CAM (ساخت به کمک کامپیوتر) چیست؟

بروز‌رسانی‌شده در اسفند 14, 1402

ساخت به کمک کامپیوتر یا به انگلیسی Computer-Aided Manufacturing (CAM) یک فرایند است که از نرم افزارها و تکنولوژی‌های رایانه‌ای برای طراحی و ایجاد برنامه‌های کنترلی برای ماشین‌های صنعتی و ادوات ساخت استفاده می‌کند. در واقع، CAM به صورت خودکار عملیات ساخت را بهبود می‌بخشد و دقت و کارآیی را افزایش می‌دهد. از جمله فعالیت‌های CAM می‌توان به طراحی قطعات، تعیین نحوه‌ی ماشینکاری (مثلاً تراشکاری یا فرزکاری)، تهیه بسیاری از اجزای پیچیده، مدل‌سازی سه بعدی، برنامه‌نویسی ماشین‌های CNC و بسیاری موارد دیگر اشاره کرد.

CAM به کاربر امکان می‌دهد تا بهبودهای طراحی را تجربه کند و فرایندهای ساخت و تولید را بهینه‌سازی کند. میخوای بشتر بدونی ساخت به کمک رایانه (CAM) چیه با مهندس حرفه ای همراه باش.

ساخت به کمک کامپیوتر (CAM): معرفی کامل برای مبتدیان

در دنیایی پر از مواد فیزیکی – چه محصولات یا قطعات – سیستم تولید به کمک رایانه (CAM) همه‌ی این‌ها را ممکن می‌کند. این ما هستیم که قدرت پرواز را به هواپیما می دهیم یا صدای اسب بخار را به خودروها. هنگامی که به چیزی ساخته شده نیاز دارید، علاوه بر طراحی آن، CAM پاسخ شماست. پشت پرده چه اتفاقی می افتد؟ به خواندن ادامه دهید، متوجه خواهید شد.^[1]https://www.autodesk.com/

ساخت به کمک کامپیوتر چیست؟

بر اساس آن تعریف، برای عملکرد یک سیستم CAM نیاز به سه مؤلفه است:

• نرم‌افزاری که به ماشین می‌گوید چگونه با ایجاد مسیرهای ابزار، یک محصول بسازد
• ماشین آلات صنعتی که می توانند مواد خام را به محصول نهایی تبدیل کنند
• با Post-processing مسیرهای ابزار را به زبانی تبدیل می کند که ماشین ها می توانند آن ها را بفهمند

این سه مؤلفه با بسیاری از نیرو ها و مهارت انسانی یکپارچه شده‌اند. به عنوان یک صنعت، ما سال‌ها را صرف ساخت و پالایش بهترین ماشین‌آلات تولیدی کرده‌ایم. بطوری که امروزه هیچ طرح سختی وجود ندارد که نشود آن را ساخت.

در مجموع، CAM یک ابزار قدرتمند برای بهبود فرآیندهای تولید و افزایش کارایی در صنایع مختلف است. این فناوری به توسعه صنایع تولیدی کمک بسیاری می‌کند و نقش مهمی در بهبود عملکرد و رقابت‌پذیری شرکت‌ها دارد.

فرآیند CAD به CAM

بدون CAM، CAD وجود ندارد. CAD بر طراحی یک محصول یا قطعه تمرکز دارد. این که چگونه به نظر می رسد، و یا چگونه کار می کند. CAM روی نحوه ساخت آن تمرکز دارد. شما می توانید ظریف ترین بخش را در ابزار CAD خود طراحی کنید،اما اگر نتوانید آن را با یک سیستم CAM به طور کارآمد تولید کنید، بهتر است بی خیال شوید!

آغاز هر فرآیند مهندسی در دنیای CAD اتفاق می‌افتد. مهندسان یک نقشه 2D یا 3D می‌کشند، خواه آن یک میل‌لنگ برای خودرو، بدنه داخلی یک شیر آشپزخانه، یا مدار الکترونیک‌ یک بُرد باشد. در CAD، هر طراحی را یک مدل می‌گویند که شامل یک مجموعه از خواص فیزیکی است که توسط یک سیستم CAM برای ساخت استفاده خواهد شد.

