stringtranslate.com

Автоматизированное производство

Модель САПР и деталь, обработанная на станке с ЧПУ

Автоматизированное производство ( CAM ), также известное как компьютерное моделирование или компьютерная обработка [1] [2] [3] — это использование программного обеспечения для управления станками при изготовлении заготовок. [4] [5] [6] [7] [8] Это не единственное определение CAM, но оно наиболее распространено. [4] Оно также может относиться к использованию компьютера для помощи во всех операциях производственного предприятия , включая планирование, управление , транспортировку и хранение. [9] [10] Его основная цель — создание более быстрого производственного процесса , а также компонентов и инструментов с более точными размерами и однородностью материалов, что в некоторых случаях позволяет использовать только необходимое количество сырья (тем самым минимизируя отходы) и одновременно снижая потребление энергии. [ требуется ссылка ] CAM в настоящее время является системой, используемой в школах и в начальных образовательных учреждениях. [ где? ] CAM — это последующий автоматизированный процесс после автоматизированного проектирования (CAD) и иногда автоматизированного 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

Диск хром-кобальтовый с коронками для дентальных имплантатов , изготовленный с использованием WorkNC CAM

Традиционно CAM был программным инструментом числового программного управления (ЧПУ), в котором двумерные (2-D) или трехмерные (3-D) модели компонентов генерируются в CAD . Как и другие «компьютерные» технологии, CAM не устраняет необходимость в квалифицированных специалистах, таких как инженеры-технологи , программисты ЧПУ или машинисты . CAM использует как ценность наиболее квалифицированных специалистов в области производства с помощью передовых инструментов повышения производительности, так и навыки новых специалистов с помощью инструментов визуализации, моделирования и оптимизации.

Инструмент CAM обычно преобразует модель в язык, который понимает целевая машина, как правило, G-код . Числовое управление может применяться к обрабатывающим инструментам или, в последнее время, к 3D-принтерам.

История

Ранние коммерческие применения CAM были в крупных компаниях в автомобильной и аэрокосмической промышленности; например, Пьер Безье работал над разработкой приложения CAD/CAM UNISURF в 1960-х годах для проектирования кузовов автомобилей и оснастки в Renault . [11] Александр Хаммер из DeLaval Steam Turbine Company изобрел технологию постепенного сверления лопаток турбин из цельного металлического блока металла с помощью сверла, управляемого считывателем перфокарт, в 1950 году. Boeing впервые приобрела станки с ЧПУ в 1956 году, произведенные такими компаниями, как Kearney and Trecker , Stromberg-Carlson и Thompson Ramo Waldridge . [12]

Исторически сложилось так, что программное обеспечение CAM имело несколько недостатков, которые требовали чрезмерно высокого уровня участия опытных операторов станков с ЧПУ . Фэллоуз создал первое программное обеспечение CAD, но оно имело серьезные недостатки и было быстро возвращено на стадию разработки. [ необходима цитата ] Программное обеспечение CAM выводило код для наименее производительного станка, поскольку каждое управление станком добавлялось к стандартному набору G-кодов для повышения гибкости. В некоторых случаях, таких как неправильная настройка 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, чтобы вдумчивый инженер или опытный оператор станка не смог ее преодолеть для создания прототипов или небольших производственных партий; G-код — это простой язык. В цехах с высоким производством или высокой точностью возникал другой набор проблем, когда опытный оператор станков с ЧПУ должен был как вручную кодировать программы, так и запускать программное обеспечение CAM.

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

Пакеты CAM не могли и до сих пор не могут рассуждать так, как может машинист. Они не могли оптимизировать траектории инструмента в той степени, которая требуется для массового производства . Пользователи выбирали бы тип инструмента, процесс обработки и траектории, которые будут использоваться. Хотя инженер может иметь практические знания программирования G-кода, небольшие проблемы оптимизации и износа со временем усугубляются. Изделия массового производства, требующие обработки на станке, часто изначально создаются путем литья или каким-либо другим немашинным методом. Это позволяет писать вручную, коротко и высокооптимизированный G-код, который невозможно создать в пакете CAM.

По крайней мере, в Соединенных Штатах наблюдается нехватка молодых, квалифицированных станочников, поступающих на работу и способных выполнять экстремальные задачи в производстве: высокоточное и массовое производство. [13] [14] По мере того, как программное обеспечение CAM и машины становятся все более сложными, навыки, требуемые от станочника или оператора станка, приближаются к навыкам программиста и инженера, а не исключают из рабочей силы станочника с ЧПУ.

