Produkcja wspomagana komputerowo

Model CAD i część obrabiana CNC

Produkcja wspomagana komputerowo ( CAM ), znana również jako modelowanie wspomagane komputerowo lub obróbka wspomagana komputerowo , to wykorzystanie oprogramowania do sterowania obrabiarkami w produkcji detali. Nie jest to jedyna definicja CAM, ale jest najczęstsza. Może również odnosić się do korzystania z komputera do pomocy we wszystkich operacjach zakładu produkcyjnego , w tym w planowaniu, zarządzaniu , transporcie i magazynowaniu. Jego głównym celem jest stworzenie szybszego procesu produkcyjnego oraz komponentów i oprzyrządowania o bardziej precyzyjnych wymiarach i konsystencji materiałowej, który w niektórych przypadkach wykorzystuje tylko wymaganą ilość surowca (minimalizując w ten sposób odpady), przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia energii. [ potrzebne źródło ] CAM to obecnie system używany w szkołach i niższych celach edukacyjnych. [ gdzie? ] CAM jest kolejnym procesem wspomaganym komputerowo po projektowaniu wspomaganym komputerowo (CAD), a czasami inżynierii wspomaganej komputerowo (CAE), ponieważ model wygenerowany w CAD i zweryfikowany w CAE można wprowadzić do oprogramowania CAM, które następnie steruje obrabiarką . CAM jest używany w wielu szkołach obok projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) do tworzenia obiektów.

Przegląd

Zobacz też: Płytka drukowana § PCB CAM
Krążek chromowo-kobaltowy z koronami do implantów dentystycznych , wyprodukowany przy użyciu WorkNC CAM

Tradycyjnie CAM był uważany za narzędzie do programowania ze sterowaniem numerycznym (NC), w którym dwuwymiarowe (2-D) lub trójwymiarowe (3-D) modele komponentów są generowane w CAD . Podobnie jak w przypadku innych technologii wspomaganych komputerowo, CAM nie eliminuje zapotrzebowania na wykwalifikowanych specjalistów, takich jak inżynierowie produkcji , programiści NC czy mechanicy . CAM wykorzystuje zarówno wartość najbardziej wykwalifikowanych specjalistów ds. produkcji za pomocą zaawansowanych narzędzi zwiększających produktywność, jak i buduje umiejętności nowych specjalistów za pomocą narzędzi do wizualizacji, symulacji i optymalizacji.

Narzędzie CAM zazwyczaj konwertuje model na język zrozumiały dla danej maszyny docelowej, zazwyczaj G-Code . Sterowanie numeryczne można zastosować do narzędzi do obróbki skrawaniem, a ostatnio do drukarek 3D.

Historia

Wczesne komercyjne zastosowania CAM miały miejsce w dużych firmach z branży motoryzacyjnej i lotniczej; na przykład Pierre Béziers pracował nad rozwojem aplikacji CAD/CAM UNISURF w latach 60. do projektowania karoserii i oprzyrządowania w Renault . Alexander Hammer z DeLaval Steam Turbine Company wynalazł technikę stopniowego wiercenia łopatek turbiny z litego metalowego bloku metalu za pomocą wiertła kontrolowanego przez czytnik kart perforowanych w 1950 roku.

Historycznie oprogramowanie CAM miało kilka wad, które wymagały zbyt dużego zaangażowania wykwalifikowanych operatorów CNC . Fallows stworzył pierwsze oprogramowanie CAD, ale miało ono poważne wady i zostało szybko przywrócone do etapu rozwoju. [ potrzebne źródło ] Oprogramowanie CAM generuje kod dla najmniej wydajnej maszyny, ponieważ każde sterowanie obrabiarki jest dodawane do standardowego zestawu kodów G w celu zwiększenia elastyczności. W niektórych przypadkach, takich jak niewłaściwie skonfigurowane oprogramowanie CAM lub określone narzędzia, maszyna CNC wymagała ręcznej edycji, zanim program będzie działał poprawnie. Żaden z tych problemów nie był tak nie do pokonania, aby rozważny inżynier lub wykwalifikowany operator maszyny nie mógł go pokonać w przypadku prototypowania lub małych serii produkcyjnych; G-Code to prosty język. W zakładach o wysokiej produkcji lub zakładach o wysokiej precyzji napotkano inny zestaw problemów, w których doświadczony operator CNC musi zarówno ręcznie kodować programy, jak i uruchamiać oprogramowanie CAM.

Integracja CAD z innymi komponentami środowiska CAD/CAM/CAE Product Lifecycle Management (PLM) wymaga efektywnej wymiany danych CAD . Zwykle konieczne było wymuszenie na operatorze CAD eksportu danych w jednym z popularnych formatów danych, takich jak IGES , STL lub formaty Parasolid , które są obsługiwane przez szeroką gamę programów. Dane wyjściowe z oprogramowania CAM to zazwyczaj prosty plik tekstowy zawierający kody G/M, czasami o długości wielu tysięcy poleceń, który jest następnie przesyłany do obrabiarki za pomocą programu bezpośredniego sterowania numerycznego (DNC) lub w nowoczesnych sterownikach wykorzystujących wspólne urządzenie pamięci masowej USB .

