Автоматическое производство - Computer-aided manufacturing

CAD-модель и ЧПУ обработанная деталь

Автоматическое производство (CAM) также известен как Компьютерное моделирование или Компьютерная обработка[1][2][3] использование программного обеспечения для управления станками и связанными с ними станками при производстве деталей.[4][5][6][7][8] Это не единственное определение CAM, но оно является наиболее распространенным;[4] CAM может также относиться к использованию компьютера для помощи во всех операциях производственного предприятия, включая планирование, управление, транспортировку и хранение.[9][10] Его основная цель состоит в том, чтобы ускорить производственный процесс, компоненты и инструменты с более точными размерами и однородностью материала, что в некоторых случаях использует только необходимое количество сырья (таким образом минимизируя отходы), одновременно снижая потребление энергии.[нужна цитата ]CAM теперь является системой, используемой в школах и в низших образовательных целях. CAM - это последующий компьютерный процесс после системы автоматизированного проектирования (CAD) и иногда компьютерная инженерия (CAE), поскольку модель, созданная в CAD и проверенная в CAE, может быть введена в программное обеспечение CAM, которое затем управляет станком. CAM используется во многих школах наряду с автоматизированным проектированием (CAD) для создания объектов.

Обзор

Смотрите также: Печатная плата § PCB CAM
Хромкобальтовый диск с коронками для зубные имплантаты, изготовленные с использованием WorkNC CAM

Традиционно CAM считался числовое управление (NC) инструмент программирования, в котором двухмерные (2-D) или трехмерные (3-D) модели компонентов генерируются в CAD. Как и в случае с другими компьютерными технологиями, CAM не исключает необходимости в квалифицированных специалистах, таких как инженеры-технологи, Программисты ЧПУ или машинисты. CAM использует как ценность наиболее квалифицированных профессионалов производства с помощью передовых инструментов повышения производительности, так и формирует навыки новых профессионалов с помощью инструментов визуализации, моделирования и оптимизации.

История

Первые коммерческие применения CAM были в крупных компаниях автомобильной и аэрокосмической промышленности; Например, Пьер Безье работа над приложением CAD / CAM УНИСУРФ в 1960-х годах для проектирования кузовов автомобилей и оснастки на Renault.[11] Александр Хаммер из компании DeLaval Steam Turbine Company изобрел метод постепенного сверления лопаток турбины из цельного металлического блока с помощью сверла, управляемого устройством считывания перфокарт, в 1950 году.

Исторически считалось, что программное обеспечение CAM имеет несколько недостатков, которые требовали слишком высокого уровня участия квалифицированных специалистов. ЧПУ машинисты. Фэллоуз создал первое программное обеспечение САПР, но оно имело серьезные недостатки и было быстро возвращено в стадию разработки.[нужна цитата ] Программное обеспечение CAM будет выводить код для наименее способной машины, поскольку каждый элемент управления станком добавляется к стандарту. G-код набор для повышенной гибкости. В некоторых случаях, например, при неправильной настройке программного обеспечения CAM или определенных инструментов, станок с ЧПУ требовал ручного редактирования, прежде чем программа заработала должным образом. Ни одна из этих проблем не была настолько непреодолимой, что вдумчивый инженер или опытный оператор станка не мог бы преодолеть при создании прототипов или небольших производственных циклах; G-Code - простой язык. В цехах с высокой производительностью или высокой точностью возникал другой набор проблем, когда опытному станочнику с ЧПУ приходилось вручную кодировать программы и запускать программное обеспечение CAM.

Интеграция CAD с другими компонентами CAD / CAM / CAE Управление жизненным циклом продукта (PLM) среда требует эффективного Обмен данными САПР. Обычно приходилось заставлять оператора САПР экспортировать данные в один из распространенных форматов данных, например IGES или STL или Parasolid форматы, которые поддерживаются широким спектром программного обеспечения. Выходные данные программного обеспечения CAM обычно представляют собой простой текстовый файл с G-кодом / M-кодами, иногда длиной в несколько тысяч команд, который затем передается в станок с помощью прямое числовое управление (DNC) или в современных контроллерах, использующих общий USB Устройство хранения.

