Что такое CAM (автоматизированное производство)?

Читать эту статью на немецком языке:Deutsch (немецкий)

Компьютерное производство (CAM):полное введение для начинающих

В мире, наполненном физическими вещами — будь то продукты, детали или места — автоматизированное производство (CAM) делает все это возможным. Мы те, кто дает возможность летать самолетам или грохот лошадиных сил автомобилям. Если вам нужно что-то сделать, а не просто спроектировать, CAM — ваш ответ. Что происходит за кулисами? Продолжайте читать, и вы узнаете.

Что такое КАМ? Автоматизированное производство (CAM) – это использование программного обеспечения и машин с компьютерным управлением для автоматизации производственного процесса.

Исходя из этого определения, для работы CAM-системы необходимы три компонента:

• Программное обеспечение, которое сообщает машине, как производить продукт, путем создания траекторий.
• Оборудование, которое может превратить сырье в готовый продукт.
• Постобработка преобразует траектории в язык, понятный машинам.

Эти три компонента склеены тоннами человеческого труда и мастерства. Как отрасль, мы потратили годы на создание и усовершенствование лучшего производственного оборудования. Сегодня нет такой сложной конструкции, с которой мог бы справиться любой квалифицированный мастер.

Переход из CAD в CAM

Без CAM нет CAD. САПР фокусируется на проектировании продукта или детали. Как выглядит, как работает. CAM фокусируется на том, как это сделать. Вы можете спроектировать самую элегантную деталь в своем CAD-инструменте, но если вы не можете эффективно сделать это с помощью CAM-системы, тогда вам лучше пинать камни.

Начало каждого инженерного процесса начинается в мире САПР. Инженеры сделают 2D- или 3D-чертеж, будь то коленчатый вал автомобиля, внутренний скелет кухонного крана или скрытая электроника на печатной плате. В CAD любая конструкция называется моделью и содержит набор физических свойств, которые будут использоваться системой CAM.

Когда дизайн завершен в CAD, его можно загрузить в CAM. Традиционно это делается путем экспорта файла САПР, а затем его импорта в программное обеспечение CAM. Если вы используете такой инструмент, как Fusion 360, и CAD, и CAM существуют в одном мире, поэтому импорт/экспорт не требуется.

Как только ваша CAD-модель импортируется в CAM, программное обеспечение начинает подготовку модели к обработке. Механическая обработка — это контролируемый процесс преобразования исходного материала в заданную форму с помощью таких действий, как резка, сверление или растачивание.

Программное обеспечение автоматизированного производства подготавливает модель к обработке, выполняя несколько действий, в том числе:

• Проверка модели на наличие геометрических ошибок, которые повлияют на производственный процесс.
• Создание траектории для модели, набора координат, которым станок будет следовать в процессе обработки.
• Установка любых необходимых параметров станка, включая скорость резки, напряжение, высоту реза/прожига и т. д.
• Настройка размещения, при котором система CAM определяет наилучшую ориентацию детали, чтобы максимизировать эффективность обработки.

Как только модель подготовлена ​​к обработке, вся информация отправляется на станок для физического изготовления детали. Однако мы не можем просто дать машине кучу инструкций на английском языке. Нам нужно говорить на языке машины. Для этого мы преобразуем всю информацию о нашей обработке в язык, называемый G-кодом. Это набор инструкций, управляющих действиями станка, включая скорость, скорость подачи, охлаждающие жидкости и т. д.

G-код легко читать, если вы понимаете формат. Пример выглядит следующим образом:

G01 X1 Y1 F20 T01 S500

Это разбивается слева направо как:

• G01 указывает на линейное перемещение на основе координат X1 и Y1.
• F20 задает скорость подачи, то есть расстояние, которое машина проходит за один оборот шпинделя.
• T01 указывает станку использовать инструмент 1, а S500 устанавливает скорость вращения шпинделя.

Более наглядный способ понимания координат G-кода. Изображение предоставлено Make:.

Как только G-код загружен в машину и оператор нажимает кнопку «Пуск», наша работа выполнена. Теперь пришло время позволить машине выполнить G-код для преобразования блока сырья в готовый продукт.