وقتی یک طراحی در CAD کامل شود، می‌توان آن را به نرم افزار CAM منتقل کرد. این کار به طور سنتی با خروجی گرفتن از یک فایل CAD و وارد کردن آن به نرم‌افزار CAM انجام می‌شود. اگر از یک ابزار مانند مسترکم یا پاورمیل و یا Fusion 360 استفاده کنید، هر دو CAD و CAM در یک نرم افزار وجود دارند، بنابراین نیازی به وارد/خروجی کردن نیست. (می توانید در خود نرم افزار طراحی و سپس مسیر ابزار تهیه کنید)

وقتی مدل CAD شما به نرم افزار CAM وارد می‌شود، نرم‌افزار شروع به آماده‌سازی مدل برای ماشین‌کاری می‌کند. ماشین‌کاری فرآیند کنترل شده‌ای است که مواد خام را به یک شکل مشخص تبدیل می‌کند از طریق اقداماتی مانند برش، سوراخ‌کاری، یا براده برداری.

آموزش مسترکم فرز Mastercam (فرزکاری) یک نرم افزار CAM پیشرفته.

نرم‌افزار ماشین‌کاری کامپیوتری (Computer Aided Manufacturing) یک مدل را برای ماشین‌کاری آماده می‌کند با انجام چندین عمل، از جمله:

• بررسی اینکه آیا مدل هرگونه خطای هندسی دارد که بر فرآیند تولید تأثیر بگذارد.
• ایجاد یک مسیرابزار برای مدل، یک مجموعه از مختصاتی که ماشین در طول فرآیند ماشین‌کاری دنبال می‌کند.
• تنظیم هر پارامتر مورد نیاز ماشین، از جمله سرعت برش، ولتاژ، ارتفاع برش/سوراخ‌کاری، و غیره.
• بهینه کردن برای برشکاری و چیدمان قطعات (nesting) که در آن سیستم CAM بهترین جهت برای یک قطعه را برای بیشینه کردن کارایی ماشین‌کاری تصمیم می‌گیر

اجرای یک مسیرابزار در Fusion 360. تصویر از Kansas City Kit

وقتی مدل برای ماشین‌کاری آماده شود، تمام اطلاعات به یک ماشین فرستاده می‌شود تا قطعه را به صورت فیزیکی تولید کند. اما ما نمی‌توانیم به ماشین یک دسته دستورالعمل به زبان انگلیسی بدهیم. ما باید به زبان ماشین صحبت کنیم. برای این کار، ما تمام اطلاعات ماشین‌کاری خود را به یک زبان به نام G-code تبدیل می‌کنیم. این مجموعه‌ای از دستورالعمل‌هایی است که عملکرد ماشین را کنترل می‌کند، از جمله سرعت، نرخ تغذیه، سردکننده‌ها، و غیره.

G-code خواندن آسان است وقتی که شما فرمت آن را متوجه شوید. یک مثال:

G01 X1 Y1 F20 T01 S500

این جی کدها از چپ به راست عبارتند از:

• G01 یک حرکت خطی بر اساس مختصات X1 و Y1 را نشان می‌دهد.
• F20 یک پیشروی را تنظیم می‌کند، که فاصله‌ای است که ماشین در یک دوران اسپیندل حرکت می‌کند.
• T01 به ماشین می‌گوید که از ابزار 1 استفاده کند، و S500 سرعت اسپیندل را تنظیم می‌کند.

مثال G-code یک راه بصری برای درک مختصات

وقتی G-code به ماشین بارگذاری شود، و یک اپراتور دکمه شروع را بزند، کار ما تمام شده است. اکنون زمان آن فرا رسیده است که به دستگاه اجازه دهیم کار اجرای G-code را انجام دهد تا یک بلوک مواد خام را به یک محصول نهایی تبدیل کند.

