CAD-CAM - технологии в развитие

CAD/CAMСп. Инженеринг ревю - брой 2/2016 • 31.03.2016

CAD-CAM - технологии в развитие
CAD-CAM - технологии в развитие

Pанните приложения на технологиите за компютърна машинна обработка (CAM) започват своето развитие в началото на шестдесетте години на миналия век в автомобилната индустрия. CAM постепенно става обект на все по-голямо внимание, постепенно се постига прогрес по отношение на използването на данните от компютърното проектиране (computer-aided design, CAD) за целите на производството.

Твърдите модели стават все по-сложни, формите – по-аеродинамични и сложни за ръчна машинна обработка. Автомобилната компания Renault въвежда системата UNISURF на френския инженер Пиер Безие. По това време технологията за цифрово програмно управление (ЦПУ) все още е на ниво стандартизиране, а в процес на решаване е проблемът точно как CAM да заработи съвместно с металорежещи машини с ЦПУ.

В края на краищата се стига до това, което вече е познато като “G-Code”. След като той е установен, става възможна комуникацията между софтуера и металорежещата машина за пренос на всички данни за инструменталния път, както и на много повече информация. На този етап CAD-CAM технологията започва да включва и библиотеки от инструменти, и функционалност за програмиране на стругове.

Макар че CAM софтуерът за програмиране никога няма да замести ЦПУ оператора, първият ще продължи да предлага все повече възможности, които правят програмирането все по-умно и по-лесно. Скоростите на рязане на машините, скоростите на подаване и ефективността на движенията на машините за постигане на бърз ход при реално рязане се определят по все по-интелигентни методи. CAM операторът има на разположение все повече функции, от които може да избира, за да направи програмирането по-ефективно от гледна точка на процеса.

Сега, години по-късно, ЦПУ операторите използват CAM софтуер като основен метод на автоматизиране на процеса на превръщането на един CAD модел в инструментален път и G-код за машинна обработка по-бързо и по-интелигентно, откогато и да било. Това води до напълно интегриран съвременен CAD-CAM софтуер.

Макар че има много CAD продукти, които се използват за производството, все още има необходимост от повече интегрирани решения за компютърно проектиране и машинна обработка за потенциални модификации, предназначени за по-малки цехове и за специализирано производство, за да може лесно да се изготвят параметрите на частта и тя да бъде изработена бързо.

За да улеснят нещата, новите разработки в CAD-CAM областта предлагат такива решения - например инструменти за импортиране на CAD модели и функции за чертане и редактиране.

Съвременните CAD-CAM софтуерни пакети предлагат и възможности за индексиране на 4-та и 5-а ос, което прави софтуера още по-ценен за съвременното и модерно CAM програмиране. Голямо предимство е виртуалната машинна симулация, която предлага на оператора визуално изображение на това, което ще се случи в процеса на обработката, преди всъщност машината да бъде пусната в действие. По този начин се елиминират възможни грешки при работата на машината.

Това е мястото, където може да се извърши визуална проверка, а инструменталният път да бъде прегледан. Времената на циклите също могат да бъдат изчислени, за да се използват за планиране на процеси и управление на цеха, както и за оценка на работата, тъй като повечето цехове плащат за машинно време.

Инструментални пътища за програмиране на машини с ЦПУ
CAD-CAM софтуерът позволява на цеховете да оптимизират обработката, извършвана чрез машини с ЦПУ, с помощта на автоматизация. CAD позволява на потребителите да проектират чрез изграждане на ръбови модели (wireframe), твърдотелно моделиране или конструиране на повърхнини. CAD също дава възможност при производството да се импортират файлове на части в 2D или 3D геометрия за CAM програмиране.

Един пример за такъв процес е импортирането на DXF файл за инструменталния път за фрезоване на 2.5D профил и за G-Code програмиране на машина с ЦПУ. CAD-CAM технологията влияе положително на много индустриални сегменти – от потребителските продукти, автомобилостроенето, космонавтиката, отбраната, направата на отливки, дървообработването, пластмасите, спортното оборудване, медицината, земеделието, енергетиката и др.

Стоматологичната индустрия и тази на 3D печата вече използват CAD-CAM технология в своите процеси. Всички тези индустриални сегменти са в състояние да проектират по-бързо и по-ефективно отвсякога. Те могат да използват ЦПУ оборудване за изготвяне на инструментални пътища, създадени или разработени, за да се спести време и да се даде предимство на промишленото оборудване чрез разработване на нови софтуерни CAM алгоритми, които са пригодени за механична обработка и са по-бързи и “интелигентни” отвсякога.

