stringtranslate.com

Автоматическое производство

Модель CAD и деталь, обработанная на станке с ЧПУ.

Компьютерное производство ( CAM ), также известное как компьютерное моделирование или компьютерная обработка [1] [2] [3], представляет собой использование программного обеспечения для управления станками при производстве заготовок. [4] [5] [6] [7] [8] Это не единственное определение CAM, но оно является наиболее распространенным. [4] Это также может относиться к использованию компьютера для оказания помощи во всех операциях производственного предприятия , включая планирование, управление , транспортировку и хранение. [9] [10] Его основная цель — создать более быстрый производственный процесс , а также компоненты и инструменты с более точными размерами и консистенцией материала, что в некоторых случаях использует только необходимое количество сырья (таким образом сводя к минимуму отходы), одновременно сокращая потребление энергии. [ нужна цитация ] CAM теперь является системой, используемой в школах и в целях низшего образования. [ где? ] CAM — это последующий компьютерный процесс после автоматизированного проектирования (CAD), а иногда и компьютерного проектирования (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 CAD для создания объектов.

Обзор

Хром-кобальтовый диск с коронками для зубных имплантатов , изготовленный с использованием WorkNC CAM

Традиционно CAM представлял собой инструмент программирования с числовым программным управлением (NC), в котором двумерные (2-D) или трехмерные (3-D) модели компонентов создаются в CAD . Как и другие «компьютерные» технологии, CAM не устраняет необходимость в квалифицированных специалистах, таких как инженеры-технологи , программисты ЧПУ или машинисты . CAM использует преимущества самых квалифицированных специалистов в области производства с помощью передовых инструментов повышения производительности, а также развивает навыки новых специалистов с помощью инструментов визуализации, моделирования и оптимизации.

Инструмент CAM обычно преобразует модель в язык, который понимает целевая машина, обычно G-код . Числовое управление может быть применено к обрабатывающим инструментам или, с недавних пор, к 3D-принтерам.

История

Первые коммерческие применения CAM применялись в крупных компаниях автомобильной и аэрокосмической промышленности; например, Пьер Безье в 1960-х годах работал над разработкой приложения CAD/CAM UNISURF для проектирования кузовов автомобилей и оснастки в Renault . [11] Александр Хаммер из компании DeLaval Steam Turbine Company в 1950 году изобрел метод постепенного высверливания лопаток турбины из цельного металлического блока с помощью сверла, управляемого устройством считывания перфокарт. В 1956 году компания Boeing впервые приобрела станки с ЧПУ, изготовленные такими компаниями, как как Кирни и Трекер , Стромберг-Карлсон и Томпсон Рамо Уолдридж . [12]

Исторически сложилось так, что программное обеспечение CAM имело ряд недостатков, которые требовали слишком высокого уровня участия квалифицированных станков с ЧПУ . Фэллоуз создал первое программное обеспечение САПР, но оно имело серьезные недостатки и было быстро возвращено на стадию разработки. [ нужна цитация ] Программное обеспечение CAM выводит код для наименее способного станка, поскольку каждый элемент управления станком добавляется к стандартному набору G-кодов для повышения гибкости. В некоторых случаях, например, при неправильной настройке программного обеспечения CAM или определенных инструментов, на станке с ЧПУ требовалось ручное редактирование, прежде чем программа заработает должным образом. Ни одна из этих проблем не была настолько непреодолимой, которую не мог бы преодолеть вдумчивый инженер или опытный оператор станка при создании прототипов или небольших объемах производства; G-Code — простой язык. В высокопроизводительных или высокоточных цехах возникал другой набор проблем, когда опытному станку с ЧПУ приходилось одновременно писать программы и запускать программное обеспечение CAM.

Интеграция CAD с другими компонентами среды CAD/CAM/CAE для управления жизненным циклом продукта (PLM) требует эффективного обмена данными CAD . Обычно приходилось заставлять оператора САПР экспортировать данные в один из распространенных форматов данных, таких как IGES , STL или форматы Parasolid , которые поддерживаются широким спектром программного обеспечения. Выходные данные программного обеспечения CAM обычно представляют собой простой текстовый файл G-кода/M-кода, иногда длиной в несколько тысяч команд, который затем передается на станок с помощью программы прямого числового управления (DNC) или в современные контроллеры с использованием обычное USB- устройство хранения данных.

Пакеты CAM не могли и до сих пор не могут рассуждать так, как это может делать машинист. Они не могли оптимизировать траектории инструмента в той степени, в которой это необходимо для массового производства . Пользователи могли выбирать тип инструмента, процесс обработки и траектории, которые будут использоваться. Хотя инженер может иметь практические знания программирования G-кода, небольшие проблемы с оптимизацией и износом со временем усугубляются. Массовые изделия, требующие механической обработки, часто изначально создаются методом литья или каким-либо другим немашинным методом. Это позволяет писать рукописный, короткий и высокооптимизированный G-код, который невозможно создать в пакете CAM.

