart.

Was ist Nachbearbeitung und warum ist sie der letzte Schritt?

Sie haben Ihre Werkzeugwege in der CAM-Software erstellt. Sie haben auch eine gute Simulation durchgeführt. Sie sind fast bereit, Ihr Programm an die CNC-Maschine zu senden. Aber es gibt noch einen letzten, sehr wichtigen Software-Schritt. Dieser Schritt wird Nachbearbeitung genannt. Verschiedene CNC-Maschinen und ihre Steuerungen sprechen leicht unterschiedliche Arten von G-Code. Ein Code, der auf einer Maschine gut funktioniert, funktioniert auf einer anderen Maschine vielleicht überhaupt nicht.

Der Postprozessor ist ein kleines Werkzeug innerhalb Ihrer CAM-Software. Seine Aufgabe ist es, die allgemeinen Werkzeugweginformationen in den speziellen G-Code-Typ umzuwandeln, den Ihre Maschine versteht. Wenn Sie eine CAM-Software zur Erstellung des Codes verwenden, wählen Sie einen Postprozessor, der genau auf Ihr CNC-Maschinenmodell zugeschnitten ist. Eine Haas-Maschine benötigt zum Beispiel einen anderen Postprozessor als eine Maschine mit einer Fanuc-Steuerung.

Dieser Schritt stellt sicher, dass das G-Code-Programm ohne Probleme auf Ihrem Rechner ausgeführt werden kann. Der Nachbearbeitungsschritt erstellt die endgültige Textdatei, die den gesamten G-Code enthält. Sie können diese Datei dann auf einem USB-Laufwerk speichern oder sie über ein Netzwerk an Ihre CNC-Maschine senden. Wenn Sie diesen Schritt auslassen, versteht Ihre Maschine die Befehle möglicherweise nicht. Dies kann zu Fehlern führen, oder die Maschine führt das Programm überhaupt nicht aus. Dies ist das entscheidende Bindeglied, das dafür sorgt, dass Ihr Entwurf und die Fertigung reibungslos zusammenarbeiten.

Wie können Sie das Arbeitskoordinatensystem an Ihrer Maschine gut beherrschen?

Die Maschine hat ihr eigenes Kartensystem, das "Maschinenkoordinaten" genannt wird. Sie werden es aber fast nie verwenden. Stattdessen werden Sie ein Arbeitskoordinatensystem (WCS) einrichten. Mit dem WCS können Sie einen praktischen "Nullpunkt" auf Ihrem Materialblock festlegen. Dieser Punkt ist normalerweise eine Ecke oder die Mitte des Teils. Das richtige Einrichten dieses Punktes ist eine der wichtigsten Aufgaben des Maschinenführers.

Das G-Code-Programm, das Sie geschrieben haben, verwendet diesen Nullpunkt als Startpunkt. Wenn in Ihrem Code "G01 X1.0" steht, bedeutet das in Wirklichkeit: "Bewegen Sie sich einen Zoll von dem von Ihnen festgelegten Nullpunkt weg." Um den WCS zu setzen, berührt der Bediener mit einem speziellen Messtaster oder einem Werkzeug von Hand die Seiten des Materials. Dadurch erfährt die Maschine, wo sich das Teil in ihrem Arbeitsbereich befindet. Die Maschine speichert dann diesen Punkt als Arbeitsversatz, der in der Regel G54 beträgt.

Warum ist das so wichtig? Damit können Sie Ihr Material fast überall auf dem Maschinentisch platzieren und trotzdem das gleiche Programm ausführen. Die Maschine weiß immer, wo sich der "Nullpunkt" Ihres Werkstücks befindet. Für einen Anfänger ist das Erlernen der Einstellung des Werkstückkoordinatensystems eine grundlegende und notwendige Fähigkeit. Es stellt die Verbindung zwischen Ihrer CNC-Programmierung am Computer und der realen Maschine her. Es sorgt dafür, dass der erste Schnitt genau an der richtigen Stelle erfolgt.

Key Takeaways to Remember

• Bei der CNC-Programmierung geht es darum, einer Maschine Anweisungen zu geben. Sie sagt einer Maschine, wie sie sich bewegen muss, um ein Teil zu schneiden und herzustellen.
• Beginnen Sie mit einem Entwurf in einer CAD-Software. Hier erstellen Sie ein 2D- oder 3D-Modell des Gegenstands, den Sie erstellen möchten.
• Verwenden Sie CAM-Software zur Erstellung von Werkzeugwegen und G-Code. CAM-Software wandelt Ihren Entwurf in eine Sprache um, die die Maschine lesen kann.
• Es gibt zwei Hauptwege der Programmierung. Sie können den G-Code von Hand schreiben, um die volle Kontrolle zu haben, oder die Dialogprogrammierung für einfache Aufgaben verwenden.
• Das Koordinatensystem ist wie eine Landkarte. Die Maschine verwendet X-, Y- und Z-Punkte, um zu wissen, wohin sie fahren muss.
• Überprüfen Sie Ihr Programm immer zuerst mit einer Simulation. Diese Überprüfung auf dem Computer verhindert teure Fehler und Abstürze auf dem echten Rechner.
• Bei der Nachbearbeitung wird der Code für Ihre Maschine vorbereitet. Dieser letzte Schritt stellt sicher, dass Ihr spezieller Rechner jeden Befehl versteht.