CAD софтуерът може да съхранява STL файлове за бързо прототипиране и 3D печат. CAD технологията e изключително полезна при тях, тъй като с нея частите се създават от самото начало до края. След като параметрите са начертани и редактирани за CAM обработка, инструменталният път може да се използва за програмиране на частта.

Процесът на машинна обработка по инструменталния път има две основни фази на CAM - Предварителна и Окончателна обработка. При предварителната машинна обработка се отстранява по-голямата част от излишния материал. Следва окончателната, довършителна обработка. Тя се извършва с по-малки инструменти и машини, тъй като машините за груба предварителна обработка не са целесъобразни. Чрез CAM софтуера може да се извърши и повторна, по-фина обработка.

CAM симулацията е много важна за проверка на инструменталния път. Тя позволява на CAM оператора да провери визуално инструменталните пътища, използвани при програмирането на частта. Симулацията открива и показва конфликтните точки на режещите инструменти на машината и вдлъбнатините, които иначе биха останали неоткрити, докато машината не завърши обработката на частта.

Това е голямо постижение на технологията на CAD-CAM софтуера, което може да спести на металообработващите цехове много загуби от бракувани части заради грешки в програмирането. Най-често вдлъбнатините от машинна обработка се показват в червено и влизат в списъка на грешките на програмата.

Друго важно предимство на симулацията са изчисленията на времето на цикъла на база дължината на инструменталния път и на подаването на данните за рязане, което е част от създаването на CAM програмата.

След като CAM симулационният процес приключи, операторът може да създаде таблица за настройка на задачата и да запише G-Code програмата, която след това се изпраща на контролера на машината с ЦПУ. Интегрираният CAD-CAM софтуер включва пост-процесори за различни модели контролери за машини с ЦПУ.

Пост-процесорът в основата си е конфигурация на машинния контролер, която се използва при първоначалното установяване на операциите за обработка по инструменталния път, откъм CAM страната на софтуера. Обикновено доставчиците на CAM софтуер предлагат списък от пост-процесори, от който клиентите им могат да си изберат, тъй като в цеховете често пъти има повече от една машина, фреза или струг с ЦПУ.

Производственият процес е същинският етап на обработка с ЦПУ. В продължение на над 30 години CAD-CAM софтуерът не спира да подпомага опростяването на производството и увеличаването на продуктивността, както и да допринася за намаляване на производствените разходи, докато производството не спира да нараства. През 2014 г. повечето цехове с ЦПУ машини притежават повече от една активна CAD-CAM система, тъй като не съществува CAD-CAM софтуер, който да има универсално приложение.

Цените на CAD-CAM продуктите спадат значително от деветдесетте години до сега и не спират да стават все по-достъпни. Това позволява на по-малките компании да станат по-конкурентни, с по-големи металообработващи цехове с ЦПУ машини. Понастоящем усъвършенстван CAD-CAM софтуер може да бъде закупен на приемлива цена. Това прави обработката с ЦПУ машини много по-достъпен, динамичен и творчески процес за операторите на металорежещи машини.

Интегриране на CAD/CAM
Най-голямата промяна за CAD/CAM индустрията в последно време е заложена в термина “интегриране”. То играе ключова роля за бъдещето на CAD/CAM продуктите. От години CAD/CAM системите се вграждат в големи работни станции. Те осигуряват интегриране на компютърното проектиране и компютърното управление на металообработващи цехове, в резултат на което всички детайли на продукта се изработват от една и съща компания. За инженерното проектиране и машинна обработка се използва CAD/CAM софтуер за три различни цели.

Моделиране на конструкцията. Машинният инженер-конструктор използва софтуер за компютърно проектиране (CAD), за да създаде дадена част. Условно, това може да бъде наречено модел на частта. Този модел може да бъде представен като чертеж или като файл с CAD данни.

Моделиране на производството. Инженер по производството или програмист на металорежещи машини с ЦПУ използва CAD софтуер за:
• Разработка на компютърен модел на чaстта според чертежа.
• Оценка и корекция на данните в CAD проекта според производствените допуски, което е рутинна задача.
• Създаване на нови модели на частта на базата на оригиналния проект, за да могат да бъдат внедрени в производство. Това може да включва добавяне на чернови ъгли или разработка на модели на частта за различните стъпки в едно производство, обхващащо различни процеси. 
• Проектиране на модели на фиксиращи приспособления, формовъчни кухини, леярски сърца, леярски бази и други инструменти.

Програмиране на цифровото управление (ЦПУ) на машините. Инженерът по производството или ЦПУ програмистът използва CAM софтуер за избор на инструменти, методи и процедури за машинна обработка на моделите, дефинирани в секцията за производствено моделиране. Потребителят, който извършва производственото моделиране, обикновено е същият, който извършва и програмирането на ЦПУ.

