Tietokoneavusteinen valmistus (CAM)

Transkriptio

1 Tietokoneavusteinen valmistus (CAM) Jouko Heikkala 2015 Tietokoneavusteinen valmistus (CAM) yleisesti viittaa numeerisen ohjauksen (NC) käyttöön CAM-ohjelmistolla, jolla luodaan yksityiskohtaisia ohjelmia, joita käytetään osien valmistukseen tietokoneohjatuilla (CNC) työstökoneilla. CAM-ohjelmoinnin laajempi kuvaus sisältää tietokoneavusteisten sovellusten käytön työkalusuunnittelussa, tietokoneavusteisten (CAD) mallien valmistelussa, NC-ohjelmoinnin, koordinaattimittakoneen (CMM) ohjelmoinnin sekä NC-ohjelman postprosessoinnin ja konesimuloinnin. Suunnitelma toteutetaan tuotantoympäristössä NCohjelman siirrolla työstökoneelle (DNC), työkalujen hallinnalla, CNC -työstöllä ja CMMtarkastusohjelmansuorittamisella. 1

2 Kurssin sisältö (opinto-opas) Integroidun konepajatuotannon eri tietokoneavusteiset osaalueet ja niiden rajapinnat. Valmistuksessa käytettävien numeerisesti ohjattujen (NC) työstökoneiden tietokoneavusteiset ohjelmointi- ja simulointimenetelmät sekä ohjaustiedon luonnin ja käsittelyn eri vaiheet. Työstökoneiden liittäminen NCohjelmointijärjestelmiin ja valmistusjärjestelmiin. Joustava valmistus (FM). Tuotetiedon hallinnan perusteet (PDM). Työstövirheiden analysointi ja ohjelmallinen korjaaminen. Pinnan ja muodon mittausmenetelmät. Pikavalmistuksen menetelmät ja niiden käyttö. Harjoituksissa tutustutaan tietokoneavusteisen valmistuksen osa-alueisiin ja uusiin ratkaisuihin. 2

3 Wikipedia: Tietokoneavusteinen valmistus Tuotteen elinkaarihallinnan vaihe, jonka suorittaa CAM-tietokoneohjelma. Suunnitellun esineen kolmiulotteinen CAD-malli syötetään CAM-ohjelmaan yhdessä työkalutietojen, koneen ominaisuuksien ja työstettävän materiaalin ominaisuuksien kanssa, ja CAM-ohjelma tuottaa tiedoston, joka ohjaa NC-työstökoneen toimilaitteita niin, että työstön loputtua saadaan CAD-mallin muotoinen kappale. Tunnettuja CAM-ohjelmia mm: Alphacam CATIA Delcam Edgecam GibbsCAM Mastercam SolidCAM SURFCAM WinCAM Wikipedia Computer-aided manufacturing (CAM) is the use of computer software to control machine tools and related machinery in the manufacturing of workpieces.this is not the only definition for CAM, but it is the most common; CAM may also refer to the use of a computer to assist in all operations of a manufacturing plant, including planning, management, transportation and storage. Its primary purpose is to create a faster production process and components and tooling with more precise dimensions and material consistency, which in some cases, uses only the required amount of raw material (thus minimizing waste), while simultaneously reducing energy consumption.cam is a subsequent computer-aided process after computer-aided design (CAD) and sometimes computer-aided engineering(cae), as the model generated in CAD and verified in CAE can be input into CAM software, which then controls the machine tool. 3

4 Scheer: CIM Towards the factory of the future Benefits of CAM CAM systems can maximize utilization of a full range of production equipment, including high speed, 5-axis, multi-function and turning machines, electrical discharge machining (EDM) and CMM inspection equipment. CAM systems can aid in creating, verifying, and optimizing NC programs for optimum machining productivity, as well as automate the creation of shop documentation. Advanced CAM systems with product lifecycle management (PLM) integration can provide manufacturing planning and production personnel with data and process management to ensure use of correct data and standard resources. CAM and PLM systems can be integrated with DNC systems for delivery and management of files to CNC machines on the shop floor. 4