Типичные области, вызывающие беспокойство

Преодоление исторических недостатков

Со временем исторические недостатки CAM смягчаются как поставщиками нишевых решений, так и поставщиками высококлассных решений. Это происходит в основном в трех областях:

  1. Простота использования
  2. Сложность производства
  3. Интеграция с PLM и расширенным предприятием [15]
Простота использования
Для пользователя, который только начинает работать с CAM-системами, готовые возможности, включающие мастеры процессов, шаблоны, библиотеки, наборы станочных инструментов, автоматизированную обработку на основе функций и настраиваемые пользовательские интерфейсы для конкретных рабочих функций, повышают уверенность пользователя и ускоряют процесс обучения.
Доверие пользователей к 3D-визуализации еще больше укрепляется за счет более тесной интеграции со средой 3D CAD, включая моделирование и оптимизацию, позволяющие избежать ошибок.
Сложность производства
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 авиационных систем. Современное оборудование не может быть правильно использовано без этой помощи.
Современные CAM-системы поддерживают весь спектр станков, включая: токарную обработку , 5-осевую обработку , гидроабразивную резку , лазерную / плазменную резку и электроэрозионную обработку проволокой . Сегодняшний пользователь CAM может легко генерировать оптимизированные траектории инструмента, оптимизированный наклон оси инструмента для более высоких скоростей подачи, лучшего срока службы инструмента и качества поверхности, а также идеальной глубины резки. Помимо программирования операций резки, современное программное обеспечение CAM может дополнительно управлять нережущими операциями, такими как зондирование станка .
Интеграция с PLM и расширенной корпоративной системой управления жизненным циклом для интеграции производства с операциями предприятия от концепции до поддержки готового продукта на месте.
Для обеспечения простоты использования, соответствующей целям пользователя, современные CAM-решения масштабируются от автономной CAM-системы до полностью интегрированного набора многофункциональных CAD-решений 3D. Эти решения созданы для удовлетворения всех потребностей производственного персонала, включая планирование деталей, документацию цеха, управление ресурсами, управление данными и обмен ими. Чтобы предотвратить эти решения от подробной информации об инструменте, специальное управление инструментом

Процесс обработки

Большая часть 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 заготовки, известной как заготовка , или грубой отливки, которую станок с ЧПУ грубо режет по форме окончательной модели, игнорируя мелкие детали. При фрезеровании результат часто дает вид террас или ступеней, потому что стратегия сделала несколько «шагов» вниз по детали, удаляя материал. Это позволяет максимально использовать возможности станка, разрезая материал горизонтально. Распространенными стратегиями являются зигзагообразная очистка, офсетная очистка, черновая врезка, остаточная черновая обработка и трохоидальная фрезеровка (адаптивная очистка). Цель на этом этапе — удалить как можно больше материала за наименьшее время, не особо заботясь об общей точности размеров. При черновой обработке детали намеренно оставляется небольшое количество дополнительного материала для удаления в последующих операциях отделки.
Получистовая обработка
Этот процесс начинается с грубой детали, которая неравномерно приближается к модели и режет в пределах фиксированного расстояния смещения от модели. Получистовой проход должен оставлять небольшое количество материала (называемое гребешком), чтобы инструмент мог резать точно, но не настолько мало, чтобы инструмент и материал отклонялись от режущих поверхностей. [17] Обычные стратегии — это растровые проходы , проходы по ватерлинии, проходы с постоянным шагом, карандашное фрезерование .
Отделка
Отделка включает в себя множество легких проходов по материалу мелкими шагами для получения готовой детали. При отделке детали шаги между проходами минимальны, чтобы предотвратить отклонение инструмента и пружинение материала. Чтобы уменьшить боковую нагрузку на инструмент, зацепление инструмента уменьшается, в то время как скорости подачи и скорости шпинделя, как правило, увеличиваются, чтобы поддерживать целевую скорость поверхности (SFM). Небольшая нагрузка стружки при высокой подаче и частоте вращения часто называется высокоскоростной обработкой (HSM) и может обеспечить быстрое время обработки с высококачественными результатами. [18] Результатом этих легких проходов является высокоточная деталь с равномерно высокой чистотой поверхности . В дополнение к изменению скоростей и подач, станочники часто используют специальные концевые фрезы для финишной обработки, которые никогда не используются в качестве черновых концевых фрез. Это делается для защиты концевой фрезы от образования сколов и дефектов на поверхности резания, которые могут оставить полосы и пятна на готовой детали.
Контурное фрезерование
При фрезеровании оборудования с поворотным столом и/или поворотными осями головки может быть выполнен отдельный процесс отделки, называемый контурированием. Вместо того, чтобы пошагово понижать мелкозернистые приращения для аппроксимации поверхности, заготовка или инструмент вращаются, чтобы сделать режущие поверхности инструмента касательными к идеальным особенностям детали. Это обеспечивает превосходную отделку поверхности с высокой точностью размеров. Этот процесс обычно используется для обработки сложных органических форм, таких как турбинные и импеллерные лопатки, которые из-за их сложных кривых и перекрывающейся геометрии невозможно обработать только на трехкоординатных станках. [19]

