Zusammenfassung: Ausgehend von den Eigenschaften des Numeripath CNC-800M-Systems und den Strukturmerkmalen der bearbeiteten Teile werden in diesem Beitrag einige Prozesssteuerungsmethoden und Programmiertechniken für dieses System erörtert. 1. Eigenschaften des CNC-800M-Systems und der Struktur- und Prozessmerkmale der bearbeiteten Teile: Das Numeripath CNC-800M ist ein Computersteuerungssystem, das von Giddings & Lewis in den USA auf PC-50 Bohr- und Fräsbearbeitungszentren eingesetzt wird. Das System ist leistungsstark, präzise und komfortabel und bietet wählbare metrische und zeitliche Bemaßungsmodi sowie eine Auflösung von 0,001 mm (0,0001 Zoll für imperiale Einheiten). Es ermöglicht die Verwendung absoluter oder inkrementeller Koordinatenbefehle, die direkte Eingabe von Drehzahl S und Vorschubgeschwindigkeit φ (U/min oder mm/min), lineare oder kreisförmige Interpolation, Ursprungsverschiebung und einen Bearbeitungsprogrammspeicher (PPS), in den Programme per Lochstreifen oder Tastatur eingegeben und bearbeitet werden können. Der Speicher bietet Platz für 1750 Programmsegmente mit einem maximal programmierbaren Wert von 99999,999 mm (in imperialen Einheiten). Die Werkzeuglänge kann im Werkzeugspeicher abgelegt werden, wodurch die manuelle Eingabe der Werkzeugabmessungen in die Teileabmessungen während der Programmierung entfällt. Das System verfügt über 99 Werkzeuglängen- und Radiuskompensationsfunktionen und ermöglicht den automatischen oder manuellen Betrieb. Das Numeripath CNC-800M-System wird primär für die Bearbeitung von Gehäuseteilen eingesetzt. Diese zeichnen sich durch ihre komplexe Struktur, dünnwandige Bauteile, viele bearbeitete Oberflächen, hohe Präzisionsanforderungen, lange Produktionszyklen und große Bearbeitungsvolumina aus und sind daher grundlegende Komponenten. Die Hauptbearbeitungsflächen von Gehäuseteilen sind Präzisionsebenen und Präzisionsbohrungen. Während die Bearbeitungsgenauigkeit von Ebenen im Allgemeinen leichter zu gewährleisten ist, sind die hohen Präzisionsanforderungen an Stützbohrungen sowie die Positionsgenauigkeit zwischen Bohrungen und zwischen Bohrungen und Ebenen schwieriger zu erfüllen. Daher ist die Bearbeitung der Hauptbohrungen ein Schlüsselaspekt bei der Gehäusebearbeitung und ein typisches Merkmal von Gehäusebearbeitungsprozessen. Das Bearbeitungsprogramm für Gehäuseteile ist wesentlich komplexer als das für andere Teile. Das Programm muss den gesamten Bearbeitungsprozess, die einzelnen Schritte, Werkzeugwege, Werkzeugformen, Schnittparameter und Verschiebungsdaten detailliert spezifizieren. Programmierer müssen mit den verwendeten Werkzeugmaschinen und Steuerungssystemen sowie verschiedenen Befehlscodeformaten sehr vertraut sein, über die notwendigen mathematischen Berechnungsfähigkeiten verfügen und Kenntnisse und Erfahrung in Bearbeitungsprozessen besitzen, um den Bearbeitungsprozess umfassend zu analysieren und zu berücksichtigen. 