CAM

CAM - (ang. Computer Aided Manufacturing) - Komputerowe wspomaganie wytwarzania. Oprogramowanie, którego zadaniem jest integracja systemów projektowania i wytwarzania. Zadaniem systemów CAM jest wygenerowania kodu maszynowego - G code - w oparciu o stworzone modele CAD, który po przesłaniu do maszyny obróbkowej (głównie obrabiarki sterowane numerycznie takie jak tokarki, frezarki, lasery itd.) umożliwi wytworzenie projektowanej części z elementu wsadowego stanowiącego półfabrykat. Współczesne systemy CAM charakteryzują się mnogością modułów i opcji, które mogą zostać dodane i skonfigurowane pod indywidualne potrzeby przedsiębiorstwa, które wspomagają nie tylko produktywność i poprawę jakości wytwarzanych produktów, ale także działania organizatorskie takie jak ustalanie terminów dostaw materiałów, surowców oraz podzespołów. Dodatkową funkcją pakietów CAM jest wizualizacja i symulacja procesu wytwarzania, która pozwala na sprawdzenie czy wyrób zostanie wykonany poprawnie na bazie stworzonego kodu oraz czy nie dojdzie do uszkodzenia maszyny wytwórczej (np. w wyniku kolizji frezu ze stołem obrabiarki).

Integracja systemów CAD/CAE/CAM umożliwia stworzenie cyfrowego modelu obiektu, przeprowadzenie analizy zachowania obiektu w warunkach rzeczywistej pracy oraz jego fizyczne wytworzenie przy zastosowaniu obrabiarek. Wspomniane wcześniej systemy wraz z systemami CAP, CAQ i PPC wchodzą w skład komputerowo zintegrowanego wytwarzania.

Historia

Historia zastosowania narzędzi CAM sięga połowy lat 50 ubiegłego wieku. Za prekursora i twórcę pierwszego systemu CAM uważa się dr Patricka J. Hanratty'ego, amerykańskiego uczonego Uniwersytetu Kalifornijskiego, który w 1957 roku stowrzył dla koncernu General Motors system cyfrowego programowania maszyn obróbczych o nazwie "PRONTO", który uważany jest za pierwszy system CAM. W Europie za pioniera systemów CAD/CAM możemy uznać Pierre'a Bézier'a - inżyniera i matematyka pochodzącego z Francji, pracującego w ówczesnym czasie dla koncernu Renault. Pracując dla przedsiębiorstwa Renault stworzył i opatentował on w 1968 roku pierwszy system CAD/CAM o nazwie UNISURF, który został w pełni zaimplementowany z końcem połowy lat 70 ubiegłego wieku.

Z początku systemy CAM, były wykorzystywane w przemyśle samochodowym. Posiadające wiele błędów i niedociągnięć wymagały do obsługi wykwalifikowanej kadry operatorów maszyn CNC. Aktualnie cieszą się rosnącym zainteresowaniem w szerokich kręgach przedsiębiorstw produkcyjnych, niezależnie od ich wielkości, oferując szeroki wachlarz usług i modułów.

Podstawy systemów CAM

Integracja systemów CAD/CAE/CAM jest kluczowym elementem nowoczesnych rozwiązań inżynieryjnych. CAD (Computer-Aided Design) to technologia, która umożliwia projektowanie i modelowanie obiektów za pomocą komputera, CAE (Computer-Aided Engineering) natomiast pozwala na analizowanie i symulowanie zachowania tych obiektów w różnych warunkach. CAM (Computer-Aided Manufacturing) to z kolei technologia, która umożliwia automatyzację procesu produkcji na podstawie modeli CAD i danych z CAE. Integracja tych trzech systemów przynosi wiele korzyści. Przede wszystkim, umożliwia płynne przenoszenie danych między systemami, co eliminuje konieczność powtarzania prac projektowych. Dzięki temu projektanci i inżynierowie mogą skupić się na optymalizacji procesu produkcyjnego, zamiast tracić czas na ręczne przenoszenie danych.

Generowanie kodu maszynowego, znane także jako G code, jest kluczowym elementem systemów CAM. G code to specjalny język programowania, który kontroluje ruchy maszyn CNC (Computer Numerical Control). Proces generowania G code opiera się na modelach CAD, które są przekształcane na instrukcje, które można odczytać przez maszyny CNC. Proces generowania G code jest złożony i obejmuje wiele kroków. Na początku, model CAD jest analizowany pod kątem geometrii i właściwości materiałów. Następnie, na podstawie tych danych, generowane są ścieżki narzędziowe, które określają drogę, jaką narzędzie będzie podążać podczas obróbki materiału. Na koniec, generowany jest kod maszynowy, który zawiera wszystkie niezbędne instrukcje dla maszyny CNC.

