Bilgisayar destekli modelleme

Vikipedi, özgür ansiklopedi
CAD modeli ve CNC işlenmiş parça

Bilgisayar Destekli Modelleme veya Bilgisayar Destekli İşleme olarak da bilinen Bilgisayar destekli imalat (CAM-Computer-aided manufacturing),[1][2][3] iş parçalarının imalatında takım tezgahlarını ve ilgilileri kontrol etmek için yazılımın kullanılmasıdır.[4][5][6][7][8] Bu, CAM için tek tanım değildir. Acak en yaygın olanıdır. CAM, planlama, yönetim, nakliye ve depolama dahil olmak üzere bir üretim tesisinin tüm operasyonlarında yardımcı olmak için bir bilgisayarın kullanımına da atıfta bulunabilmektedir.[9][10]

Birincil amacı, bazı durumlarda yalnızca gerekli miktarda hammadde kullanan (böylece atığı en aza indirirken), aynı zamanda enerji tüketimini de azaltan daha hassas boyutlar ve malzeme tutarlılığına sahip daha hızlı bir üretim süreci, bileşenler ve takımlar oluşturmaktır. CAM artık okullarda ve daha düşük eğitim amaçlı da kullanılabilen bir sistemdir. CAM, bilgisayar destekli tasarımdan (CAD) ve bazen bilgisayar destekli mühendislikten sonra gelen bilgisayar destekli bir süreçtir. Çünkü CAD'de oluşturulan ve gisayar destekli mühendisliğe doğrulanan model, daha sonra takım tezgahını kontrol eden CAM yazılımına girilebilmektedir. CAM, birçok okulda, nesneler oluşturmak için Bilgisayar Destekli Tasarım (CAD) ile birlikte kullanılmaktadır.

Genel bakış[değiştir | kaynağı değiştir]

WorkNC CAM kullanılarak üretilen diş implantları için kronlu krom-kobalt disk

Geleneksel olarak, CAM, CAD'de bileşenlerin iki boyutlu (2-D) veya üç boyutlu (3-D) modellerinin oluşturulduğu bir sayısal kontrol (NC) programlama aracı olarak kabul edilmiştir. Diğer "Bilgisayar Destekli" teknolojilerde olduğu gibi, CAM, imalat mühendisleri, NC programcıları veya makinistler gibi yetenekli profesyonellere olan ihtiyacı ortadan kaldırmaz. CAM, görselleştirme, simülasyon ve optimizasyon araçları aracılığıyla yeni profesyonellerin becerilerini geliştirirken, gelişmiş üretkenlik araçları aracılığıyla hem en yetenekli üretim profesyonellerinin değerinden yararlanmaktadır.

Bir CAM aracı genellikle bir modeli söz konusu makinenin bir diline, tipik olarak G-Code'a dönüştürür. Sayısal kontrol, işleme araçlarına veya daha yakın zamanda 3D yazıcılara uygulanabilmektedir.

Tarihçesi[değiştir | kaynağı değiştir]

CAM'ın ilk ticari uygulamaları, otomotiv ve havacılık endüstrilerindeki büyük şirketlerdir. Örneğin, Pierre Béziers, 1960'larda Renault'da otomobil gövdesi tasarımı ve aletleri için CAD/CAM uygulaması UNISURF'u geliştirilmeye çalışılmıştır.[11] DeLaval Buhar Türbini Şirketi'ndeki Alexander Hammer, 1950'de bir delikli kart okuyucu tarafından kontrol edilen matkapla, katı bir metal bloktan türbin kanatlarını aşamalı olarak delmek için bir teknik icat etmiştir.

Tarihsel olarak, CAM yazılımının, yetenekli CNC makinistlerinin aşırı yüksek düzeyde katılımını gerektiren çeşitli eksiklikleri olduğu görülmüştür. Fallows ilk CAD yazılımını yaratmıştır. Ancak bunun ciddi eksiklikleri vardı ve hemen geliştirme aşamasına geri alınmıştır. CAM yazılımı, daha fazla esneklik için standart G kodu setine eklenen her bir takım tezgahı kontrolü olarak, en az yetenekli makine için kod çıktısı vermektedir. CAM yazılımının veya belirli araçların yanlış ayarlanması gibi bazı durumlarda, program düzgün çalışmadan önce CNC makinesinin manuel olarak düzenlenmesi gerekmekteydi. Bu sorunların hiçbiri, düşünceli bir mühendisin veya yetenekli bir makine operatörünün prototip oluşturma veya küçük üretim çalışmaları için üstesinden gelemeyeceği kadar aşılmaz değildir. G-Code basit bir dildir. Yüksek üretim veya yüksek hassasiyetli atölyelerde, deneyimli bir CNC makinistinin hem programları elle kodlaması hem de CAM yazılımını çalıştırması gereken farklı bir dizi sorunla karşılaşılmıştır.