5 Computer-aided manufacturing Typical areas of concern: - High Speed Machining, including streamlining of tool paths - Multi-function Machining - 5 Axis Machining - Feature recognition and machining - Automation of Machining processes - Ease of Use Digitaalinen valmistus Tuotantoprosessin tehokkuus on valmistavassa teollisuudessa tärkeä kilpailutekijä. Digitaalisella valmistuksella (Digital Manufacturing, DM) tarkoitetaan toimintatapaa, jossa tuotannon simulaation ja rinnakkain tapahtuvan tuotemäärittelyn sekä tuotantoprosessin suunnittelun avulla taataan mahdollisimman tehokas siirtymä tuotesuunnittelun virtuaalisesta maailmasta konkreettiseen tuotantoon. Digitaalinen valmistus on tuotteen elinkaarenhallinnan (PLM) osakokonaisuus, jossa tietokoneavusteisen valmistuksen, kolmiulotteisen virtuaalisen tuotemallin, raportoinnin ja analytiikan sekä erilaisten ryhmätyöskentelyjärjestelmien avulla tuetaan tuotemäärittelyn ja tuotannonsuunnittelun rinnakkaisuutta. Tässä lähestymistavassa PLMjärjestelmän jakamaa tuotantoteknologioiden tarpeisiin rikastettua informaatiota hyödynnetään syvällä tuotannon prosesseissa ja tietojärjestelmissä. 5

6 PLM Tuotteen elinkaaren hallinta, PLM (engl. Product Lifecycle Management): Kaikkien tuotteeseen liittyvien tietojen ja suunnitteluprosessien hallinta. Ohjelmisto kerää kaikki tuotteeseen liittyvät tiedot yhteen tietojärjestelmään, koko toimintaketjun helposti saavutettavaksi. Järjestelmä tukee verkostoitumista: tuotetiedon hajautettua tuottamista, hallintaa, jakelua ja käyttöä. Elinkaarensa aikana tuote käy läpi eri vaiheita: määrittely, suunnittelu, tuotanto, huolto ja käytöstä poisto. Tuotteen elinkaaren hallinta (PLM) huolehtii tuotetietojen käytettävyydestä tuotteen elinkaaren kaikissa toiminnoissa ja toimintojen rajapinnoissa. (Wikipedia) The top 20 largest CAM software companies, by direct revenues in year 2011, are sorted by revenues: Dassault Systèmes (Catia, SolidWorks) Siemens PLM Software (NX Cam) Delcam (PowerMill) Vero Software (VisiCam) PTC (Creo; ProEngineer) Tebis Open Mind Technologies Cimatron C&G Systems Missler Software CNC Software (Mastercam) CG Tech (Vericut) DP Technology SolidCAM SesCoi NTT Data Engineering Systems Nihon Unisys BobCAD-CAM Geometric Technologies SharpCam Surfware (SurfCam) Dolphin CAD/CAM USA Global flight RoutCad&RoutBot 6

7 Computer-integrated manufacturing (CIM) is the manufacturing approach of using computers to control the entire production process. This integration allows individual processes to exchange information with each other and initiate actions. Through the integration of computers, manufacturing can be faster and less error-prone, although the main advantage is the ability to create automated manufacturing processes. Typically CIM relies on closed-loop control processes, based on realtime input from sensors. It is also known as flexible design and manufacturing (FMS). CAM-ohjelmistoja 7

8 Catia V5 R21 Catia V5 R21 8

9 Catia V5 R21 Catia V5 R21 9

10 VisiCam MasterCam 10

11 VeriCut NX 11

12 Igems Vesisuihkuleikkauskoneen ohjelmointi Heeks CNC 12

13 PERUSKÄSITTEITÄ NC (numerical control) merkitsee numeerisesti ohjattua. Sitä käytetään peruskäsitteenä NUMEERINEN OHJAUS puhuttaessa tietokoneohjatuista työstökoneista. Joskus käytetään vanhemmista työstökoneiden ohjauksista puhuttaessa nimitystä NC-ohjaus. Tällainen ohjaus toimii ilman ohjelmamuistia ja tietokonetta, ja se lukee jatkuvasti muistivälinettä ja ohjaa työstökonetta sen mukaan 13