По крайней мере, в Соединённых Штатах наблюдается нехватка молодых, квалифицированных машинистов, входящих в состав рабочей силы, способных работать в экстремальных условиях производства; высокая точность и массовое производство. [13] [14] Поскольку программное обеспечение CAM и станки становятся более сложными, навыки, необходимые для машиниста или оператора станка, приближаются к навыкам программиста и инженера, а не исключают станочника с ЧПУ из рабочей силы.

Типичные проблемные области

Преодоление исторических недостатков

Со временем исторические недостатки CAM смягчаются как поставщиками нишевых решений, так и поставщиками высококачественных решений. Это происходит главным образом в трех сферах:

  1. Простота использования
  2. Сложность изготовления
  3. Интеграция с PLM и расширенным предприятием [15]
Легкость в использовании
Для пользователя, который только начинает работать с CAM, готовые возможности, предоставляющие мастера процессов, шаблоны, библиотеки, комплекты станков, автоматизированную обработку на основе функций и настраиваемые пользовательские интерфейсы для конкретных функций работы, повышают уверенность пользователя и ускоряют работу. кривая обучения.
Доверие пользователей дополнительно повышается за счет 3D-визуализации за счет более тесной интеграции со средой 3D CAD, включая моделирование и оптимизацию, позволяющие избежать ошибок.
Сложность изготовления
Производственная среда становится все более сложной. Потребность инженера-технолога, программиста ЧПУ или машиниста в инструментах CAM и PLM аналогична потребности в компьютерной помощи пилота современных авиационных систем. Без этой помощи современное оборудование невозможно правильно использовать.
Сегодняшние CAM-системы поддерживают весь спектр станков, включая токарную , 5-осевую обработку , гидроабразивную , лазерную / плазменную резку и проволочную электроэрозионную обработку . Современный пользователь CAM может легко создавать оптимизированные траектории движения инструмента, оптимизированный наклон оси инструмента для более высоких скоростей подачи, увеличения стойкости инструмента и качества поверхности, а также идеальной глубины резания. Помимо программирования операций резки, современное программное обеспечение CAM может дополнительно управлять нережущими операциями, такими как измерение станков .
Интеграция с PLM и расширенным корпоративным LM для интеграции производства с операциями предприятия от концепции до поддержки готового продукта на местах.
Чтобы обеспечить простоту использования, соответствующую целям пользователя, современные CAM-решения масштабируются от автономной CAM-системы до полностью интегрированного набора 3D-решений с несколькими CAD-решениями. Эти решения созданы для удовлетворения всех 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, существует специальное управление инструментами.

Процесс обработки

Большая часть механической обработки проходит через множество этапов, [16] каждый из которых реализуется с помощью различных базовых и сложных стратегий, в зависимости от конструкции детали, материала и доступного программного обеспечения.

Черновая обработка
Этот процесс обычно начинается с необработанного материала, известного как заготовка , или черновой отливки, которую станок с ЧПУ грубо вырезает по форме окончательной модели, игнорируя мелкие детали. При фрезеровании результат часто выглядит как террасы или ступеньки, поскольку стратегия предполагает несколько «шагов» вниз по детали при удалении материала. При этом максимально эффективно используются возможности машины при горизонтальной резке материала. Распространенными стратегиями являются зигзагообразная зачистка, зачистка со смещением, черновая врезная обработка, черновая доработка и трохоидальное фрезерование (адаптивная очистка). Цель на этом этапе — удалить как можно больше материала за наименьшее время, не беспокоясь об общей точности размеров. При черновой обработке детали намеренно остается небольшое количество дополнительного материала, который будет удален при последующих операциях чистовой обработки.
Получистовая обработка
Этот процесс начинается с черновой обработки детали, которая неравномерно аппроксимирует модель и режется с точностью до фиксированного смещения от модели. Получистовой проход должен оставить небольшое количество материала (называемое гребешком), чтобы инструмент мог резать точно, но не настолько мало, чтобы инструмент и материал отклонялись от режущих поверхностей. [17] Распространенными стратегиями являются растровые проходы , проходы по ватерлинии, проходы с постоянным перешагиванием, карандашное фрезерование .
Отделка
Финишная обработка включает в себя множество проходов света по материалу мелкими шагами для получения готовой детали. При чистовой обработке детали шаги между проходами минимальны, чтобы предотвратить отклонение инструмента и пружинение материала. Чтобы уменьшить боковую нагрузку на инструмент, зацепление инструмента уменьшается, а скорости подачи и скорости шпинделя обычно увеличиваются, чтобы поддерживать целевую скорость резания (SFM). Небольшая нагрузка стружкой при высокой подаче и частоте вращения часто называется высокоскоростной обработкой (HSM) и может обеспечить быстрое время обработки с высококачественными результатами. [18] Результатом этих более легких проходов является высокоточная деталь с равномерным качеством поверхности . Помимо изменения скорости и подачи, станочники часто используют специальные концевые фрезы для чистовой обработки, которые никогда не использовались в качестве концевых фрез для черновой обработки. Это делается для защиты концевой фрезы от образования сколов и дефектов на режущей поверхности, которые могут оставить полосы и дефекты на готовой детали.
Контурное фрезерование
При фрезеровании на оборудовании с осями поворотного стола и/или поворотной головки можно выполнить отдельный процесс чистовой обработки, называемый контурной обработкой. Вместо того, чтобы постепенно уменьшать детали для аппроксимации поверхности, заготовка или инструмент вращается так, чтобы режущие поверхности инструмента касались идеальных элементов детали. Это обеспечивает превосходное качество поверхности с высокой точностью размеров. Этот процесс обычно используется для обработки сложных органических форм, таких как лопатки турбин и рабочих колес, которые из-за их сложных кривых и перекрывающейся геометрии невозможно обработать только на трехосных станках. [19]