CAD'in CAD/CAM/CAE Ürün yaşam döngüsü yönetimi (PLM) ortamının diğer bileşenleriyle entegrasyonu, etkili bir CAD veri alışverişi gerektirmektedir. Genellikle CAD operatörünü, verileri çok çeşitli yazılımlar tarafından desteklenen IGES veya STL veya Parasolid formatları gibi yaygın veri formatlarından birinde dışa aktarmaya zorlamak gereklidir. CAM yazılımının çıktısı genellikle G-kodu/M-kodlarından oluşan, bazen binlerce komut uzunluğundaki basit bir metin dosyasıdır ve daha sonra doğrudan sayısal kontrol (DNC) programı kullanılarak veya modern Kontrolörler kullanılarak bir takım tezgahına ortak bir USB depolama aygıtı aktarılmaktadır.

CAM paketleri, bir makinist gibi akıl yürütemez. Takım yollarını seri üretimin gerektirdiği ölçüde optimize edememişlerdir. Kullanıcılar, kullanılacak takım tipini, işleme sürecini ve yolları seçecektir. Bir mühendis, G kodu programlama konusunda çalışma bilgisine sahip olabilirken, küçük optimizasyon ve aşınma sorunları zamanla birleşmektedir. İşleme gerektiren seri üretilen parçalar genellikle başlangıçta döküm veya başka bir makine dışı yöntemle oluşturulmaktadır. Bu, bir CAM paketinde üretilemeyen, elle yazılmış, kısa ve yüksek düzeyde optimize edilmiş G kodunu sağlamaktadır.

En azından Amerika Birleşik Devletleri'nde, üretimin uç noktalarında performans gösterebilecek işgücüne giren genç, yetenekli yüksek hassasiyet ve seri üretimli makinist sıkıntısı vardır.[12][13] CAM yazılımı ve makineler daha karmaşık hale geldikçe, bir makinist veya makine operatörünün gerektirdiği beceriler, CNC makinistini işgücünden çıkarmak yerine bir bilgisayar programcısı ve mühendisinin becerilerine yaklaşacak şekilde ilerlemektedir.

Tipik endişe alanları
  • Takım yollarının düzenlenmesi de dahil olmak üzere Yüksek Hızlı İşleme
  • Çok Fonksiyonlu İşleme
  • 5 Eksen İşleme
  • Özellik tanıma ve işleme
  • İşleme süreçlerinin otomasyonu
  • Kullanım kolaylığı

Tarihsel eksikliklerin üstesinden gelmek[değiştir | kaynağı değiştir]

Zamanla, hem niş çözüm sağlayıcılar hem de üst düzey çözüm sağlayıcılar tarafından CAM'ın tarihsel eksiklikleri azaltılmaktadır. Bu öncelikle üç alanda gerçkeleşmektedir:

  1. Kullanım kolaylığı
  2. Üretim karmaşıklığı
  3. PLM ve genişletilmiş kuruluş ile entegrasyon[14]
Kullanım kolaylığı
CAM kullanıcısı olarak yeni başlayan kullanıcı için, Proses Sihirbazları, şablonlar, kitaplıklar, takım tezgahı kitleri, otomatikleştirilmiş özellik tabanlı işleme ve iş işlevine özel uyarlanabilir kullanıcı arayüzleri sağlayan hazır özellikler, kullanıcı güvenini oluturmaktadır. Ayrıca öğrenme eğrisi süreci hızlandırmaktadır.
Kullanıcı güveni, hatadan kaçınma simülasyonları ve optimizasyonlar dahil olmak üzere 3B CAD ortamıyla daha yakın bir entegrasyon yoluyla 3B görselleştirme üzerine daha da inşa edilmektedir.
Üretim karmaşıklığı
Üretim ortamı giderek daha karmaşık hale gelmektedir. İmalat mühendisi, NC programcısı veya makinist tarafından CAM ve PLM araçlarına duyulan ihtiyaç, modern uçak sistemlerinin pilotunun bilgisayar yardımına olan ihtiyacına benzemektedir. Modern makineler bu yardım olmadan gerektiği gibi kullanılamaz.
Günümüzün CAM sistemleri, tornalama, 5 eksenli işleme, su jeti, lazer / plazma kesme ve tel EDM dahil olmak üzere tüm takım tezgahlarını desteklemektedir. Günümüzün CAM kullanıcısı, kolayca aerodinamik takım yolları, daha yüksek ilerleme hızları için optimize edilmiş takım ekseni eğimi, daha iyi takım ömrü ve yüzey kalitesi ve ideal kesme derinliği oluşturmaktadır. Modern CAM yazılımları, kesme işlemlerini programlamaya ek olarak, takım tezgahıyla problama gibi kesme dışı işlemleri de yürütebilmektedir.
Konseptten bitmiş ürünün saha desteğine kadar üretimi kurumsal operasyonlarla entegre etmek için PLM ve genişletilmiş kuruluş ile entegrasyon
Kullanıcı hedeflerine uygun kullanım kolaylığı sağlamak için modern CAM çözümleri, bağımsız bir CAM sisteminden tam entegre bir çoklu CAD 3D çözüm setine kadar ölçeklenebilmektedir. Bu çözümler, parça planlama, mağaza dokümantasyonu, kaynak yönetimi ve veri yönetimi ve değişimi dahil olmak üzere üretim personelinin tüm ihtiyaçlarını karşılamak için yaratılmıştır. Bu çözümlerin ayrıntılı araca özel bilgilerden korunması için özel bir araç yönetimi bulunmaktadır