Пакеты CAM не могли и до сих пор не могут рассуждать, как машинист. Они не могли оптимизировать траектории инструмента до степени, необходимой для массовое производство. Пользователи могут выбрать тип инструмента, процесс обработки и используемые траектории. Хотя инженер может иметь практические знания в области программирования G-кода, небольшие проблемы оптимизации и износа со временем усугубляются. Серийно производимые изделия, требующие механической обработки, часто изначально создаются путем литья или каким-либо другим немашинным методом. Это обеспечивает возможность написания короткого и оптимизированного G-кода вручную, который невозможно создать в пакете CAM.

По крайней мере, в Соединенных Штатах существует нехватка молодых, квалифицированных машинистов, попадающих на рынок труда, способных работать в экстремальных производственных условиях; высокая точность и массовое производство.[12][13] По мере того как программное обеспечение и станки CAM становятся более сложными, навыки, необходимые для машиниста или оператора станка, повышаются, чтобы приблизиться к навыкам компьютерного программиста и инженера, вместо того, чтобы исключать машиниста с ЧПУ из рабочей силы.

Типичные проблемы, вызывающие беспокойство
  • Высокоскоростная обработка, включая оптимизацию траекторий движения инструмента
  • Многофункциональная обработка
  • 5-осевая обработка
  • Распознавание функций и обработка
  • Автоматизация процессов обработки
  • Легкость использования

Преодоление исторических недостатков

Со временем исторические недостатки CAM устраняются как поставщиками нишевых решений, так и поставщиками высокотехнологичных решений. Это происходит в основном на трех аренах:

  1. Легкость использования
  2. Сложность изготовления
  3. Интеграция с PLM и расширенное предприятие[14]
Легкость использования
Для пользователя, который только начинает работать в качестве пользователя CAM, готовые к работе возможности, включая мастера процессов, шаблоны, библиотеки, комплекты станков, автоматизированную обработку на основе функций и настраиваемые пользовательские интерфейсы для конкретных рабочих функций, повышают уверенность пользователя и ускоряют процесс кривая обучения.
Уверенность пользователей дополнительно повышается благодаря 3D-визуализации за счет более тесной интеграции со средой 3D CAD, включая моделирование и оптимизацию без ошибок.
Сложность изготовления
Производственная среда становится все более сложной. Потребность в инструментах CAM и PLM для инженера-технолога, программиста ЧПУ или машиниста аналогична потребности в компьютерной помощи пилота современных систем самолета. Без этой помощи современную технику невозможно использовать должным образом.
Современные CAM-системы поддерживают весь спектр станков, включая: превращение, 5-осевая обработка, струя воды, лазер / плазменная резка, и проволока EDM. Сегодняшний пользователь CAM может легко создавать оптимизированные траектории движения инструмента, оптимизировать наклон оси инструмента для более высоких скоростей подачи, увеличения срока службы инструмента и качества поверхности, а также идеальной глубины резания. В дополнение к программированию операций резки, современное программное обеспечение CAM может дополнительно управлять операциями без резки, такими как зондирование станка.
Интеграция с PLM и расширенным enterpriseLM для интеграции производства с операциями предприятия от концепции до полевой поддержки готового продукта.
Чтобы обеспечить простоту использования в соответствии с задачами пользователя, современные решения CAM масштабируются от автономной системы CAM до полностью интегрированного набора трехмерных решений с несколькими САПР. Эти решения созданы для полного удовлетворения потребностей производственного персонала, включая планирование деталей, производственную документацию, управление ресурсами, а также управление данными и обмен ими. Чтобы эти решения не содержали подробной информации об инструменте, специальный управление инструментом

Процесс обработки

Большая часть обработки проходит через много этапов,[15] каждая из которых реализуется множеством базовых и сложных стратегий в зависимости от конструкции детали, материала и доступного программного обеспечения.