Интегрирането се отнася до това как различните функции на софтуера работят съвместно. Съществуват три вида интегриране:
Интегриране на данни. Това е възможността за споделяне на модели на частта като общодостъпни файлове от обща база данни. Този тип интегриране е най-важният за CAD-CAM.

Файл във формат IGES обикновено води до лошо интегриране на данни, заради голямото количество работа по евентуални корекции, които често се налагат за успешни резултати. Файл във формат, в който е създаден, ако след това бъде прехвърлен на друга система, която също го поддържа, естествено, води до много добро интегриране на данни, тъй като при него преносът на цялата нужна информация се извършва безпроблемно – запазва се както историята на промените на модела, така и неговата асоциативност.

Интегриране на приложения. Това е начинът, по който различните модули работят съвместно, управлявани от един потребител. Интегрирането на приложения се постига чрез физическо обединяване на различните функции в една и съща компютърна програма (в едно и също приложение или като част от интегрирането на приложения). Това може да се постигне и с помощта на технология като обектовото свързване и вграждане (OLE), което позволява на две различни компютърни програми да работят съвместно, тясно и безпроблемно от гледна точка на потребителя (CAM “рамо до рамо” с CAD).

Разширяване на CAD пазара
Персоналният компютър помещава софтуера за компютърно проектиране от десетилетия. Този CAD софтуер доскоро служи предимно за 2D чертане и проектиране на 3D ръбови модели (wireframe), а продуктите за моделиране на повърхнини са малобройни. Този процес започва с Windows NT и бързите персонални компютри с процесори Pentium Pro, подпомогнати от евтината RAM памет.

Потребителите на CAD софтуер за работни станции започват да забелязват ниската цена, ниските експлоатационни разходи, лекотата на управление и мрежово свързване, и отличната производителност на новите персонални компютри (тогава те все още не са по-бързи от работните станции, но имат отлично съотношение цена/производителност). Не след дълго става ясно, че на тези персонални компютри може да работи същата технология за твърдотелно моделиране, която се използва при много CAD продукти за работни станции.

Друга ключова промяна на CAD/CAM пазара навлиза след появата на продуктите за твърдотелно моделиране на външни доставчици. Компаниите, които предлагат ядра за твърдотелно моделиране, започват да ги продават на доставчиците на решения, които насочват продуктите си към средния пазар на софтуер за компютърно проектиране. Става обичайно да се появяват нови и нови продукти, и всички големи доставчици на CAD продукти се насочват към този пазар. Технологията на твърдотелно моделиране не само подпомага бързото разработване на нови продукти, но и създава основа за безпроблемно прехвърляне на данни между съвместими продукти.

CAM на новия пазар на CAD продукти
CAM продуктите също постепенно преминават в света на компютърното проектиране и твърдотелно моделиране. Някои CAM системи очертават най-късия възможен път до пазарната заявка за “решение, базирано на твърдотелни модели” (solids-based solution). В няколко случая, тази инициатива представлява “интегрирана” версия на CAD продукта на компанията, където CAM функциите за съответното изделие всъщност се вграждат в CAD софтуера. Това обаче води до ограничен набор от CAM способности – много далеч от пълния набор от функции на самостоятелните версии.

Има и друга алтернатива. Всеки CAD или CAM продукт, базиран на същия софтуер за моделиране (т. е. на ядро за твърдотелно моделиране), може да обменя данни не по-зле от големите работни станции, осигурявайки за първи път високо ниво на интегриране между продукти с различни търговски марки. Стандартите за твърдотелно моделиране включват ACIS на Spatial Technologies (файлове с разширение .sat), Parasolid (.x_t и .xmt файлове) и Designbase на Ricoh. Тези стандарти стават все по-широко поддържани.

OLE е друга технология за Windows, която става все по-популярна. Тя позволява на един CAM продукт да комуникира с CAD системата относно данни за модела без излишно записване и отваряне на файлове и свързаните с техния превод технологични проблеми. OLE е друг мощен инструмент за интегриране на данни и приложения.

В исторически план всички CAD/CAM решения, които предлагат високи нива на интегриране, са ги постигнали чрез включване на всички функции в една и съща компютърна програма. Това е една от причините много хора да смятат, че интегрирането на приложения за компютърно проектиране и машинна обработка има много предимства. Съвременната технология предлага гъвкави алтернативи на стария подход към същите приложения. Твърдотелните модели и OLE, от своя страна, осигуряват отлично интегриране на различни приложения.

Новият Специален брой: Машини, технологии, оборудване за Industry 4.0/2018

Специален брой: Машини, технологии, оборудване за Industry 4.0-2018

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

Top