Işleme süreci[değiştir | kaynağı değiştir]

Çoğu işleme, parça tasarımına,[15] malzemeye ve mevcut yazılıma bağlı olarak her biri çeşitli temel ve karmaşık stratejilerle uygulanan birçok aşamadan geçmektedir.

Kaba işleme
Bu süreç genellikle, kütük olarak bilinen ham stokla veya bir CNC makinesinin ince detayları göz ardı ederek kabaca nihai modelin şekline göre kestiği kaba bir döküm ile başlamaktadır. Frezelemede, strateji, malzemeyi kaldırırken parçada birden fazla "adım" aldığından, sonuç genellikle terasların veya basamakların görünümünü vermektedir. Bu, malzemeyi yatay olarak keserek makinenin yeteneğinden en iyi şekilde yararlanmaktadır. Yaygın stratejiler zig-zag temizleme, ofset temizleme, daldırmalı kaba işleme, kalan kaba işleme ve trokoidal frezelemedir (uyarlanabilir temizleme). Bu aşamadaki amaç, genel boyutsal doğruluk için fazla endişe duymadan en az zamanda en fazla malzemeyi çıkarmaktır. Bir parçanın kaba işlenmesi sırasında, sonraki son işlem(ler)de çıkarılmak üzere kasıtlı olarak az miktarda fazladan malzeme bırakılmaktadır.
Yarı bitiricilik
Bu süreç, modele eşit olmayan bir şekilde yaklaşan ve modelden sabit bir öteleme mesafesi içinde kesen kaba bir parça ile başlamaktadır. Yarı finisaj geçişi, takımın doğru bir şekilde kesebilmesi için az miktarda malzeme (tarak olarak adlandırılır) bırakmalıdır. Ancak takım ve malzeme kesme yüzeylerinden sapacak kadar az olmamalıdır.[16] Yaygın stratejiler raster geçişler, su hattı geçişleri, sabit adım geçiş geçişleri, kalemle frezelemedir.
Bitiricilik
Bitirme, bitmiş parçayı üretmek için ince adımlarla malzeme boyunca birçok ışık geçişini içermektedir. Bir parçayı bitirirken, takım sapmasını ve malzemenin geri yaylanmasını önlemek için geçişler arasındaki adımlar minimumdur. Yanal takım yükünü azaltmak için takım kavraması azaltılırken, hedef yüzey hızını (SFM) korumak için ilerleme hızları ve iş mili hızları genellikle artırılır. Yüksek ilerleme ve RPM'de hafif bir talaş yükü genellikle Yüksek Hızlı İşleme (HSM) olarak adlandırılır ve yüksek kaliteli sonuçlarla hızlı işleme süreleri sağlayabilmektedir.[17] Bu daha hafif geçişlerin sonucu, eşit derecede yüksek yüzey kalitesine sahip son derece hassas bir parçadır. Hızları ve ilerlemeleri değiştirmeye ek olarak, makinistler genellikle, hiçbir zaman kaba işleme parmak frezeleri olarak kullanılmayan son işlemeye özel parmak frezelere sahip olacaklardır. Bu, parmak frezeyi, kesme yüzeyinde son parçada çizgiler ve lekeler bırakacak talaşlar ve kusurlar geliştirmekten korumak için yapılmaktadır.
Kontur frezeleme
Dört veya daha fazla eksenli donanım üzerindeki frezeleme uygulamalarında, konturlama adı verilen ayrı bir bitirme işlemi gerçekleştirilebilmektedir. Bir yüzeye yaklaşmak için ince taneli artışlarla aşağı inmek yerine, iş parçası, takımın kesme yüzeylerini ideal parça özelliklerine teğet yapmak için döndürülmektedir. Bu, yüksek boyutsal doğrulukla mükemmel bir yüzey kalitesi sağlamaktadır. Bu işlem, karmaşık eğrileri ve üst üste binen geometrileri nedeniyle sadece üç eksenli makinelerle işlenmesi imkansız olan türbin ve çark kanatları gibi karmaşık organik şekilleri işlemek için yaygın olarak kullanılmaktadır.[18]

