Wat is CAM (Computer Aided Manufacturing)?

Lees dit artikel in:Deutsch (Duits)

Computer Aided Manufacturing (CAM):de complete introductie voor de geest van de beginner

In een wereld vol fysieke dingen - of dat nu producten, onderdelen of plaatsen zijn - maakt Computer Aided Manufacturing (CAM) het allemaal mogelijk. Wij zijn degenen die de kracht van de vlucht geven aan vliegtuigen of het gerommel van paardenkracht aan auto's. Als u iets gemaakt wilt hebben, niet alleen ontworpen, dan is CAM uw antwoord. Wat gebeurt er achter de schermen? Blijf lezen en je komt erachter.

Wat is CAM? Computer Aided Manufacturing (CAM) is het gebruik van software en computergestuurde machines om een ​​productieproces te automatiseren.

Op basis van die definitie heb je drie componenten nodig om een ​​CAM-systeem te laten functioneren:

• Software die een machine vertelt hoe een product moet worden gemaakt door toolpaths te genereren.
• Machines die van grondstof een eindproduct kunnen maken.
• Nabewerking zet toolpaths om in een taal die machines kunnen begrijpen.

Deze drie componenten zijn aan elkaar gelijmd met tonnen menselijke arbeid en vaardigheid. Als branche hebben we jaren besteed aan het bouwen en verfijnen van de beste productiemachines die er zijn. Tegenwoordig is er geen ontwerp te zwaar voor een bekwame machinistenwerkplaats.

CAD naar CAM-proces

Zonder CAM is er geen CAD. CAD richt zich op het ontwerp van een product of onderdeel. Hoe het eruit ziet, hoe het werkt. CAM richt zich op hoe het te maken. Je kunt het meest elegante onderdeel in je CAD-tool ontwerpen, maar als je het niet efficiënt kunt maken met een CAM-systeem, kun je maar beter tegen een stootje.

De start van elk engineeringproces begint in de wereld van CAD. Ingenieurs zullen een 2D- of 3D-tekening maken, of dat nu een krukas voor een auto is, het binnenste skelet van een keukenkraan of de verborgen elektronica in een printplaat. In CAD wordt elk ontwerp een model genoemd en bevat het een reeks fysieke eigenschappen die door een CAM-systeem zullen worden gebruikt.

Wanneer een ontwerp in CAD klaar is, kan het vervolgens in CAM worden geladen. Dit wordt traditioneel gedaan door een CAD-bestand te exporteren en vervolgens te importeren in CAM-software. Als je een tool als Fusion 360 gebruikt, bestaan ​​zowel CAD als CAM in dezelfde wereld, dus importeren/exporteren is niet nodig.

Zodra uw CAD-model in CAM is geïmporteerd, begint de software het model voor te bereiden voor bewerking. Verspanen is het gecontroleerde proces van het transformeren van grondstof in een gedefinieerde vorm door acties zoals snijden, boren of kotteren.

Computer Aided Manfacturing-software bereidt een model voor bewerking voor door verschillende acties uit te voeren, waaronder:

• Controleren of het model geometriefouten bevat die van invloed zijn op het fabricageproces.
• Een gereedschapspad maken voor het model, een set coördinaten die de machine zal volgen tijdens het bewerkingsproces.
• Instellen van alle vereiste machineparameters, inclusief snijsnelheid, spanning, snij-/doorsteekhoogte, enz.
• Nesten configureren waarbij het CAM-systeem de beste oriëntatie voor een onderdeel bepaalt om de bewerkingsefficiëntie te maximaliseren.

Zodra het model is voorbereid voor bewerking, wordt alle informatie naar een machine gestuurd om het onderdeel fysiek te produceren. We kunnen een machine echter niet zomaar een heleboel instructies in het Engels geven. We moeten de taal van de machine spreken. Om dit te doen, converteren we al onze bewerkingsinformatie naar een taal genaamd G-code. Dit is de reeks instructies die de acties van een machine regelen, inclusief snelheid, voedingssnelheid, koelvloeistoffen, enz.

G-code is gemakkelijk te lezen als u het formaat eenmaal begrijpt. Een voorbeeld ziet er als volgt uit:

G01 X1 Y1 F20 T01 S500

Dit wordt van links naar rechts als volgt onderverdeeld:

• G01 geeft een lineaire beweging aan op basis van de coördinaten X1 en Y1.
• F20 stelt een voedingssnelheid in, dit is de afstand die de machine aflegt in één spilomwenteling.
• T01 vertelt de machine om gereedschap 1 te gebruiken en S500 stelt de spilsnelheid in.

Een meer visuele manier om G-code-coördinaten te begrijpen. Afbeelding met dank aan Make:.

Zodra de G-code in de machine is geladen en een operator op start drukt, is ons werk gedaan. Nu is het tijd om de machine het werk te laten doen om G-code uit te voeren om een ​​grondstofblok om te zetten in een afgewerkt product.