ماشین های CNC در یک نگاه

تا اینجا، ما درباره ماشین‌هایی که در یک سیستم CAM وجود دارند به عنوان ماشین‌های ساده صحبت کرده‌ایم، اما به این سادگی هم نیست. دیدن اینکه یک ماشین فرز Haas از روی یک بلوک فلز خام مثل کره براده برداری می‌کند من را به وجد می‌آورد. بدون این ماشین‌ها، کار کردن برای ما مهندس های ساخت و تولید غیرممکن بود.

ماشین فرز Haas در حال ماشینکاری

تمام ماشین‌های مختلف کنترل عددی کامپیوتری (CNC) مدرن برای تولید قطعات مهندسی استفاده می شوند. فرآیند برنامه‌ریزی یک ماشین CNC برای انجام اقدامات خاص CNC ماشین‌کاری نامیده می‌شود.

قبل از اینکه ماشین‌های CNC به وجود بیایند، ماشین های افزار به صورت دستی توسط ماشین‌کاران با تجربه اداره می‌شدند. البته، مانند همه چیزهایی که با کامپیوتر ادغام شده اند، خودکارسازی به زودی پیروز شد. این روزها تنها دخالت انسانی مورد نیاز برای اجرای یک ماشین CNC ،بارگذاری یک برنامه، گیره بندی و تنظیم ماده خام، و در آخر خارج کردن یک محصول نهایی است.

آموزش CAM نرم افزار مسترکم تراش Mastercam (تراشکاری) بهمراه محور C.

برخی  از ماشین‌های CNC عبارتند از:

1. روترهای CNC

این ماشین‌ها قطعات را برش می‌دهند و اشکال مختلفی را با سرعت بالا تراش می‌دهند. به عنوان مثال، یک روتر CNC که برای نجاری استفاده می شود، می تواند کار برش تخته سه لا را برای قطعات کابینت آسان کند. همچنین می تواند به راحتی با حکاکی های تزئینی پیچیده روی پانل درب را به راحتی انجام دهد. روترهای CNC دارای قابلیت برش 3 محوره هستند که به آنها اجازه می دهد در امتداد محورهای X، Y و Z حرکت کنند.

2. واترجت، پلاسما و لیزر

این ماشین‌ها از لیزرهای دقیق، آب فشار قوی، یا یک مشعل پلاسما برای انجام یک برش کنترل شده یا حکاکی استفاده می‌کنند. تکنیک‌های حکاکی دستی ممکن است ماه‌ها طول بکشد تا به صورت دستی تکمیل شوند، اما یکی از این ماشین ها می تواند همان کار را در چند ساعت یا چند روز کامل کند. برش های پلاسما برای برش مواد رسانای الکتریکی مانند فلزات مفید هستند.

3. ماشین‌های فرز

این ماشین‌ها از روی مواد مختلفی مانند فلز، چوب، کامپوزیت و غیره براده برداری می کنند. ماشین‌های فرز تنوع بسیار زیادی دارند با ابزارهای مختلفی که می‌توانند نیازهای خاص ماده و شکل را برآورده کنند. هدف کلی یک ماشین فرز این است که به صورت موثر از یک بلوک خام ماده را حذف کند (فرزکاری کند).

ماشین فرز CNC

4. ماشین‌های تراش

این ماشین‌ها نیز مانند یک ماشین فرز از روی مواد خام براده برداری می کنند، اما به شکل متفاوتی. یک ماشین فرز یک ابزار چرخشی و ماده ثابت دارد، در حالی که یک ماشین تراش ماده را می‌چرخاند و با یک ابزار ثابت برش می‌زند.

ماشین تراش CNC

5. ماشین های تخلیه الکتریکی (EDM)

این ماشین ها از طریق تخلیه الکتریکی شکل مورد نظر را از مواد خام برش می دهند. جرقه الکتریکی بین الکترود و ماده خام ایجاد می شود و دمای جرقه به 8000 تا 12000 درجه سانتیگراد می رسد. این به یک EDM اجازه می دهد تا تقریباً در هر چیزی در یک فرآیند کنترل شده و فوق دقیق ذوب شود.