Краткий обзор станков с ЧПУ

До этого момента мы говорили о механизмах в CAM-системе просто как о машинах, но это на самом деле не оправдывает их. Когда я смотрю, как фрезерный станок Haas скользит по металлическому блоку, как по маслу, я каждый раз улыбаюсь. Без этих машин моя работа была бы невозможна.

Изображение предоставлено Haas Automation.

Все современные производственные центры будут использовать различные станки с числовым программным управлением (ЧПУ) для производства инженерных деталей. Процесс программирования станка с ЧПУ для выполнения определенных действий называется обработкой с ЧПУ.

До появления станков с ЧПУ производственные центры управлялись вручную ветеранами-механиками. Конечно, как и все, к чему прикасаются компьютеры, вскоре последовала автоматизация. В наши дни единственное вмешательство человека, необходимое для работы станка с ЧПУ, — это загрузка программы, вставка сырья и последующая выгрузка готового продукта.

В мастерской Autodesk Pier 9 есть приличный образец станков с ЧПУ, в том числе:

Фрезерные станки с ЧПУ

Эти машины вырезают детали и вырезают различные формы с помощью высокоскоростных вращающихся компонентов. Например, фрезерный станок с ЧПУ, используемый для деревообработки, может легко разрезать фанеру на детали корпуса. Он также может легко справиться со сложной декоративной гравировкой на дверном полотне. Фрезерные станки с ЧПУ имеют возможность 3-осевой резки, что позволяет им перемещаться по осям X, Y и Z.

Водяная, плазменная и лазерная резка

В этих машинах используются точные лазеры, вода под высоким давлением или плазменная горелка для выполнения контролируемой резки или гравировки. Ручная гравировка может занять месяцы, но одна из этих машин может выполнить ту же работу за часы или дни. Плазменные резаки удобны для резки электропроводящих материалов, таких как металлы.

Фрезерные станки

Эти машины обрабатывают различные материалы, такие как металл, дерево, композиты и т. д. Фрезерные станки обладают огромной универсальностью благодаря множеству инструментов, которые могут выполнять конкретные требования к материалам и формам. Общая цель фрезерного станка – максимально эффективное удаление массы из необработанного блока материала.

Токарные станки

Эти машины также измельчают сырье, как фрезерный станок. Они делают это по-другому. Фрезерный станок имеет вращающийся инструмент и неподвижный материал, где токарный станок вращает материал и режет неподвижным инструментом.

Изображение предоставлено Halsey Manufacturing.

Электроразрядные машины (ЭЭО)

Эти машины вырезают из сырья желаемую форму с помощью электрического разряда. Между электродом и сырьем возникает электрическая искра, температура которой достигает 8 000–12 000 градусов Цельсия. Это позволяет электроэрозионному станку плавить практически все в контролируемом и сверхточном процессе.

Изображение предоставлено Absolute Wire EDM.

Человеческий фактор автоматизированного производства (CAM)

Человеческий фактор всегда был болезненной темой с тех пор, как в 1990-х годах на сцену вышла САМ. В 1950-х годах, когда Джон Т. Парсонс впервые представил станки с ЧПУ, умелое управление станками требовало огромного количества обучения и практики. Видео ниже от NYC CNC показывает отличный пример того, как ручные станки отличаются от современных станков с ЧПУ:

В дни ручной обработки быть механиком было почетным знаком, для совершенствования которого требовались годы обучения. Машинист должен был делать все — читать чертежи, знать, какие инструменты использовать, определять подачу и скорость для конкретных материалов и аккуратно вырезать деталь вручную. Дело было не только в точной ловкости рук. Быть механиком было и остается и искусством, и наукой.

Изображение предоставлено ITABC.CA

В наши дни современный машинист жив и здоров, поскольку человек, машина и программное обеспечение объединяются, чтобы продвигать нашу отрасль вперед. Навыки, на овладение которыми раньше уходило 40 лет, теперь можно освоить за короткое время. Новые машины и программное обеспечение CAM дали нам больше возможностей, чем когда-либо, для проектирования и производства более качественных и инновационных продуктов, чем наши предки, что они признают… скрепя сердце.