2. Programmiertechniken 2.1 Relativ konzentrierte Prozesse Das Numeripath CNC-800M System-gesteuerte Bearbeitungszentrum ist eine multifunktionale automatische Werkzeugmaschine, die Bohren, Ausdrehen, Fräsen, Reiben, Gewindeschneiden und andere Bearbeitungsvorgänge durchführen kann. Die Anlage selbst ist so konzipiert, dass sie Gemäß den Prinzipien konzentrierter Prozesse, der Bearbeitung von Oberflächen zu Bohrungen und der Bearbeitung von Bezugspunkten zu anderen Werkstücken muss die Programmierung diese Prinzipien widerspiegeln. Gehäuseteile weisen komplexe Strukturen und viele Bearbeitungsflächen auf und erfordern die Bearbeitung aus mehreren Richtungen. Um übermäßig lange Programme zu vermeiden und die Bedienung zu vereinfachen, wird die Bearbeitung aller Elemente in einer Richtung in der Regel in einem Programm zusammengefasst, wodurch die Bearbeitung mehrerer Teile und Elemente abgeschlossen wird. Die korrekte Anwendung des Prinzips konzentrierter Prozesse während der Programmierung kann Leerlaufzeiten reduzieren und die Effizienz steigern. Beim Schruppen und Vorschlichten ist Effizienz von größter Bedeutung; versuchen Sie, die Prozesse werkzeugbezogen zu konzentrieren, indem Sie ein Werkzeug verwenden, um den zu bearbeitenden Bereich zu bearbeiten, bevor Sie zu einem zweiten Werkzeug wechseln, um Werkzeugwechsel und Leerlaufzeiten zu reduzieren. Bei der Endbearbeitung von Teilen ist die Gewährleistung der Genauigkeit von größter Bedeutung; versuchen Sie, die Prozesse bereichsweise zu konzentrieren. 2.2 Für die Schrupp- und Schlichtbearbeitung von Gehäuseteilen sind die Rohlinge in der Regel Gussteile. Zwei Bearbeitungsschemata können in Betracht gezogen werden: Zum einen kann der Rohling nach der Wärmebehandlung direkt auf einem Bearbeitungszentrum bearbeitet werden, wobei zuerst das Schruppen und dann das Schlichten durchgeführt wird, um die hohe Effizienz der Werkzeugmaschine voll auszunutzen; zum anderen kann ein zweistufiges Schruppverfahren angewendet werden. und dem Schlichtprozess, wobei das Schruppen auf einer konventionellen Werkzeugmaschine erfolgt, gefolgt von Wärmebehandlung und Auslagerung und anschließender Schlichtbearbeitung auf einem Bearbeitungszentrum. Gehäuseteile weisen in der Regel komplexe innere Strukturen und dünne Wände auf, wodurch sie anfällig für Verformungen sind. Die Auslagerung nach dem Schruppen kann Schnittspannungen abbauen, Verformungen reduzieren und die Genauigkeit und Qualität von Präzisionsbohrungen sicherstellen. Gussrohlinge weisen große Fehler und ungleichmäßige Bearbeitungszugaben auf und sind schwer zu programmieren, wodurch sie für die Bearbeitung auf einem Bearbeitungszentrum ungeeignet sind. Vorbearbeitete Rohlinge weisen kleinere, gleichmäßiger verteilte Zugaben auf, was die Programmierung erleichtert und die automatisierte Bearbeitung auf einem Bearbeitungszentrum ermöglicht, wodurch die Präzision und Effizienz der automatisierten Anlagen besser genutzt werden. Daher wird das letztgenannte Verfahren, das zweistufige Schruppen und Schlichten, angewendet. Dieser Ansatz reduziert angesichts der aktuellen Knappheit an CNC-Werkzeugmaschinen die Belastung der Bearbeitungszentren und trägt zur Aufrechterhaltung der Genauigkeit moderner Anlagen bei. 2.3 Hocheffizientes Schruppen großer Bohrungen Gehäuse weisen typischerweise zahlreiche große Wellenbohrungen unterschiedlicher Größe und Struktur auf. Konventionelles Schruppen, Vorschlichten und Fertigbohren würden