ماشین تخلیه الکتریکی (EDM) CNC

عنصر انسانی در تولید به کمک رایانه (CAM)

از زمانی که CAM در دهه 1990 وارد صحنه شد، عنصر انسانی همیشه یک موضوع حساس بوده است. در دهه 1950، زمانی که جان تی پارسونز برای اولین بار ماشینکاری CNC را معرفی کرد، کارکردن ماهرانه با ماشین‌ها به مقدار زیادی آموزش و تمرین نیاز داشت.

این روزها، ماشین‌کار مدرن به عنوان انسان، ماشین و نرم‌افزار با یکدیگر ترکیب شده‌اند و صنعت‌مان را به جلو حرکت می‌دهند. مهارت هایی که قبلاً 40 سال طول می کشید، اکنون می‌توان در زمان کمی آن را فرا گرفت. ماشین‌های جدید و نرم‌افزار CAM به ما کنترل بیشتری نسبت به قبل برای طراحی و ساخت محصولات بهتر و مبتکرانه‌تر از اجدادمان داده‌اند، که آنها با کمال تعجب، اعتراف می‌کنند.

همه اینها برای عنصر انسانی تولید چه معنایی دارد؟ نقش یک ماشین‌کار سنتی در حال تغییر است. امروز ما شاهد محیطی از ماشین‌کاران مدرن هستیم که با سه نقش معمولی بازی می‌کنند:

• اپراتور. این فرد مواد خام را در یک دستگاه CNC بارگیری می کند و قطعات تکمیل شده را بررسی می کند.
• ماشینکار CNC. این فرد تنظیمات و ستاپ اولیه یک دستگاه CNC را انجام می دهد، از جمله بارگذاری یک برنامه G-code و تنظیم ابزارها است.
• برنامه‌نویس. این فرد نقشه‌ی یک مدل CAD را دریافت کرده و تصمیم می‌گیرد چگونه آن را با ماشین‌های CNC موجود خود تولید کند. وظیفه او تعریف مسیرهای ابزار، ابزارها، سرعت‌ها و feeds در G-code است تا کار تمام شود.

در یک جریان کاری معمول، برنامه‌نویس CNC برنامه خود را به ماشینکار CNC منتقل می‌کند که سپس او برنامه G-code را به ماشین بارگیری می‌کند. هنگامی که ماشین آماده برای کار شد، اپراتور قطعه ها را تولید می‌کند. در برخی از کارگاهها، این نقش‌ها ممکن است ترکیب شده و مسئولیت‌های دو نفر را یک شخص بر عهده داشته باشد.

به جز عملیات روزمره ماشین، مهندس ساخت و تولید نیز در تیم حضور دارد. در یک کارگاه جدید، این فرد به طور معمول سیستم‌ها را راه اندازی می‌کند و یک فرآیند تولید ایده‌آل را تعیین می‌کند. برای تنظیم‌های موجود، یک مهندس ساخت و تولید تجهیزات و کیفیت محصول را نظارت می‌کند و وظایف مدیریتی دیگر را انجام می‌دهد.

مزایای نرم افزار های CAM

ما باید از جان تی پارسونز برای معرفی روش کارت پانچ برای برنامه‌ریزی و خودکارسازی ماشین‌آلات تشکر کنیم. در سال 1949، نیروی هوایی ایالات متحده به پارسونز کمک مالی کرد تا یک ماشین خودکار بسازد که بتواند از ماشین های NC دستی بهتر عمل کند. پارسونز با کمک MIT توانست اولین نمونه اولیه NC را توسعه دهد.

جان پارسونز با ماشین آزمایشی NC. تصویر از Cms Industries.