Z czego składa się system CAM

System CAM składa się z podstawowych podsystemów :

• CAT (Computer Aided Testing) - komputerowe testowanie jakości maszyn, urządzeń i narzędzi - sprawdza stan techniczny maszyn i urządzeń wytwórczych oraz narzędzi i oprzyrządowania wytwórczego
• CAQ/CAQC (Computer Aided Quality/Computer Aided Quality Control) - komputerowo wspomagane sterowanie jakością produkcji - odpowiada za zapewnienie najwyższego poziomu jakości produktów
• CAMC (Computer Aided Manufacturing Control) - komputerowe sterowanie wytwarzania - programuje i steruje komputerowe urządzenia wytwórcze sterowane numerycznie

Zalety systemu CAM

• Podwyższenie produktywności
• Szybszy, dokładniejszy i łatwiejszy proces programowania
• Automatyzacja pracy
• Lepsze wykorzystanie potencjału maszyn CNC
• Łatwość wprowadzania zmian
• Lepsza kontrola nad procesem produkcyjnym oraz minimalizacja błędów i problemów

Wady systemów CAM

• Stosunkowo wysokie koszy oprogramowania (szczególnie dla mniejszych przedsiębiorstw)
• Dodatkowe koszty związane ze szkoleniami pracowników obsługujących oprogramowanie
• Pomimo minimalizacji, może wystąpić błąd systemowy, który zaburzy proces produkcyjny
• Koszty sprzętu komputerowego, który bez problemy poradzi sobie z obsługą całego systemu CAM

Zastosowanie systemów CAM

Systemy CAM (Computer-Aided Manufacturing) mają kluczowe znaczenie dla optymalizacji procesu wytwarzania. Jednym z głównych zastosowań CAM jest możliwość optymalizacji kolejności operacji. Dzięki temu można zoptymalizować sekwencję wykonywanych działań, co prowadzi do skrócenia czasu produkcji oraz poprawy wydajności. Kolejną ważną funkcją CAM jest możliwość optymalnego doboru parametrów skrawania. Systemy CAM umożliwiają precyzyjne określenie optymalnych wartości, takich jak prędkość posuwu czy głębokość skrawania. Dzięki temu można zoptymalizować proces skrawania, poprawić jakość wytwarzanych części i zwiększyć efektywność produkcji. Kolejnym aspektem, w którym systemy CAM znajdują zastosowanie, jest zoptymalizowane zużycie materiałów. Dzięki możliwości precyzyjnego programowania operacji skrawania, systemy CAM pozwalają minimalizować ilość odpadów. Poprzez optymalne rozmieszczenie części na materiałach i zoptymalizowanie ścieżek narzędzi, można zredukować straty materiałowe, co przekłada się na oszczędności finansowe dla przedsiębiorstwa.

Systemy CAM są niezwykle przydatne w programowaniu operacji skomplikowanych. Dzięki zaawansowanym algorytmom i narzędziom, CAM umożliwia programowanie skomplikowanych operacji, które mogłyby być trudne do wykonania manualnie. Przykładem takiej operacji może być frezowanie trójwymiarowych kształtów lub obróbka skrawaniem na maszynach hybrydowych. Kolejnym zastosowaniem systemów CAM jest możliwość synchronizacji pracy maszyn. Systemy CAM pozwalają na precyzyjne zaplanowanie i koordynację operacji na różnych maszynach w celu zwiększenia wydajności produkcji. Dzięki temu można zoptymalizować wykorzystanie dostępnych zasobów, zminimalizować czas przestoju maszyn i zwiększyć ogólną efektywność produkcji.

Systemy CAM znajdują szerokie zastosowanie w produkcji seryjnej. Dzięki możliwości precyzyjnego programowania operacji i optymalizacji procesu wytwarzania, CAM umożliwia produkcję dużej ilości identycznych części w krótkim czasie. To z kolei przekłada się na zwiększenie wydajności, skrócenie czasu produkcji i obniżenie kosztów.

