G- und M-Codes: Die CNC-Programmiersprachen verstehen

Die CNC-Bearbeitung ist einer der Kernprozesse in der Fertigung, mit dem komplizierte und anspruchsvolle Produkte hergestellt werden, die in verschiedenen Branchen Anwendung finden. Das Herzstück der unübertroffenen Effizienz und Genauigkeit der CNC-Bearbeitung sind die G- und M-Codes – die entscheidenden Programmiersprachen, die CNC-Maschinen steuern.

Entgegen der landläufigen Meinung spielen G-Codes und M-Codes bei CNC-Operationen unterschiedliche Rollen. G-Codes informieren die Maschine in erster Linie über die Geometrie des Schnitts, während M-Codes die Hardwareaspekte steuern, wie etwa das Ein- und Ausschalten der Spindel. Dieser nuancierte Unterschied ist entscheidend für das Verständnis des vollen Potenzials der CNC-Bearbeitung.

In diesem Artikel befassen wir uns mit den Besonderheiten dieser Codes, entschlüsseln ihre einzigartigen Funktionen und wie sie zusammenwirken, um die Leistung von CNC-Maschinen zu optimieren.

Was ist CNC-Bearbeitung?

Das Verständnis der CNC-Bearbeitung ist von grundlegender Bedeutung, bevor man sich mit den Besonderheiten der CNC-Programmiercodes befasst. CNC-Bearbeitung, bzw Computer-numerische Steuerungsbearbeitung, nutzt computergesteuerte Steuerungen und Werkzeugmaschinen, um präzise und komplizierte Teile aus verschiedenen Materialien herzustellen. Die Technologie hat die Landschaft der modernen Fertigung erheblich verändert, da sie eine höhere Effizienz und Genauigkeit bietet und komplexe Geometrien erstellen kann.

Seine Hauptvorteile sind: 

• Präzision: Die CNC-Bearbeitung bietet hohe Präzision und Genauigkeit bei der Herstellung komplexer Teile.
• Effizienz: Automatisierte Prozesse und optimierte Werkzeugwege tragen zu einem effizienten Materialabtrag bei.
• Vielseitigkeit: Geeignet für eine Vielzahl von Materialien und Anwendungen.
• Wiederholbarkeit: CNC-Maschinen können identische Teile mit gleichbleibender Qualität herstellen.

Wie steuert die CNC-Programmierung CNC-Maschinen?

Vor dem Aufkommen von Computern verwendeten Maschinisten Karten oder Bänder, um Maschinenbewegungen zu steuern. Sie haben in einer bestimmten Reihenfolge Löcher in diese Karten gestanzt, um die Codes zu erstellen. Das war damals zwar auch effektiv, aber recht mühsam. Außerdem waren diese Karten anfällig für Beschädigungen oder gingen in den Maschinenwerkstätten verloren. Dies führte damals zu mehreren Problemen in der Produktion.

Als Maschinisten anfingen, Computer für numerisch gesteuerte Maschinen einzusetzen, stießen sie immer noch auf einige Probleme. Dies lag daran, dass sie die Codes manuell eingeben mussten. Dies wäre natürlich sehr mühsam, wenn es um die Herstellung recht anspruchsvoller Teile ginge, die viele Anweisungen erforderten.

Das Aufkommen fortschrittlicher Computer und Software hat die CNC-Bearbeitung revolutioniert. Maschinisten geben jetzt einfach Anweisungen in eine Software ein, die dann die notwendigen G-Codes und M-Codes für die Maschinen generiert. Dieser Prozess wird stark vereinfacht durch CAD- und CAM-Softwarehat die Codegenerierung und den Maschinenbetrieb effizienter und zugänglicher gemacht und sowohl die Präzision als auch die Komplexität in der Fertigung erhöht.

Um den Prozess zu starten, benötigt der Programmierer hochentwickelte computergestützte Software. Der Programmierer importiert dann das Maschinenmodell und die Bearbeitungsvorrichtung in die Software ein und wählt dann die Werkzeuge und Werkzeugwege der Spindel aus. Sobald diese Parameter eingestellt sind, generiert die Software effizient die erforderlichen G- und M-Codes, die für den effektiven Betrieb der CNC-Maschine unerlässlich sind.

Was sind G-Codes in der CNC-Programmierung?

G-Code (auch RS-274D) ist die beliebteste CNC-Programmiersprache. Die meisten G-Code-Befehle sind alphanumerisch formatieren und mit G beginnen, was für Geometrie steht. Sie sind für die Bewegungen von CNC-Maschinen verantwortlich und sagen der Maschine, wo sie bei der Herstellung eines Teils starten, wie sie sich bewegen und wann sie anhalten soll.