eine Vielzahl unterschiedlicher Spezifikationen und Typen erfordern. Der hohe Werkzeugverschleiß führt zu häufigen Werkzeugwechseln und erhöhten Leerlaufzeiten. Die herkömmliche manuelle Einstellung des Werkzeugkopfes ist zeitaufwendig, arbeitsintensiv, ineffizient und gewährleistet keine hohe Qualität. Bei der Programmierung kann Fräsen anstelle von Bohren in Betracht gezogen werden. Dank der Kreisinterpolationsfunktion des Numeripath CNC-800M-Systems genügen wenige zylindrische Schaftfräser, wie z. B. moderne Hochgeschwindigkeits-Schneidwerkzeuge wie Kegelschaftfräser, um die Schruppbearbeitung aller größeren Bohrungen durchzuführen. Dies ist äußerst wirtschaftlich und effizient. Im Allgemeinen eignet sich diese Methode für die meisten größeren Bohrungen in Gehäusen, mit Ausnahme einiger kleiner und tiefer Bohrungen. Bei der Bearbeitung von Stufenbohrungen auf koaxialen Linien kann es bei großen Absätzen schwierig sein, diese nach dem Fertigbohren zu schaben. Zudem besteht die Gefahr von Kratzern im Bohrloch, was zu Qualitätsproblemen führt. Auch hier kann Fräsen anstelle von Bohren eingesetzt werden. Ebenso kann diese Methode bei der Bearbeitung von Innenringnuten angewendet werden, wobei ein geeigneter Schaftfräser ausgewählt wird. Beim Fräsen anstelle von Bohren größerer Bohrungen wird empirisch die „Drei-Kreis-Interpolationsmethode“ verwendet. Fräsen des Innenkreises. Der Ein- und Austritt des Werkzeugs erfolgt tangential zum Lochkreis, um Überschnitte zu vermeiden und die Bearbeitungsqualität zu gewährleisten. Wie in Abbildung 1 dargestellt, wird für die Bearbeitung eines Innenlochs mit weniger als 500 mm Durchmesser das „Drei-Kreis-Interpolationsverfahren“ mit einer Schnitttiefe von 46 mm und einem 80-mm-Kegelfräser verwendet. Die Ein- und Austrittsbögen des Werkzeugs betragen R100 mm. Abbildung 1. Liste der Fräsprogramme für den Innenkreis mit dem „Drei-Kreis-Interpolationsverfahren“: N10 G W500.0 (Arbeitstisch für Werkzeugladung vorbereiten) N20 G M6 T1 H1 F360 S350 N30 GZ M12 N40 G Xl00.0 Y-110.0 (Position 1) N50 G W-46.0 (Eintritt JJ46) N60 G02 X Y-210.0 I100.0 J M3 CA2 (Kreisförmiger Zulauf, Bahn 1-2) N70 G02 X Y-210.0 IJ-210.0 (Bearbeitung φ500, Bahn 3-3) N80 G02 X Y-110.0 IJ-100.0 (Kreisförmiger Auslauf, Bahn 3-4) 2.4 Numerippath-Nullpositionsverfolgung beherrschen Das CNC-800M-System nutzt die Nullpositionsverfolgung zur Steuerung der koaxialen Achsen (W/Z). Es verfolgt automatisch die Bewegung dieser beiden Achsen und berechnet ihre Positionen relativ zum Werkstückbezugspunkt. Die Z-Achse verwendet typischerweise die Spindelstirnfläche als Bezugspunkt. Bohren, Reiben, Gewindeschneiden, Aufweiten und Nutenfräsen werden im Allgemeinen mit der Z-Achse durchgeführt. Dabei wirkt auf das Werkzeug hauptsächlich eine axiale Kraft mit relativ geringer radialer Abmessung, was die Z-Achse komfortabel und effizient macht. Der W-Achsenbezugspunkt ist eine Fläche am Werkstück, üblicherweise eine große Stirnfläche. Bohren und Fräsen werden im Allgemeinen mit der W-Achse durchgeführt. Die Bewegung, bei der die Spindel stationär bleibt, während sich das Werkstück bewegt, gewährleistet die Werkzeugsteifigkeit und somit die Genauigkeit der