Программное обеспечение: крупные поставщики

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Mörmann, WH; Bindl, A. (2002). «Цельнокерамические, компьютеризированные реставрации с использованием дизайна у кресла/компьютерной обработки». Dental Clinics of North America . 46 (2): 405–26, viii. doi :10.1016/S0011-8532(01)00007-6. PMID  12014040.
  2. ^ "Метод и устройство для автоматизированной обработки". 16 сентября 1997 г.
  3. ^ Yong, Loong Tee; Moy, Peter K. (2008). «Осложнения хирургического размещения имплантатов с использованием компьютерного проектирования/компьютерной обработки (NobelGuide™): оценка ранних клинических результатов». Клиническая имплантационная стоматология и смежные исследования . 10 (3): 123–127. doi :10.1111/j.1708-8208.2007.00082.x. PMID  18241215.
  4. ^ ab Конгресс США , Управление по оценке технологий (1984). Компьютеризированная автоматизация производства. Diane Publishing. стр. 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 вычислительной техники (5-е изд.). Oxford University Press. стр. 102. ISBN 978-0-19-860877-6.
  7. ^ Крейт, Франк (1998). Справочник CRC по машиностроению. CRC Press. стр. 15-1. ISBN 978-0-8493-9418-8.
  8. ^ Мэтьюз, Клиффорд (2005). Справочник инженера-авиаконструктора (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. стр. 229. ISBN 978-0-7506-5125-7.
  9. ^ Пихлер, Франц; Морено-Диас, Роберто (1992). Теория автоматизированных систем. Springer. С. 602. ISBN 978-3-540-55354-0.
  10. ^ Бутройд, Джеффри; Найт, Уинстон Энтони (2006). Основы обработки и станков (3-е изд.). CRC Press. стр. 401. ISBN 978-1-57444-659-3.
  11. ^ Dokken, Tor. "История CAD". Проект SAGA. Архивировано из оригинала 2 ноября 2012 года . Получено 17 мая 2012 года .
  12. ^ Сандерс, Норман. «Возможное первое использование CAM/CAD». Hal Portal Inria . Получено 30 октября 2023 г. .
  13. ^ Райт, Джошуа. «Дилемма квалифицированных рабочих рук в Америке: нехватка кадров надвигается по мере старения наиболее востребованной группы работников». Forbes . Получено 14 апреля 2023 г.
  14. ^ Хагерти, Джеймс Р. (10.06.2013). «Требуется помощь. Много». Wall Street Journal . ISSN  0099-9660 . Получено 02.06.2018 .
  15. ^ Gopi (2010-01-01). Основы гражданского строительства. Pearson Education India. ISBN 9788131729885.
  16. ^ Стратегии траектории инструмента CAM. CNC Cookbook. Получено 17.01.2012.
  17. ^ Агравал, Раджниш Кумар; Пратихар, Д.К.; Рой Чоудхури, А. (июнь 2006 г.). «Оптимизация обработки поверхности свободной формы с ЧПУ изогребешковой формы с использованием генетического алгоритма». Международный журнал станков и производства . 46 (7–8): 811–819. doi :10.1016/j.ijmachtools.2005.07.028.
  18. ^ Pasko, Rafal (1999). "HIGH SPEED MACHINING (HSM) – THE EFFECTIVE WAY OF MODERN CUTTING" (PDF) . Международный семинар CA Systems and Technologies . Архивировано из оригинала (PDF) 2018-11-23 . Получено 2018-06-02 .
  19. ^ Гомес, Джефферсон де Оливейра; Алмейда-младший, Адельсон Рибейру 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

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Автоматизированное производство» (CAM) .