Allerdings kann G-Code für Maschinisten recht kompliziert sein, da verschiedene Maschinen G-Codes in unterschiedlichen Formaten lesen. Die meisten Maschinen unterscheiden sich im Vorhandensein oder Fehlen von Leerzeichen zwischen den Befehlen und in der Anzahl der Nullen zwischen dem Buchstaben und der Zahl in den Befehlen. Beispielsweise könnte eine Maschine G3 verwenden, während eine andere G03 verwendet. Maschinisten müssen immer mit der Art der Maschine vertraut sein, die sie verwenden. Andernfalls können Fehler im Befehl zu schwerwiegenden Problemen in der Teilefertigung führen.

Über G-Codes hinaus verwenden Programmierer auch andere Buchstaben, die unterschiedliche Funktionen kennzeichnen. Diese Buchstaben diversifizieren die Sprache der CNC-Programmierung und ermöglichen eine breite Palette von Befehlen für präzise und komplizierte Bearbeitungsaufgaben.

• A: Es lenkt das Werkzeug um die x-Achse.
• R: Es gibt den Radius der Bögen an, die die Maschine erzeugt.
• X UND Z: Diese drei Werte geben die Position der Werkzeuge in drei Dimensionen an – X und Y repräsentieren die horizontale bzw. vertikale Dimension, während Z die Tiefe darstellt.
• Ich und J: Beide Werte bezeichnen die inkrementelle Mitte jedes Bogens, den die Maschine erstellt.
• N: N gibt die Zeilennummer an.

Der Code verwendet auch andere Buchstaben, die von den Fähigkeiten der Maschine abhängen.

Was sind M-Codes in der CNC-Programmierung?

Der M-Code beginnt, ähnlich wie der G-Code, mit dem Buchstaben „M“ und umfasst eine Reihe von Hilfsbefehlen, die für die Steuerung der nichtgeometrischen Funktionen einer CNC-Maschine unerlässlich sind. Diese Codes, oft auch als sonstige Codes bezeichnet, verwalten wichtige Vorgänge wie das Anhalten des Programms, die Aktivierung von Kühlmittelsystemen und das Abschalten der Maschine nach dem Betrieb.

Bei der CNC-Programmierung ist es entscheidend, M-Codes präzise zu verwenden. Normalerweise sollte jeder Programminformationsblock nur einen M-Code enthalten. Diese Vorgehensweise ist zwingend erforderlich, da M-Codes häufig dazu dienen, verschiedene Maschinenfunktionen zu aktivieren oder zu deaktivieren. Eine Überschneidung dieser Befehle innerhalb eines einzelnen Blocks kann zu Programmierkonflikten und Betriebsfehlern führen.

Ähnlich wie G-Codes variieren M-Codes je nach CNC-Maschine. Diese Abweichung kann auf Unterschiede in der numerischen Formatierung der Codes zurückzuführen sein, beispielsweise auf die Einbeziehung oder den Ausschluss führender Nullen. Beispielsweise könnte eine Maschine einen M-Code als „M3“ erkennen, während eine andere „M03“ erfordert. Daher müssen Maschinisten mit den spezifischen Codierungsanforderungen der von ihnen bedienten Ausrüstung vertraut sein, um reibungslose und fehlerfreie Bearbeitungsprozesse sicherzustellen.

Eine Liste von G- und M-Codes für die CNC-Bearbeitung 

In diesem Abschnitt werden eine Reihe grundlegender G- und M-Codes veranschaulicht und ihre unterschiedlichen Funktionen hervorgehoben. Während einige Codes in beiden Listen eine ähnliche Bedeutung haben, unterscheiden sich andere erheblich in der Anwendung und Interpretation bei der CNC-Bearbeitung.

Häufig verwendete G-Codes

G-Codes in der CNC-Bearbeitung verwandeln komplexe Vorgänge in methodische Aufgaben, wobei standardisierte Codes für Konsistenz und Spitzenleistung sorgen. Hier ist ein Blick auf einige wichtige G-Codes, die für jeden wichtig sind, der mit CNC-Maschinen arbeitet.