Kaynakça[değiştir | kaynağı değiştir]

  1. ^ Mörmann, W. H.; Bindl, A. (2002). "All-ceramic, chair-side computer-aided design/computer-aided machining restorations". Dental Clinics of North America. 46 (2): 405-26, viii. doi:10.1016/S0011-8532(01)00007-6. PMID 12014040. 
  2. ^ "Method and apparatus for computer aided machining" (İngilizce). 16 Eylül 1997. 1 Ekim 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  3. ^ Yong, Loong Tee; Moy, Peter K. (2008). "Complications of Computer-Aided-Design/Computer-Aided-Machining-Guided (NobelGuide™) Surgical Implant Placement: An Evaluation of Early Clinical Results". Clinical Implant Dentistry and Related Research (İngilizce). 10 (3): 123-127. doi:10.1111/j.1708-8208.2007.00082.x. PMID 18241215. 
  4. ^ Computerized manufacturing automation : employment, education, and the workplace (İngilizce). DIANE Publishing. 1984. ISBN 978-1-4289-2364-5. 
  5. ^ Hosking, Dian Marie; Anderson, Neil (1992), Organizational change and innovation, Taylor & Francis, s. 240, ISBN 978-0-415-06314-2 
  6. ^ Daintith, John (2004). A dictionary of computing (5 bas.). Oxford University Press. s. 102. ISBN 978-0-19-860877-6. 
  7. ^ The CRC Handbook of Mechanical Engineering, Second Edition (İngilizce). CRC Press. 24 Mart 1998. ISBN 978-1-4398-7606-0. 
  8. ^ Matthews, Clifford (2005). Aeronautical engineer's data book (2nd bas.). Butterworth-Heinemann. s. 229. ISBN 978-0-7506-5125-7. 
  9. ^ Pichler, Franz; Moreno-Díaz, Roberto (1992). Computer aided systems theory. Springer. s. 602. ISBN 978-3-540-55354-0. 
  10. ^ Boothroyd, Geoffrey; Knight, Winston Anthony (2006). Fundamentals of machining and machine tools (3rd bas.). CRC Press. s. 401. ISBN 978-1-57444-659-3. 
  11. ^ Dokken, Tor. "The History of CAD". The SAGA-project. 2 Kasım 2012 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 17 Mayıs 2012. 
  12. ^ Joshua Wright. Forbes. March 7, 2013. https://www.forbes.com/sites/emsi/2013/03/07/americas-skilled-trades-dilemma-shortages-loom-as-most-in-demand-group-of-workers-ages/
  13. ^ Hagerty, James R. (10 Haziran 2013). "Help Wanted. A Lot of It". Wall Street Journal (İngilizce). ISSN 0099-9660. Erişim tarihi: 2 Haziran 2018. 
  14. ^ Gopi (1 Ocak 2010). Basic Civil Engineering (İngilizce). Pearson Education India. ISBN 9788131729885. 
  15. ^ CAM Toolpath Strategies. CNC Cookbook. Retrieved on 2012-01-17.
  16. ^ Agrawal, Rajneesh Kumar; Pratihar, D.K.; Roy Choudhury, A. (June 2006). "Optimization of CNC isoscallop free form surface machining using a genetic algorithm". International Journal of Machine Tools and Manufacture. 46 (7–8): 811-819. doi:10.1016/j.ijmachtools.2005.07.028. 
  17. ^ Pasko, Rafal (1999). "HIGH SPEED MACHINING (HSM) – THE EFFECTIVE WAY OF MODERN CUTTING" (PDF). International Workshop CA Systems and Technologies. 
  18. ^ Gomes, Jefferson de Oliveira; Almeida Jr, Adelson Ribeiro de; Silva, Alex Sandro de Araújo; Souza, Guilherme Oliveira de; Nunes, Acson Machado. "Evaluation of 5-axis HSC dynamic behavior when milling TiAl6V4 blades". Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering (İngilizce). 32: 208-217. doi:10.1590/S1678-58782010000300003. ISSN 1678-5878.