Черновая обработка
Этот процесс обычно начинается с сырья, известного как заготовка, или грубая отливка, которую станок с ЧПУ вырезает примерно по форме окончательной модели, игнорируя мелкие детали. При фрезеровании результат часто выглядит как террасы или шаги, потому что стратегия сделала несколько «шагов» вниз по детали при удалении материала. Это позволяет максимально использовать возможности машины, разрезая материал по горизонтали. Распространенными стратегиями являются зигзагообразная очистка, очистка со смещением, черновая обработка врезанием, черновая обработка остаточной обработки и трохоидальное фрезерование (адаптивная очистка). Цель на этом этапе - удалить как можно больше материала за минимальное время, не заботясь об общей точности размеров. При черновой обработке детали специально оставляется небольшое количество лишнего материала для удаления в последующих операциях чистовой обработки.
Полуфабрикат
Этот процесс начинается с шероховатой детали, которая неравномерно приближается к модели и разрезается с точностью до фиксированного расстояния смещения от модели. Получистовой проход должен оставлять небольшое количество материала (так называемый гребешок), чтобы инструмент мог резать точно, но не настолько, чтобы инструмент и материал отклонялись от режущих поверхностей.[16] Общие стратегии растровые проходы, ватерлинии, постоянные переходы, карандашное фрезерование.
Отделка
Отделка включает в себя множество мелких этапов прохождения света через материал для получения готовой детали. При чистовой обработке детали шаги между проходами минимальны, чтобы предотвратить прогиб инструмента и возврат материала в исходное положение. Чтобы уменьшить боковую нагрузку на инструмент, зацепление инструмента уменьшается, в то время как скорости подачи и скорости шпинделя обычно увеличиваются, чтобы поддерживать заданную скорость резания (SFM). Небольшая стружка при высоких подачах и оборотах часто называется высокоскоростной обработкой (HSM), что позволяет сократить время обработки с высоким качеством результатов.[17] Результатом этих легких проходов является высокоточная деталь с равномерно высоким чистота поверхности. Помимо изменения скорости и подачи, у станков часто есть специальные концевые фрезы для чистовой обработки, которые никогда не использовались в качестве концевых фрез для черновой обработки. Это сделано для защиты концевой фрезы от стружки и дефектов на режущей поверхности, которые могут оставить полосы и дефекты на готовой детали.
Контурное фрезерование
При фрезеровании на оборудовании с четырьмя и более осями может выполняться отдельный процесс чистовой обработки, называемый контурной обработкой. Вместо того, чтобы уменьшаться с мелкими шагами для приближения к поверхности, обрабатываемая деталь поворачивается так, чтобы режущие поверхности инструмента касались идеальных элементов детали. Это обеспечивает отличную отделку поверхности с высокой точностью размеров. Этот процесс обычно используется для обработки сложных органических форм, таких как лопатки турбины и крыльчатки, которые из-за их сложных кривых и геометрии перекрытия невозможно обрабатывать только на трехосевых станках.[18]