Программное обеспечение: крупные вендоры

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Мёрманн, WH; Биндл, А. (2002). «Цельнокерамические реставрации, автоматизированное проектирование и компьютерная обработка со стороны кресла». Стоматологические клиники Северной Америки . 46 (2): 405–26, viii. дои : 10.1016/S0011-8532(01)00007-6. ПМИД  12014040.
  2. ^ «Способ и устройство для компьютерной обработки». 16 сентября 1997 г.
  3. ^ Ён, Лунг Ти; Мой, Питер К. (2008). «Осложнения хирургической установки имплантата с помощью компьютерного проектирования/компьютерной обработки (NobelGuide™): оценка ранних клинических результатов». Клиническая имплантологическая стоматология и связанные с ней исследования . 10 (3): 123–127. дои : 10.1111/j.1708-8208.2007.00082.x. ПМИД  18241215.
  4. ^ ab Конгресс США , Управление по оценке технологий (1984). Компьютеризированная автоматизация производства. Издательство Диана. п. 48. ИСБН 978-1-4289-2364-5.
  5. ^ Хоскинг, Дайан Мари; Андерсон, Нил (1992), Организационные изменения и инновации, Тейлор и Фрэнсис, с. 240, ISBN 978-0-415-06314-2
  6. ^ Дэйнтит, Джон (2004). Словарь вычислений (5-е изд.). Издательство Оксфордского университета. п. 102. ИСБН 978-0-19-860877-6.
  7. ^ Крейт, Фрэнк (1998). Справочник CRC по машиностроению. ЦРК Пресс. п. 15-1. ISBN 978-0-8493-9418-8.
  8. ^ Мэтьюз, Клиффорд (2005). Справочник авиационного инженера (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. п. 229. ИСБН 978-0-7506-5125-7.
  9. ^ Пихлер, Франц; Морено-Диас, Роберто (1992). Теория компьютерных систем. Спрингер. п. 602. ИСБН 978-3-540-55354-0.
  10. ^ Бутройд, Джеффри; Найт, Уинстон Энтони (2006). Основы механической обработки и станков (3-е изд.). ЦРК Пресс. п. 401. ИСБН 978-1-57444-659-3.
  11. ^ Доккен, Тор. «История САПР». Проект САГА. Архивировано из оригинала 2 ноября 2012 года . Проверено 17 мая 2012 г.
  12. ^ Сандерс, Норман. «Возможное первое использование CAM/CAD». Хэл Портал Инрия . Проверено 30 октября 2023 г.
  13. ^ Райт, Джошуа. «Дилемма квалифицированных профессий в Америке: дефицит рабочей силы вырисовывается по мере старения наиболее востребованной группы работников». Форбс . Проверено 14 апреля 2023 г.
  14. ^ Хагерти, Джеймс Р. (10 июня 2013 г.). «Требуется помощь. Очень много». Уолл Стрит Джорнал . ISSN  0099-9660 . Проверено 2 июня 2018 г.
  15. ^ Гопи (01.01.2010). Базовое гражданское строительство. Пирсон Образовательная Индия. ISBN 9788131729885.
  16. ^ Стратегии траектории CAM. Поваренная книга ЧПУ. Проверено 17 января 2012 г.
  17. ^ Агравал, Раджниш Кумар; Пратихар, Дания; Рой Чоудхури, А. (июнь 2006 г.). «Оптимизация обработки поверхностей свободной формы изогребешков с ЧПУ с использованием генетического алгоритма». Международный журнал станков и производства . 46 (7–8): 811–819. doi : 10.1016/j.ijmachtools.2005.07.028.
  18. ^ Пасько, Рафаль (1999). «ВЫСОКОСКОРОСТНАЯ ОБРАБОТКА (HSM) – ЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ СОВРЕМЕННОЙ РЕЗКИ» (PDF) . Международный семинар CA Systems and Technologies . Архивировано из оригинала (PDF) 23 ноября 2018 г. Проверено 2 июня 2018 г.
  19. ^ Гомес, Джефферсон де Оливейра; Алмейда-младший, Адельсон Рибейро де; Сильва, Алекс Сандро де Араужо; Соуза, Гильерме Оливейра де; Нуньес, Аксон Мачадо (сентябрь 2010 г.). «Оценка динамического поведения 5-осевого HSC при фрезеровании лезвий TiAl6V4». Журнал Бразильского общества механических наук и инженерии . 32 (3): 208–217. дои : 10.1590/S1678-58782010000300003 .

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме автоматизированного производства (CAM) .