CNC-machines in één oogopslag

Tot nu toe hebben we gesproken over de machines in een CAM-systeem als gewoon machines, maar dat doet ze echt geen recht. Als ik een Haas-freesmachine door een blok metaal zie glijden alsof het boter is, krijg ik elke keer een glimlach op mijn gezicht. Zonder deze machines zou mijn werk onmogelijk zijn.

Afbeelding met dank aan Haas Automation.

Alle moderne productiecentra zullen verschillende Computer Numerical Control (CNC)-machines gebruiken om technische onderdelen te produceren. Het proces van het programmeren van een CNC-machine om specifieke acties uit te voeren, wordt CNC-bewerking genoemd.

Voordat CNC-machines ontstonden, werden productiecentra handmatig bediend door Machinist-veteranen. Natuurlijk, zoals alle dingen die computers aanraken, volgde automatisering al snel. Tegenwoordig is de enige menselijke tussenkomst die nodig is om een ​​CNC-machine te laten werken, het laden van een programma, het invoegen van grondstoffen en het lossen van een afgewerkt product.

In de Autodesk Pier 9-werkplaats hebben we een behoorlijk aantal CNC-machines, waaronder:

CNC-routers

Deze machines snijden onderdelen en snijden een verscheidenheid aan vormen uit met snelle draaiende componenten. Een CNC-router die wordt gebruikt voor houtbewerking, kan bijvoorbeeld gemakkelijk multiplex in kastonderdelen snijden. Het kan ook gemakkelijk complexe decoratieve gravures op een deurpaneel aan. CNC-routers hebben 3-assige snijmogelijkheden, waardoor ze langs de X-, Y- en Z-assen kunnen bewegen.

Water-, plasma- en lasersnijders

Deze machines gebruiken nauwkeurige lasers, water onder hoge druk of een plasmatoorts om een ​​gecontroleerde snede of gegraveerde afwerking uit te voeren. Handmatige graveertechnieken kunnen maanden in beslag nemen om met de hand te voltooien, maar een van deze machines kan hetzelfde werk in uren of dagen voltooien. Plasmasnijders zijn handig om door elektrisch geleidende materialen zoals metalen te snijden.

Frezenmachines

Deze machines hakken een verscheidenheid aan materialen weg, zoals metaal, hout, composieten, enz. Freesmachines hebben een enorme veelzijdigheid met een verscheidenheid aan gereedschappen die aan specifieke materiaal- en vormvereisten kunnen voldoen. Het algemene doel van een freesmachine is om zo efficiënt mogelijk massa uit een onbewerkt blok materiaal te verwijderen.

Draaibanken

Deze machines hakken ook grondstoffen weg, zoals een freesmachine. Ze doen het anders. Een freesmachine heeft een draaiend gereedschap en stationair materiaal, waar een draaibank het materiaal spint en snijdt met een stationair gereedschap.

Afbeelding met dank aan Halsey Manufacturing.

Elektrische ontladingsmachines (EDM)

Deze machines snijden door een elektrische ontlading de gewenste vorm uit de grondstof. Er ontstaat een elektrische vonk tussen een elektrode en de grondstof, waarbij de temperatuur van de vonk 8.000 tot 12.000 graden Celsius bereikt. Hierdoor kan een EDM door bijna alles heen smelten in een gecontroleerd en uiterst nauwkeurig proces.

Afbeelding met dank aan Absolute Wire EDM.

Het menselijke element van Computer Aided Manufacturing (CAM)

Het menselijke element is altijd een gevoelig onderwerp geweest sinds CAM op het toneel verscheen in de jaren negentig. In de jaren vijftig, toen John T. Parsons voor het eerst CNC-bewerking introduceerde, vergden vakkundig werkende machines een enorme hoeveelheid training en oefening. De onderstaande video van NYC CNC laat een goed voorbeeld zien van hoe verschillende handmatige machines zijn van de huidige CNC-machines:

In de dagen van handmatige bewerking was machinist zijn een ereteken dat jaren van training vergde om te perfectioneren. Een machinist moest het allemaal doen:blauwdrukken lezen, weten welke gereedschappen hij moet gebruiken, voedingen en snelheden voor specifieke materialen definiëren en een onderdeel zorgvuldig met de hand snijden. Het ging niet alleen om nauwkeurige handvaardigheid. Machinist zijn was, en is nog steeds, zowel een kunst als een wetenschap.

Afbeelding met dank aan ITABC.CA

Tegenwoordig is de moderne machinist springlevend en werken mens, machine en software samen om onze industrie vooruit te helpen. Vaardigheden die vroeger 40 jaar nodig hadden om onder de knie te krijgen, kunnen nu in een fractie van de tijd worden overwonnen. Nieuwe machines en CAM-software hebben ons meer controle dan ooit gegeven om betere en innovatievere producten te ontwerpen en te maken dan onze voorouders, wat ze zullen toegeven...met tegenzin.