• G00 – Eilgangpositionierung: Dieser Befehl wird verwendet, um das Werkzeug schnell und mit maximaler Geschwindigkeit zu bestimmten Koordinaten zu bewegen. In erster Linie positioniert es das Werkzeug, ohne Material zu schneiden, und optimiert so die Effizienz der Maschine bei nicht-schneidenden Bewegungen.
• G01 – Lineare Interpolation: Dieser Befehl weist das Werkzeug an, sich mit einer festgelegten Vorschubgeschwindigkeit geradlinig zwischen zwei Punkten zu bewegen. G01 wird hauptsächlich für geradliniges Schneiden verwendet und ist einer der am häufigsten verwendeten G-Codes in der CNC-Bearbeitung.
• G02 – Kreisinterpolation (im Uhrzeigersinn): Dieser Befehl erleichtert die Erstellung von Bögen und Kreisen, indem das Werkzeug im Uhrzeigersinn entlang einer Kreisbahn geführt wird. Es gewährleistet eine präzise Bewegung zu einem bestimmten Endpunkt, was für kreisförmige Bearbeitungsaufgaben unerlässlich ist.
• G03 – Kreisinterpolation (gegen den Uhrzeigersinn): Dieser Befehl spiegelt G02 wider, wobei sich das Werkzeug jedoch auf einer Kreisbahn gegen den Uhrzeigersinn bewegt. Es ist wichtig für die Herstellung von Bögen und Kreisen, die eine Vorgehensweise gegen den Uhrzeigersinn erfordern.
• G04 – Verweilen: Dieser Befehl weist die CNC-Maschine an, für einen vordefinierten Zeitraum vorübergehend an ihrer aktuellen Position anzuhalten. Die Verweilfunktion ist besonders nützlich, wenn beispielsweise ein Schneidwerkzeug abkühlen oder die Spindel die gewünschte Geschwindigkeit erreichen soll.

Eine Liste weiterer Funktions-G-Codes

Weitere Informationen zu G-Codes finden Sie unter diese Ressource.

Häufig verwendete M-Codes

Obwohl CNC-Maschinen typischerweise M-Codes verwenden, die den G-Codes ähneln, wird die modellübergreifende Standardisierung nicht allgemein übernommen. Daher müssen CNC-Programmierer bei maschinenspezifischen Codes vorsichtig sein. Dennoch behalten bestimmte M-Codes auf allen Maschinen stets die gleiche Bedeutung.

• M00 – Programmstopp: Um das CNC-Programm vorübergehend anzuhalten. Um das Programm fortzusetzen, ist häufig ein Bedienereingriff erforderlich.
• M02 – Programmende: Zum Beenden des CNC-Programms. Nach der Ausführung dieses Codes stoppt die Steuerung und der Bediener muss möglicherweise die Maschine zurücksetzen oder neu starten.
• M03 – Spindel ein, im Uhrzeigersinn: Zum Starten der Spindeldrehung im Uhrzeigersinn. Oftmals folgt darauf ein Geschwindigkeitsbefehl (S), um die Spindelgeschwindigkeit einzustellen.
• M04 – Spindel ein, gegen den Uhrzeigersinn: Ähnlich wie M03 wird M04 zum Starten der Spindel verwendet, dreht sich jedoch gegen den Uhrzeigersinn.
• M05 – Spindelstopp: Um die Spindeldrehung zu stoppen. Es wird häufig eingesetzt, wenn ein Werkzeugwechsel oder ein anderer Vorgang einen Stillstand der Spindel erfordert.

Eine Liste anderer Funktions-M-Codes

Weitere Informationen zu M-Codes finden Sie unter diese Ressource.

Fassen wir den Unterschied zwischen G- und M-Codes zusammen

G-Codes:

• Steuern Sie die Bewegung und Funktion der CNC-Maschine.
• Beschreiben Sie Positionen und Bewegungen, z. B. schnelle Positionierung auf eine bestimmte XY-Ebene, lineare Vorschubbewegung und kreisförmige Interpolation.
• Bezogen auf geometrische Codes, dienen sie im Produktdesign.
• Aktivieren Sie die CNC-Maschine.

M-Codes:

• Steuern Sie Vorgänge, die keine Bewegungen beinhalten, wie etwa das Anhalten von Programmen, den Werkzeugwechsel, das Ein- und Ausschalten der Spindel und die Aktivierung von Kühlmittelsystemen.
• Beziehen sich auf Maschinenfunktionen und dienen in verschiedenen verschiedenen Vorgängen.
• Aktivieren Sie die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) der Maschine.

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Schlussfolgerung

Der Einsatz von CNC-Maschinen ist einer der wichtigsten Prozesse in der CNC-Bearbeitung. Diese Maschinen können jedoch nicht ohne G-Codes und M-Codes funktionieren, die ihnen Anweisungen geben, was zu tun ist. Das Verständnis, wie diese Codes generiert werden, ist für den CNC-Bearbeitungsprozess und die erfolgreiche Teileproduktion von entscheidender Bedeutung. Die Beherrschung dieser Codes verschafft Ihnen einen Vorsprung in Ihrem Karriere als CNC-Programmierer.