Jednym z kluczowych aspektów zastosowania systemów CAM jest możliwość skrócenia czasu produkcji. Dzięki optymalizacji procesu wytwarzania, zoptymalizowanemu doborowi parametrów skrawania i synchronizacji pracy maszyn, CAM pozwala na efektywne wykorzystanie dostępnych zasobów i minimalizację czasu potrzebnego do wytwarzania części. Systemy CAM umożliwiają dokładne planowanie procesu wytwarzania. Dzięki precyzyjnemu programowaniu operacji, optymalizacji kolejności działań i synchronizacji pracy maszyn, CAM pozwala na skuteczne zarządzanie procesem produkcyjnym. Dzięki temu można uniknąć opóźnień, minimalizować ryzyko błędów i osiągnąć wysoką jakość wytwarzanych części.

Systemy CAM mogą być zintegrowane z innymi systemami zarządzania, takimi jak systemy ERP (Enterprise Resource Planning) i MES (Manufacturing Execution System). Integracja tych systemów pozwala na płynne przepływy informacji między nimi, co przekłada się na lepsze zarządzanie produkcją, dokładniejsze planowanie zasobów i monitorowanie postępu wytwarzania. Systemy CAM znajdują również zastosowanie w nowych technologiach, takich jak druk 3D i obróbka skrawaniem na maszynach hybrydowych. Dzięki możliwości programowania skomplikowanych operacji i optymalizacji procesu wytwarzania, CAM umożliwia efektywne wykorzystanie tych technologii i osiągnięcie wysokiej jakości wytwarzanych części.

Wszystkie te aspekty zastosowania systemów CAM w procesie wytwarzania przyczyniają się do poprawy efektywności, zwiększenia wydajności i oszczędności finansowych dla przedsiębiorstwa. Dlatego coraz więcej firm decyduje się na wdrożenie systemów CAM, aby zoptymalizować swoje procesy produkcyjne i osiągnąć konkurencyjną przewagę na rynku.