Wat betekent dit alles voor het menselijke aspect van de fabricage? De rol van een traditionele machinist verschuift. Vandaag zien we een omgeving van moderne machinisten gespeeld met drie typische rollen:

• De bediener. Deze persoon laadt grondstoffen in een CNC-machine en voert voltooide onderdelen door het uiteindelijke verpakkingsproces.
• De setup-operator. Deze persoon voert de initiële configuratie uit voor een CNC-machine, inclusief het laden van een G-codeprogramma en het instellen van gereedschappen.
• De programmeur. Deze persoon neemt de tekening voor een CAD-model en beslist hoe deze te maken met hun beschikbare CNC-machines. Het is hun taak om de toolpaths, tools, snelheden en feeds in de G-code te definiëren om de klus te klaren.

In een typische workflow geeft de programmeur zijn programma af aan de setup-operator, die vervolgens de G-code in de machine laadt. Zodra de machine klaar is om te rollen, maakt de operator het onderdeel. In sommige winkels kunnen deze rollen worden gecombineerd en overlappen in de verantwoordelijkheden van een of twee mensen.

Buiten de dagelijkse machinewerkzaamheden is er ook de Manufacturing Engineer in dienst. In een nieuwe winkelopstelling zet deze persoon typisch systemen op en bepaalt hij een ideaal productieproces. Voor bestaande instellingen zal een productie-ingenieur de kwaliteit van de apparatuur en het product bewaken terwijl hij andere managementtaken uitvoert.

De impact van CAM

We hebben John T. Parsons te danken voor de introductie van een ponskaartmethode voor het programmeren en automatiseren van machines. In 1949 financierde de luchtmacht van de Verenigde Staten Parsons om een ​​geautomatiseerde machine te bouwen die beter zou presteren dan handmatige NC-machines. Met wat hulp van MIT kon Parsons het eerste NC-prototype ontwikkelen.

Van daaruit begon de wereld van CNC-bewerkingen van de grond te komen. In de jaren vijftig kocht het Amerikaanse leger NC-machines en leende ze uit aan fabrikanten. Het idee was om bedrijven te stimuleren om de nieuwe technologie toe te passen in hun productieproces. Gedurende deze tijd zagen we ook dat MIT de eerste universele programmeertaal voor CNC-machines ontwikkelde:G-code.

De jaren negentig brachten de introductie van CAD en CAM op de pc en hebben een volledige revolutie teweeggebracht in de manier waarop we tegenwoordig productie benaderen. De vroegste CAD- en CAM-taken waren gereserveerd voor dure auto- en ruimtevaarttoepassingen, maar tegenwoordig is software zoals Fusion 360 beschikbaar voor productiewerkplaatsen van elke vorm en grootte.

Sinds de oprichting heeft CAM een heleboel verbeteringen aan het productieproces aangebracht, waaronder:

• Verbeterde machinemogelijkheden. CAM-systemen kunnen profiteren van geavanceerde 5-assige machines om meer geavanceerde onderdelen van hogere kwaliteit te leveren.
• Verbeterde machine-efficiëntie. De huidige CAM-software biedt snelle bewerkingspaden voor bewerkingsmachines die ons helpen onderdelen sneller dan ooit te vervaardigen.
• Verbeterd materiaalgebruik. Met additieve machines en CAM-systemen kunnen we complexe geometrieën produceren met minimale verspilling, wat lagere kosten betekent.

Natuurlijk hebben deze voordelen een aantal nadelen. Computer Aided Manufacturing systemen en machines vereisen enorme initiële kosten. Een Haas VF-1 kost bijvoorbeeld ongeveer $ 45k de deur uit; stel je nu een hele winkelvloer voor. Er is ook het probleem van de omzet. Nu het bedienen van machines steeds minder een vak wordt, is het moeilijk om goed talent aan te trekken en te behouden.

CAM is de man

CAM gaat niet alleen over het aansturen van machines op een werkvloer. Het gaat om het samenbrengen van software, machines, processen en mensen om echt geweldige onderdelen te bouwen. Als dit de eerste keer is dat je in de wereld van CAM duikt, raad ik je ten zeerste aan om contact op te nemen met een plaatselijke winkel voor een inside-tour. Voel het gezoem van de CNC-machines in uw voeten, of schuif uw hand over een vers uit de machine komend onderdeel. Het is een ongelooflijke ervaring waarvan ik hoop dat toekomstige generaties ervan kunnen genieten. Bij CAM draait alles om de menselijke maat.

Ben je nog steeds aan het rommelen met een aparte CAD- en CAM-tool? Fusion 360 heeft beide. Probeer Fusion 360 vandaag nog.