Pakiety CAM nie mogły i nadal nie potrafią rozumować tak, jak potrafi to mechanik. Nie mogli zoptymalizować ścieżek narzędzi w stopniu wymaganym w produkcji masowej . Użytkownicy wybierają typ narzędzia, proces obróbki i ścieżki, które mają być użyte. Podczas gdy inżynier może mieć praktyczną wiedzę na temat programowania kodu G, drobne problemy z optymalizacją i zużyciem narastają z czasem. Przedmioty produkowane masowo, które wymagają obróbki, są często początkowo tworzone poprzez odlewanie lub inną metodę niemaszynową. Umożliwia to odręczne, krótkie i wysoce zoptymalizowane G-kody, których nie można wyprodukować w pakiecie CAM.

Przynajmniej w Stanach Zjednoczonych brakuje młodych, wykwalifikowanych mechaników wchodzących na siłę roboczą, zdolnych do pracy w ekstremalnych warunkach produkcyjnych; wysoka precyzja i masowa produkcja. W miarę jak oprogramowanie i maszyny CAM stają się coraz bardziej skomplikowane, umiejętności wymagane od mechanika lub operatora maszyny zbliżają się do umiejętności programisty komputerowego i inżyniera, zamiast eliminować mechanika CNC z siły roboczej.

Typowe obszary zainteresowania
  • Obróbka z dużą prędkością, w tym usprawnianie ścieżek narzędzi
  • Obróbka wielofunkcyjna
  • Obróbka 5-osiowa
  • Rozpoznawanie cech i obróbka
  • Automatyzacja procesów obróbki skrawaniem
  • Łatwość użycia

Przezwyciężanie historycznych niedociągnięć

Z biegiem czasu historyczne wady CAM są osłabiane, zarówno przez dostawców rozwiązań niszowych, jak i przez dostawców rozwiązań z najwyższej półki. Dzieje się tak głównie na trzech obszarach:

  1. Łatwość użytkowania
  2. Złożoność produkcji
  3. Integracja z PLM i rozszerzonym przedsiębiorstwem
Łatwość użytkowania
Dla użytkownika, który dopiero zaczyna swoją przygodę z CAM, gotowe funkcje, takie jak kreatory procesów, szablony, biblioteki, zestawy narzędzi maszynowych, zautomatyzowana obróbka oparta na funkcjach i interfejsy użytkownika dostosowane do konkretnych funkcji, budują zaufanie użytkownika i przyspiesz krzywą uczenia się.
Zaufanie użytkownika jest dodatkowo budowane na wizualizacji 3D poprzez ściślejszą integrację ze środowiskiem CAD 3D, w tym symulacje i optymalizacje pozwalające uniknąć błędów.
Złożoność produkcji
Środowisko produkcyjne jest coraz bardziej złożone. Zapotrzebowanie na narzędzia CAM i PLM przez inżyniera produkcji, programistę NC czy mechanika jest podobne do zapotrzebowania na komputerową pomoc pilota nowoczesnych lotniczych . Nowoczesne maszyny nie mogą być właściwie użytkowane bez tej pomocy.
Dzisiejsze systemy CAM obsługują pełen zakres obrabiarek, w tym: toczenie , obróbkę 5-osiową , strumień wody , cięcie laserowe / plazmowe i elektrodrążenie drutowe . Dzisiejszy użytkownik CAM może z łatwością generować opływowe ścieżki narzędzia, zoptymalizowane nachylenie osi narzędzia w celu uzyskania wyższych prędkości posuwu, lepszej trwałości narzędzia i wykończenia powierzchni oraz idealnej głębokości skrawania. Oprócz programowania operacji skrawania nowoczesne oprogramowanie CAM może dodatkowo sterować operacjami niezwiązanymi z obróbką skrawaniem, takimi jak sondowanie obrabiarek .
Integracja z PLM i rozszerzonym EnterpriseLM w celu zintegrowania produkcji z operacjami przedsiębiorstwa od koncepcji po wsparcie gotowego produktu w terenie.
Aby zapewnić łatwość użytkowania odpowiednią do celów użytkownika, nowoczesne rozwiązania CAM można skalować od samodzielnego systemu CAM do w pełni zintegrowanego zestawu rozwiązań 3D obsługujących wiele programów CAD. Rozwiązania te są tworzone w celu zaspokojenia wszystkich potrzeb personelu produkcyjnego, w tym planowania części, tworzenia dokumentacji warsztatowej, zarządzania zasobami oraz zarządzania i wymiany danych. Aby uniemożliwić tym rozwiązaniom szczegółowe informacje o narzędziach, dedykowane zarządzanie narzędziami

Proces obróbki

Większość obróbek przebiega przez wiele etapów, z których każdy jest realizowany za pomocą różnych podstawowych i zaawansowanych strategii, w zależności od projektu części, materiału i dostępnego oprogramowania.