Что все это означает для человеческого фактора производства? Роль традиционного машиниста меняется. Сегодня мы видим, как среда современных машинистов играет три типичные роли:

• Оператор. Этот специалист загружает сырье в станок с ЧПУ и пропускает готовые детали через процесс окончательной упаковки.
• Оператор установки. Этот специалист выполняет первоначальную настройку станка с ЧПУ, включая загрузку программы G-кода и настройку инструментов.
• Программист. Этот человек берет чертеж для модели САПР и решает, как сделать ее на имеющихся станках с ЧПУ. Их работа заключается в определении траекторий, инструментов, скоростей и подач в G-коде для выполнения работы.

В типичном рабочем процессе программист передает свою программу оператору установки, который затем загружает G-код в машину. Когда машина готова к работе, оператор изготавливает деталь. В некоторых магазинах эти роли могут совмещаться и накладываться на обязанности одного или двух человек.

Помимо повседневных операций с машинами, в штате также есть инженер-технолог. В новом магазине этот человек обычно устанавливает системы и определяет идеальный производственный процесс. Для существующих установок инженер-технолог будет контролировать качество оборудования и продукции, одновременно выполняя другие управленческие задачи.

Влияние CAM

Мы должны поблагодарить Джона Т. Парсонса за введение метода перфокарт для программирования и автоматизации машин. В 1949 году ВВС США профинансировали Парсонс для создания автоматизированного станка, который мог бы превзойти ручные станки с ЧПУ. С некоторой помощью Массачусетского технологического института Парсонс смог разработать первый прототип ЧПУ.

С этого момента мир станков с ЧПУ начал развиваться. В 1950-х годах армия Соединенных Штатов закупила станки с ЧПУ и сдала их в аренду производителям. Идея заключалась в том, чтобы стимулировать компании внедрять новую технологию в свой производственный процесс. За это время мы также видели, как Массачусетский технологический институт разработал первый универсальный язык программирования для станков с ЧПУ:G-код.

В 1990-е годы CAD и CAM появились на ПК и полностью изменили подход к производству сегодня. Самые ранние задания CAD и CAM были зарезервированы для дорогостоящих автомобильных и аэрокосмических приложений, но сегодня такое программное обеспечение, как Fusion 360, доступно для производственных цехов любой формы и размера.

С момента своего создания CAM внесла массу улучшений в производственный процесс, в том числе:

• Улучшенные возможности машины. CAM-системы могут использовать преимущества передового 5-осевого оборудования для производства более сложных и высококачественных деталей.
• Повышена эффективность машины. Современное программное обеспечение CAM обеспечивает высокоскоростные траектории станка, которые помогают нам производить детали быстрее, чем когда-либо.
• Улучшенное использование материалов. С помощью аддитивного оборудования и систем CAM мы можем производить изделия сложной геометрии с минимальными отходами, что означает снижение затрат.

Конечно, у этих преимуществ есть некоторые компромиссы. Системы автоматизированного производства и оборудование требуют огромных первоначальных затрат. Например, Haas VF-1 стоит около 45 тысяч долларов; теперь представьте себе целый цех таких. Также существует проблема текучести. Работа с машинами становится менее квалифицированной профессией, поэтому трудно привлекать и удерживать хороших специалистов.

САМ – это мужчина

CAM — это не просто управление машинами в цеху. Речь идет об объединении программного обеспечения, машин, процессов и людей для создания действительно отличных деталей. Если вы впервые погружаетесь в мир CAM, я настоятельно рекомендую вам обратиться в местный магазин, чтобы получить инсайдерскую экскурсию. Почувствуйте гул станков с ЧПУ ногами или проведите рукой по детали, только что извлеченной из станка. Это невероятный опыт, который, я надеюсь, понравится будущим поколениям. CAM — это все о человеческом прикосновении.

Вы все еще возитесь с отдельными инструментами CAD и CAM? В Fusion 360 есть и то, и другое. Попробуйте Fusion 360 сегодня.