از آنجا ، دنیای ماشین کاری CNC شروع به حرکت گرفت. در دهه 1950 ، ارتش ایالات متحده دستگاه‌های NC را خریداری کرد و آنها را به تولیدکنندگان اجاره داد. ایده این بود که شرکت‌ها را تشویق کند تا فناوری جدید را در فرآیند تولید خود ادغام کنند. در این زمان ، ما همچنین شاهد توسعه اولین زبان برنامه‌نویسی جهانی برای ماشین‌های CNC توسط دانشگاه MIT بودیم: یعنی G-code. که امروزه هم استفاده می شود!

سیستم جهانی G-code. تصویر توسط MachMotion.

دهه 1990 معرفی CAD و CAM به رایانه شخصی و انقلابی کامل در روش‌های ما برای نگرش به تولید امروزی ایجاد کرد. مشاغل اولیه CAD و CAM برای برنامه‌های گرانقیمت اتومبیل و هوانوردی اختصاص داده شده بودند ، اما اکنون نرم‌افزارهایی مانند پاورمیل، مسترکم، Fusion 360 برایکارگاههای تولید هر شکل و اندازه‌ای در دسترس است.

CAM از زمان آغاز به کار خود، بهبودهای زیادی را در فرآیند تولید ارائه کرده است، از جمله:

• قابلیت‌های بهتر ماشین. سیستم‌های CAM می‌توانند از ماشین‌آلات پیشرفته 5 محور بهره ببرند تا قطعات پیچیده‌تر و با کیفیت بالاتری تولید کنند.
• راندمان ماشین بهبود یافته است. نرم‌افزارهای CAM امروزی مسیرهای ابزار ماشین با سرعت بالا فراهم می‌کنند که به ما کمک می‌کند قطعات را به سرعت بیشتری تولید کنیم.
• استفاده بهینه از مواد. با استفاده از ماشین‌های افزودنی و سیستم‌های CAM ، می‌توانیم به کمک حداقل ضایعات بوجود آمده ، پیچیدگی‌های هندسی را تولید کرده و هزینه‌های کمتری داشته باشیم.

البته این مزایا دارای معایبی هستند. سیستم‌ها و ماشین‌آلات تولیدی به کمک رایانه به هزینه‌های اولیه زیادی نیاز دارند. به عنوان مثال، یک Haas VF-1 حدود 45 هزار دلار در خارج از درب قیمت دارد. حالا یک طبقه کامل از آن ها را تصور کنید. مشکل گردش مالی هم هست از آنجایی که کارکرد ماشین به یک تجارت ماهر کمتر تبدیل شده است، جذب و حفظ استعدادهای خوب دشوار است.

البته این مزایا دارای معایبی هستند. سیستم‌ها و ماشین‌آلات تولید کمکی کامپیوتری نیاز به یک هزینه اولیه عظیم دارند. به عنوان مثال ، یک Haas VF-1 حدود 45 هزار دلار هزینه اولیه دارد؛ حال تصور کنید کل یک کارگاه پر از اینهاست. همچنین مشکلاتی مثل نیروی ماهر برای برنامه ریزی و برنامه نویسی نیز وجود دارد، و جذب و حفظ استعدادهای خوب دشوار است.

CAM مرد است

CAM مرد است CAM فقط درباره کنترل ماشین‌ها در زمینه فروشگاه نیست. این درباره ترکیب نرم‌افزارها، ماشین‌ها، فرآیندها و افراد برای ساخت قطعات فوق‌العاده است. اگر این برای شما اولین بار است که وارد دنیای CAM می‌شوید ، بسیار تشویق می‌کنم که با یک کارگاه محلی تماس بگیرید و یک دور بازدید از این صنعت داشته باشید. احساس لرزش ماشین‌های CNC را در پاهایتان تجربه کنید یا دستتان را روی یک قطعه تازه تولید شده بکشید تا حسش کنید. این یک تجربه فوق‌العاده است که امیدوارم نسل‌های آینده بتوانند از آن لذت ببرند. CAM کاملاً درباره لمس انسانی است. 😉👍