14 NC CNC 14

15 CAM (computer aided manufacturing) tietokoneavusteinen valmistus, lähinnä tietokoneavusteinen NC-ohjelmointi CAD (computer aided design) tietokoneavusteinen suunnittelu CIM (computer integrated manufacturing) Integroitu tuotanto,liiketoiminnan tehostaminen tehdasautomaation ja tietotekniikan keinoin DNC (direct numerical control) merkitsee suoraa tietokoneohjausta. Yleensä DNC-koneella tarkoitetaan NC-konetta, jonka muistiin siirretään NC-ohjelma suuremmasta yleistietokoneesta tiedonsiirtolinjan avulla. Ohjelmaa voidaan siirtää vaiheittain koneistustapahtuman etenemisen mukaan. Tällöin tuo yleistietokone voi suorittaa vaikkapa laaduntarkkailua ja muuttaa NC-koneen käyttäytymistä haluamakseen lähettämällä sille muunnellut, juuri laatimansa käskyt (adaptiivisuus). Näin DNC-järjestelmässä NC-koneen ohjaus ja yleistietokone keskustelevat koko ajan keskenään ja synkronoivat toimintojaan. NC-koneen käyntiä voidaan valvoa yleistietokoneella ja se voidaan kytkeä tehtaan muuhun integroituun toimintaan. 15

16 DNC (distributed numerical control) tarkoittaa hajautettua ohjelmien jakelua. Periaate on sama kuin suorassa tietokoneohjauksessa, mutta nyt ohjelmavarasto on isommalla tietokoneella, jonka kanssa usea NC-kone on vuorovaikutussuhteessa. MDI Manual data input. MDI-laitteella tarkoitetaan NC-ohjauksen näppäimistöä tai laitteistoa, jolla voidaan antaa tietoa käsin syöttämällä ohjauksen muistiin. AC (adaptive control) merkitsee adaptiivista säätöä. Adaptiivinen säätö on NC-koneissa toteutettava mittaus- ja säätöjärjestelmä. Sen tuottamaa informaatiota käsittelee joko koneen oma ohjaus, tai se välitetään käsiteltäväksi suuremmalle, laskentakykyisemmälle yleistietokoneelle. Koneistuksen aikana voidaan valvoa mm. kappaleen mittoja, työkalun kulumista tai taipumia, värähtelyitä sekä karamoottorin ottamaa tehoa. Näistä mittauksista lähetettävän tiedon avulla voi koneen ohjaus tai DNCtietokone suorittaa erilaisia laskentoja ja muuttaa akselien ohjausinformaatiota. 16

17 FM (Flexible manufacturing): FMU (flexible manufacturing unit) joustava valmistusyksikkö FMC (flexible manufacturing cell) joustava valmistussolu FMS (flexible manufacturing system) joustava valmistusjärjestelmä FMS (flexible manufacturing system) Fastems The MLS integrates logistics and information flow within your manufacturing process. Beginning with a layout design that maximizes shop floor utilization, and including ERP and tool management, the CNC program management system accommodates everything from single machines to factory-wide systems with multiple machine tools and all manufacturing resources. 17