Obróbka zgrubna
Ten proces zwykle rozpoczyna się od surowego materiału, zwanego kęsem lub zgrubnym odlewem, który maszyna CNC przycina z grubsza do kształtu ostatecznego modelu, ignorując drobne szczegóły. Podczas frezowania wynik często daje wygląd tarasów lub stopni, ponieważ strategia wymaga wielu „kroków” w dół części podczas usuwania materiału. Pozwala to najlepiej wykorzystać możliwości maszyny, tnąc materiał w poziomie. Typowe strategie to oczyszczanie zygzakowate, oczyszczanie offsetowe, obróbka zgrubna wgłębna, obróbka zgrubna resztek i frezowanie trochoidalne (czyszczenie adaptacyjne). Celem na tym etapie jest usunięcie jak największej ilości materiału w jak najkrótszym czasie, bez większej troski o ogólną dokładność wymiarową. Podczas obróbki zgrubnej części celowo pozostawia się niewielką ilość dodatkowego materiału do usunięcia w kolejnych operacjach wykańczających.
Półwykańczanie
Ten proces rozpoczyna się od części zgrubnej, która nierównomiernie zbliża się do modelu i tnie do ustalonej odległości przesunięcia od modelu. Przejście półwykańczające musi pozostawiać niewielką ilość materiału (zwaną ząbkiem), aby narzędzie mogło ciąć dokładnie, ale nie tak mało, aby narzędzie i materiał odchylały się od powierzchni skrawania. Typowe strategie to przejścia rastrowe , przejścia wzdłuż linii wodnej, ciągłe przejście przez przejście, frezowanie ołówkiem .
Wykańczanie
Wykańczanie polega na wielu przejściach światła przez materiał w drobnych krokach w celu wytworzenia gotowej części. Podczas wykańczania części kroki między przejściami są minimalne, aby zapobiec odchyleniu narzędzia i odbiciu materiału. Aby zmniejszyć poprzeczne obciążenie narzędzia, zmniejsza się zazębienie narzędzia, podczas gdy szybkości posuwu i prędkości wrzeciona są generalnie zwiększane w celu utrzymania docelowej prędkości powierzchniowej (SFM). Niewielkie obciążenie wióra przy wysokim posuwie i prędkości obrotowej jest często określane jako obróbka z dużą prędkością (HSM) i może zapewnić szybkie czasy obróbki przy wysokiej jakości wyników. Rezultatem tych lżejszych przejść jest bardzo dokładna część z jednolicie wysokim wykończeniem powierzchni . Oprócz modyfikowania prędkości i posuwów, operatorzy często mają specjalne frezy do obróbki wykańczającej, które nigdy nie były używane jako frezy do obróbki zgrubnej. Ma to na celu ochronę frezu palcowego przed powstającymi wiórami i wadami na powierzchni skrawającej, które pozostawiłyby smugi i skazy na końcowej części.
Frezowanie konturowe
W zastosowaniach frezowania sprzętu ze stołem obrotowym i/lub osiami głowicy obrotowej można przeprowadzić oddzielny proces wykańczania zwany konturowaniem. Zamiast stopniowego zmniejszania w celu przybliżenia powierzchni, obrabiany przedmiot lub narzędzie jest obracane, aby powierzchnie skrawające narzędzia były styczne do idealnych cech części. Daje to doskonałe wykończenie powierzchni z dużą dokładnością wymiarową. Proces ten jest powszechnie stosowany do obróbki złożonych kształtów organicznych, takich jak łopatki turbin i wirników, które ze względu na złożone krzywe i zachodzącą na siebie geometrię są niemożliwe do obróbki tylko na maszynach trójosiowych.

Oprogramowanie: duzi dostawcy

Zobacz też: Lista firm CAM i Kategoria: Oprogramowanie do produkcji wspomaganej komputerowo
Aby zapoznać się z oprogramowaniem 3D CAM do osobistych drukarek 3D, patrz 3D_printing § Printing .

Zobacz też

Dalsza lektura

  •   Yong, długa koszulka; Moy, Peter K. (wrzesień 2008). „Powikłania projektowania wspomaganego komputerowo / wspomaganego komputerowo obróbki skrawaniem (NobelGuide ™) chirurgicznego umieszczania implantów: ocena wczesnych wyników klinicznych” . Kliniczna stomatologia implantologiczna i powiązane badania . 10 (3): 123–127. doi : 10.1111/j.1708-8208.2007.00082.x . PMID 18241215 .
  • https://patents.google.com/patent/US5933353A/en
  • Amin, SG; Ahmed, MHM; Youssef, HA (grudzień 1995). „Wspomagane komputerowo projektowanie tub akustycznych do obróbki ultradźwiękowej z wykorzystaniem analizy elementów skończonych”. Journal of Materials Processing Technology . 55 (3–4): 254–260. doi : 10.1016/0924-0136(95)02015-2 .


Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Computer-aided_manufacturing&oldid=1141064460 ”