Программное обеспечение: крупные производители

Смотрите также: Список CAM-компаний и Категория: Программное обеспечение для автоматизированного производства
Информацию о программном обеспечении 3D CAM для персональных 3D-принтеров см. 3D_printing § Печать.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Mörmann, W. H .; Биндл, А. (2002). «Цельнокерамические реставрации со стороны кресла, автоматизированное проектирование / компьютерная обработка». Стоматологические клиники Северной Америки. 46 (2): 405–26, viii. Дои:10.1016 / S0011-8532 (01) 00007-6. PMID  12014040.
  2. ^ «Способ и аппарат для автоматизированной обработки». 16 сентября 1997 г.
  3. ^ Yong, Loong Tee; Мой, Питер К. (2008). «Осложнения при установке хирургического имплантата с помощью компьютерного дизайна / компьютерной обработки (NobelGuide ™): оценка ранних клинических результатов». Клиническая стоматология и исследования в этой области. 10 (3): 123–127. Дои:10.1111 / j.1708-8208.2007.00082.x. PMID  18241215.
  4. ^ а б Конгресс США, Управление оценки технологий (1984). Компьютеризированная автоматизация производства. Издательство ДИАНА. п. 48. ISBN  978-1-4289-2364-5.
  5. ^ Хоскинг, Дайан Мари; Андерсон, Нил (1992), Организационные изменения и инновации, Тейлор и Фрэнсис, стр. 240, ISBN  978-0-415-06314-2
  6. ^ Дейнтит, Джон (2004). Словарь вычислений (5-е изд.). Издательство Оксфордского университета. п. 102. ISBN  978-0-19-860877-6.
  7. ^ Крейт, Франк (1998). Справочник по машиностроению CRC. CRC Press. п. 15-1. ISBN  978-0-8493-9418-8.
  8. ^ Мэтьюз, Клиффорд (2005). Книга данных авиационного инженера (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. п. 229. ISBN  978-0-7506-5125-7.
  9. ^ Пихлер, Франц; Морено-Диас, Роберто (1992). Теория автоматизированных систем. Springer. п. 602. ISBN  978-3-540-55354-0.
  10. ^ Бутройд, Джеффри; Найт, Уинстон Энтони (2006). Основы механообработки и станков (3-е изд.). CRC Press. п. 401. ISBN  978-1-57444-659-3.
  11. ^ Доккен, Тор. «История САПР». САГА-проект. Архивировано из оригинал 2 ноября 2012 г.. Получено 17 мая 2012.
  12. ^ Джошуа Райт. Forbes. 7 марта 2013 г. https://www.forbes.com/sites/emsi/2013/03/07/americas-skilled-trades-dilemma-shortages-loom-as-most-in-demand-group-of-workers-ages/
  13. ^ Хагерти, Джеймс Р. (10.06.2013). "Требуется помощь. Многое". Wall Street Journal. ISSN  0099-9660. Получено 2018-06-02.
  14. ^ Гопи (01.01.2010). Базовое гражданское строительство. Pearson Education India. ISBN  9788131729885.
  15. ^ Стратегии траекторий CAM. Поваренная книга ЧПУ. Проверено 17 января 2012.
  16. ^ Агравал, Раджниш Кумар; Pratihar, D.K .; Рой Чоудхури, А. (июнь 2006 г.). «Оптимизация обработки поверхностей произвольной формы с ЧПУ с использованием генетического алгоритма». Международный журнал станков и производства. 46 (7–8): 811–819. Дои:10.1016 / j.ijmachtools.2005.07.028.
  17. ^ Пасько, Рафаль (1999). «ВЫСОКОСКОРОСТНАЯ ОБРАБОТКА (HSM) - ЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ СОВРЕМЕННОЙ РЕЗКИ» (PDF). Международный семинар CA Systems and Technologies.
  18. ^ Гомеш, Джефферсон де Оливейра; Алмейда младший, Адельсон Рибейро де; Силва, Алекс Сандро де Араужо; Соуза, Гильерме Оливейра де; Нуньес, Acson Machado (сентябрь 2010 г.). «Оценка динамического поведения 5-осевого HSC при фрезеровании лезвий из TiAl6V4». Журнал Бразильского общества механических наук и инженерии. 32 (3): 208–217. Дои:10.1590 / S1678-58782010000300003.

дальнейшее чтение

  • Yong, Loong Tee; Мой, Питер К. (сентябрь 2008 г.). «Осложнения при установке хирургического имплантата с помощью компьютерного дизайна / компьютерной обработки (NobelGuide ™): оценка ранних клинических результатов». Клиническая стоматология и исследования в этой области. 10 (3): 123–127. Дои:10.1111 / j.1708-8208.2007.00082.x. PMID  18241215.
  • https://patents.google.com/patent/US5933353A/en
  • Amin, S.G .; Ahmed, M.H.M .; Юссеф, Х.А. (Декабрь 1995 г.). «Компьютерное проектирование акустических рупоров для ультразвуковой обработки с использованием конечно-элементного анализа». Журнал технологий обработки материалов. 55 (3–4): 254–260. Дои:10.1016/0924-0136(95)02015-2.


внешние ссылки