18 NC-työstökoneet NC-työstökoneet 18

19 NC-työstökoneet NC-työstökoneet 19

20 NC-työstökoneet NC-työstökoneet 20

21 NC-ohjelma % O2004 ( :04) N5 G90 G10 L2 P1 X Y-125. Z120. A0 (G54 A0.) ( PARTNO : PEILIN_KONEISTUS ) ( TOOL : T2 End Mill D 20 Viim ) N15 G90 G54 G94 G00 X8.19 Y-0.41 S3500 M03 N20 G43 Z2. H92 M08 N25 G01 Z0.084 F700. N30 G01 X7.623 Z0.048 N35 X2.199 Z M98 P2005 L79 % % O2005 N40 X7.623 Z-1.44 N45 X Z-2.58 N50 X Z N55 X Z N60 X Z N65 X Z N490 X Z-2.58 N495 X7.623 Z-1.44 N500 X2.2 Z N505 G91 Y0.8 M99 % Powermill / Cimera %109 N10 (FILE:jompenkitara) N15 (MTR:Stainless Steel) N20 (THK:2.000) N25 (HPR:3800 BAR) N30 (ABR:GMA Garnet 80) N35 (ORF:0.25) N40 (TUB:0.76) N45 EXF1 = (KERF FOR WATERJET) N50 EXF2 = 250 (High pressure ABG:250 G/MIN) N55 EXF3 = 150 (Low pressure ABG:150 G/MIN) N60 EXF4 = 3800 (High pressure:3800 BAR) N65 EXF5 = 800 (Low pressure:800 BAR) N70 EXF9 = 1 (NUMBER OF ACTIVE TOOLS) N75 G71 N80 G0 X0 Y0 N85 M8 (HIGH PRESSURE) N90 (C:Jompen skitta) N95 G0 X Y N100 M4 N105 M6 NC-ohjelma (vesileikkaus) N110 G1 F273.0 X Y N115 G2 X Y I J N120 G2 X Y I J N125 G1 X N130 G1 F308 G40 X Y N135 G03 X Y I J N140 G1 F308 X Y N145 G1 X Y N150 G1 X Y N7490 G03 F308 X Y I J N7495 G03 X Y I J N7500 G03 X Y I J N7505 G1 X Y9.231 N7510 M7 N7515 G4 0.5 N7520 M5 N7525 G4 1.0 N7530 (IGEMS POST:AWJ-Aliko4-BR DATE [ ]) N7535 M30 %109 21

22 NC-ohjelma (vesileikkaus) TEKNILLISEN TIEDEKUNNAN KONEPAJA 22

23 Fanuc 11M - control spindle power 15 kw axes x=850 mm y=700 mm z=750 mm pallet size 630x630 mm adaptive machining control and monitoring Mitsui Seiki HR-5B machining centre Yasda YBM-850V precision center Fanuc 15 MA control spindle power 7,5 kw axes x=800 mm. y=500 mm, z=450 mm NC-controlled rotary table (A-axis) maximum spindle speed r/min positioning accuracy +/ mm repeating accuracy +/ mm 23

24 Vesisuihkuleikkaus Vesisuihkuleikkausjärjestelmä Aliko VSL 1531 XY-liikkeet 1550 x 3100 mm max. liikenopeus 15 m/min Z-liike 300 mm; max. liikenopeus 60 mm/s leikkauskorkeuden seuranta ja säätö ohjelmallisesti pumpun maksimipaine 6200 bar; portaaton paineensäätö Igems R9 vesileikkauksen ohjelmointi; postprosessori myös putkenleikkaukselle Ohjausohjelmisto: B&R Muita Särmäyspuristin Ursviken Optima Ohjaus Cybelec DNC Viisi NC-ohjattua akselia sekä automaattinen bombeeraus - Särmäysleveys max mm - Särmäysvoima 100tn Levyleikkuri Aliko 3012 CNC - Leikkausteho Fe50 12 mm / 3000 mm - NC-ohjattu takavaste - Automaattinen leikkausvälyksen ja kulman säätö 24

25 Koordinaattimittauskone Mitutoyo Strato-Apex 776, Mcosmos-2 CNC - ohjelmistolla NC-koneen koordinaatisto 25

26 Akselien suunnat on määritelty ns. "oikean käden säännön" mukaan (DIN 66217). Koneen edessä seisottaessa oikean käden keskisormi osoittaa pääkaran asetussuuntaa vastaan. Tällöin: peukalo osoittaa suuntaa +X etusormi osoittaa suuntaa +Y keskisormi osoittaa suuntaa +Z NC-koneen koordinaatisto 26

27 Särmäyspuristimen akselit Särmäyspuristimen akselit 27

28 JATKUU JAKSOLLA NC-KONEET JA NIIDEN OHJELMOINTI 28