Bohrungsform. Die W/Z-Achse stellt den relativen Abstand zwischen der Spindelstirnfläche und der Werkstückbezugsfläche dar. Neben dem tatsächlichen Abstand wird sie auch durch den Werkzeugkompensationsbefehl H und den Ursprungsversatzbefehl P beeinflusst. Ein positiver W/Z-Wert repräsentiert den Abstand von der Werkzeugspitze zur Werkstückbezugsfläche; ein negativer Wert den Abstand, in den die Werkzeugspitze in die Werkstückbezugsfläche eindringt. Die W- und Z-Befehle für die Nullpositionsverfolgung sind ein wichtiger und anspruchsvoller Aspekt der Programmierung, der nicht leicht zu beherrschen ist. Abbildung 2 unten veranschaulicht die Ergebnisse der Werkzeugmaschinenbewegung, die durch verschiedene W- und Z-Befehle erzeugt werden, und erleichtert so das korrekte Verständnis ihrer Funktion. Diese Methode hat sich in Programmierschulungen vor Ort als sehr effektiv erwiesen. Abbildung 2. Liste der Programmergebnisse für verschiedene W- und Z-Befehle: (Ausrichtung, Bezugseinstellung) N10 GXY W+250.0P Tl H1 (Werkzeugauswahl) N20 GZ Ml6 M12 (Werkzeugladung) N30 G W+1.0 (Tisch bewegen, 1 Leerstelle lassen) N40 G1 W-75.0FSM3 (Vorschub 75) N50 G W+1.0 (Tisch bewegen, 1 Leerstelle lassen) N60 GY (Spindelkopf fährt hoch) N70 G P-125.0Z+1.0H1 (Werkzeugvorschub) N80 G1 W-75.0 (Vorschub 75) N90 G W+250.0 P (Tisch fährt zurück) N100 GZ Ml2 (Werkzeugentladung) N110 GWPTH M6 (Zurücksetzen, Ende) 2.5 Die Präzisionsbearbeitung von Bohrungen erfolgt typischerweise mit einem Präzisionsbohrwerkzeug, dessen Abmessungen an einem Werkzeugvoreinstellgerät voreingestellt sind. Kleine Bohrungen werden mit einer Reibahle geformt, während große Bohrungen mit einem Mehrlochbohrkopf bearbeitet werden. Die vom Numeripath CNC-800M-System unterstützten Mehrlochbohrköpfe sind wichtige Werkzeugmaschinenzubehörteile, die häufig in der CH-Serie, wie z. B. CH-8 und CH-16, zu finden sind. Der Mehrlochbohrkopf ist auf der Spindelhülse montiert und wird vom Systemcomputer gesteuert. Dabei werden die lineare Bewegung der W-Achse (Maschinentisch) und die radiale Bewegung der Z-Achse (Werkzeug) genutzt. Beim Bearbeiten mehrerer Präzisionsbohrungen auf einer Koaxiallinie wird bewusst manueller Werkzeugwechsel anstelle eines automatischen eingesetzt, um die Koaxialität zu gewährleisten und Koordinatenänderungen beim automatischen Werkzeugwechsel zu vermeiden. Dadurch werden wiederholte Positionierfehler eliminiert. Bei der Bearbeitung einer Gruppe von Bohrungen mit hohen Anforderungen an die Abstandsgenauigkeit kann eine unidirektionale Positionierprogrammierung zur Verbesserung der Positioniergenauigkeit verwendet werden. Dies vermeidet den Einfluss von Fehlern im Werkzeugmaschinenantrieb oder von Messfehlern auf die Positioniergenauigkeit. Gleichzeitig sollte die Schaltgeschwindigkeit gering sein, um den Einfluss der Trägheit auf die Positionierung zu reduzieren. 3. Fazit Die obigen Ausführungen stellen einige Prozesshandhabungs- und Programmiertechniken für das Numeripath CNC-800M-System vor. Durch die Anwendung dieser Methoden kann das Programm vereinfacht, Leerlaufzeiten reduziert und die Anzahl der Werkzeuge verringert werden, was dazu beiträgt, die Effizienz des Systems voll auszuschöpfen.