Metody i narzędzia CAM

• Obróbka skrawaniem. Obróbka skrawaniem jest jedną z najpopularniejszych metod w procesie wytwarzania. Wykorzystuje się w niej różnego rodzaju narzędzia skrawające, takie jak frezy, wiertła, tokarki czy strugarki. Narzędzia te są używane do usuwania materiału z przedmiotu obrabianego, w celu nadania mu pożądanych kształtów i wymiarów. Obróbka skrawaniem jest szeroko stosowana w wielu branżach, takich jak przemysł samochodowy, lotniczy, maszynowy czy metalurgiczny. Jest to niezwykle precyzyjny proces, który wymaga odpowiedniego doboru narzędzi skrawających, parametrów obróbki oraz umiejętności operatora. Dzięki obróbce skrawaniem można uzyskać wysoką jakość powierzchni oraz dokładność wymiarową.
• Wycinanie laserowe. Technika wycinania laserowego jest jedną z najnowocześniejszych metod używanych w procesie produkcji. Wykorzystuje ona wiązkę lasera do precyzyjnego wycinania różnego rodzaju materiałów, takich jak metal, plastik, drewno czy tkaniny. Wycinanie laserowe pozwala na uzyskanie bardzo precyzyjnych i skomplikowanych kształtów, które są trudne do osiągnięcia przy użyciu tradycyjnych narzędzi. Technika ta jest szeroko stosowana w branżach takich jak przemysł elektroniczny, motoryzacyjny, reklamowy czy odzieżowy. Wycinanie laserowe umożliwia szybką i efektywną produkcję, eliminując konieczność stosowania tradycyjnych metod wycinania, które są czasochłonne i mniej precyzyjne.
• Druk 3D. Druk 3D to innowacyjna metoda produkcji, która umożliwia tworzenie trójwymiarowych przedmiotów poprzez nanoszenie warstw materiału na siebie. Ta technologia rewolucjonizuje proces wytwarzania, umożliwiając szybką i elastyczną produkcję różnego rodzaju przedmiotów, od prototypów po finalne produkty. Druk 3D znajduje zastosowanie w wielu branżach, takich jak medycyna, architektura, przemysł spożywczy czy motoryzacyjny. Pozwala on na tworzenie skomplikowanych kształtów i struktur, które są trudne do osiągnięcia za pomocą tradycyjnych metod produkcyjnych. Dzięki drukowi 3D możliwe jest także tworzenie personalizowanych produktów, dostosowanych do indywidualnych potrzeb i preferencji klientów.
• Elektroerozja. Elektroerozja to metoda obróbki, która polega na usuwaniu materiału z przedmiotu przez działanie wyładowań elektrycznych. W procesie elektroerozji wykorzystuje się elektrody i dielektryki, które umożliwiają przepływ prądu i usuwanie materiału. Elektroerozję stosuje się głównie do obróbki twardych i trudnoobrabialnych materiałów, takich jak stal nierdzewna, hartowane stopy aluminium czy ceramika. Metoda ta jest szczególnie przydatna przy produkcji precyzyjnych elementów, takich jak formy wtryskowe, matryce czy narzędzia skrawające. Elektroerozja pozwala na uzyskanie bardzo dokładnych i precyzyjnych kształtów, które są trudne do osiągnięcia przy użyciu tradycyjnych metod obróbki.
• Obróbka plastyczna. Obróbka plastyczna jest jedną z najstarszych metod obróbki, która polega na odkształcaniu materiału bez usuwania materiału. W obróbce plastycznej wykorzystuje się różnego rodzaju techniki, takie jak walcowanie, kucie, tłoczenie czy gięcie. Techniki obróbki plastycznej znajdują zastosowanie w wielu branżach, takich jak przemysł metalurgiczny, samochodowy czy budowlany. Pozwalają one na kształtowanie materiału i nadawanie mu pożądanych kształtów i wymiarów. Obróbka plastyczna umożliwia również poprawę właściwości mechanicznych materiału, takich jak wytrzymałość czy sprężystość.
• Obróbka cieplna. Obróbka cieplna to proces polegający na poddawaniu materiałów działaniu wysokiej temperatury, w celu zmiany ich struktury i właściwości. Obróbka cieplna może obejmować różnego rodzaju operacje, takie jak hartowanie, przegrzewanie, odpuszczanie czy cementowanie. Obróbka cieplna znajduje zastosowanie w wielu branżach, takich jak przemysł metalurgiczny, lotniczy czy motoryzacyjny. Pozwala ona na poprawę właściwości materiałów, takich jak wytrzymałość, twardość czy odporność na korozję. Obróbka cieplna jest nieodłącznym elementem procesu wytwarzania, który pozwala na uzyskanie materiałów o pożądanych właściwościach.
• Obróbka powierzchniowa. Obróbka powierzchniowa to proces polegający na zmianie cech powierzchni przedmiotu, takich jak gładkość, chropowatość, twardość czy kolor. W obróbce powierzchniowej wykorzystuje się różnego rodzaju techniki, takie jak szlifowanie, polerowanie, malowanie czy hartowanie powierzchniowe. Techniki obróbki powierzchniowej mają szerokie zastosowanie w wielu branżach, takich jak przemysł meblarski, motoryzacyjny czy elektroniczny. Pozwalają one na poprawę estetyki i jakości powierzchni, nadając przedmiotom atrakcyjny wygląd i trwałość. Obróbka powierzchniowa jest niezwykle istotna w procesie produkcji, ponieważ wpływa na odbiór i użytkowanie produktów.
• Symulacja numeryczna. Symulacja numeryczna jest metodą, która polega na tworzeniu modelu numerycznego przedmiotu i symulowaniu jego zachowania w różnych warunkach. Wykorzystuje się w niej zaawansowane programy komputerowe, które umożliwiają analizę i optymalizację procesów produkcyjnych. Symulacja numeryczna jest szeroko stosowana w branżach takich jak przemysł lotniczy, samochodowy czy elektroniczny. Pozwala ona na przewidywanie i eliminowanie potencjalnych problemów produkcyjnych, takich jak odkształcenia, naprężenia czy wady konstrukcyjne. Symulacja numeryczna jest niezwykle przydatnym narzędziem w zarządzaniu procesem wytwarzania, umożliwiającym oszczędność czasu i kosztów.

CAM — artykuły polecane

Komputerowo zintegrowane wytwarzanie — CAE — Total Productive Maintenance — System MRP II — SCOR — Andon — System WMS — Zapewnienie jakości — Informatyczne wspomaganie systemu zarządzania jakością

Bibliografia

• Augustyn K. (2007), EdgeCAM: komputerowe wspomaganie wytwarzania, Helion, Gliwice
• Bis J. (2008), Komputerowe wspomaganie projektowania CAD: podstawy, Rea, Warszawa
• Chwesiuk K. (2013), Zintegrowany system informatyczny zarządzania w logistyce, Akademia Morska w Szczecinie, Szczecin
• Elanchezhian C. (2005), Computer Aided Manufacturing, Laxmi Publications, New Delhi
• Kundre T. (1993), Computer Aided Manufacturing, Tata McGraw-Hill Education, New Delhi
• Miecielica M., Wiśniewski W. (2005), Komputerowe wspomaganie projektowania procesów technologicznych, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa
• Stanisławski M. (2009), Komputerowe wspomaganie projektowania i analiz, CADraport, nr 7(08)

Autor: Krzysztof Krupa, Robert Stec, Kamil Tomziński