Программная САМ-среда (от англ. Computer-aided manufacturing — «Автоматизация производственного процесса») предназначена для компьютерной подготовки технологической цепочки производственного процесса изделий. Фактически, САМ-среда предоставляет утилиты создания программ управления для обрабатывающего оборудования с ЧПУ. От качества их подготовки, удобства работы с САМ-программой, а также набора её функций во многом зависит успех производства качественных изделий в целом.
САМ-программы предназначены для установки в персональный, IBM-совместимый компьютер. Поскольку большинство моделей фрезерных станков с ЧПУ также могут работать под управлением персонального компьютера, желательно чтобы САМ-программа поддерживала и функции настройки/управления узлами фрезерного станка (например, ручное перемещение шпинделя, запуск функций самотестирования, восстановления после внезапного отключения электропитания и т. д.). Однако далеко не все САМ-программы сочетают в себе функции подготовки управляющих программ и контроля фрезерного оборудования.
От чертежей к готовому изделию
Сравнительно недавно путь от разработки изделия «в чертежах» до его выпуска на станочном оборудовании был очень длительным. Изделие «начиналось» с эскизного проекта, затем создавались рабочие чертежи деталей и узлов. Общая схема готового изделия в виде сборочного чертежа опять подвергалось «расчленению» — теперь уже на отдельные, тщательно проработанные чертежи деталировки. После многочисленных утверждений и согласований, по детальным чертежам создавались операционные карты. Они-то и попадали в руки к простым рабочим, непосредственно вытачивающим или фрезерующим изделия на станках с ручным управлением.
Широкое внедрение ЭВМ в производственный процесс позволило значительно сократить объём «бумажной» работы (или вовсе отказаться от неё) и ускорить подготовку производства. При этом 2D чертежи перестали быть основным средством «визуализации» изделий. На первое место вышла твердотельная 3D-модель, которая не просто отражает внешний вид изделия в сборе, но и допускает проведение расчётов на прочность, жёсткость и устойчивость. 3D-модели строятся в CAD-программах (сокращение CAD является аналогом русской аббревиатуры САПР — системы автоматизированного проектирования). Следовательно, CAD-среда является «фундаментом» для создания трёхмерных моделей, которые в свою очередь служат исходным материалом для разработки управляющих программ производства изделий в САМ-среде.
Производство изделий на фрезерном станке с ЧПУ
Система числового программного управления (ЧПУ) фрезерного станка воспринимает команды на обработку в виде строк кодов в файле управляющих программ. Вне зависимости от сложности готового изделия, управляющая программа создаётся по следующему алгоритму:
- В качестве базы берётся «плоский» эскиз изделия (это может быть чертёж детали, графический контур раскраиваемой заготовки или же узор на гравировку поверхности);
- На базе выбранного двумерного эскиза в CAD-среде строится 3D-модель изделия «в натуральную величину» (в том виде, которое изделие должно иметь в реальности, после изготовления);
- Готовая 3D-модель экспортируется в САМ среду и на неё «накладывается» маршрут обработки (траектория движения фрезы); на этом же этапе указывается тип режущего инструмента, режимы резания и ограничиваются области обработки для черновых и чистовых переходов;
- Созданная управляющая программа сохраняется и экспортируется при помощи специального постпроцессора (утилиты САМ-среды для обеспечения совместимости с конкретной моделью фрезерного станка).
По завершению этих этапов файлы управляющей программы могут быть загружены в память ЧПУ фрезерного станка, который в автоматическом режиме выполнит обработку заготовки в соответствие с созданной программой.
Критерии выбор САМ-программы
Как следует из вышеописанного, работа в САМ-среде является важным этапом в технологической цепочке производства изделий на современном оборудовании с ЧПУ. Следовательно, от широты возможностей и удобства использования САМ-программы во многом зависит успех качественного фрезерования изделий в условиях конкретного производства.
Первым и основным критерием выбора «правильной» САМ-программы является удобство её использования и лёгкость самостоятельного (интуитивного) освоения. Какой бы совершенной ни была программа, её широкие возможности могут остаться невостребованными при неудобном/сложном интерфейсе пользователя. На сегодняшний день лидером по доступности и широте функций может считаться программа «ArtCam». Её встроенных возможностей вполне достаточно для полноценной работы на фрезерном станке с ЧПУ, имеющим три степени свободы инструмента.
Следующим критерием выбора САМ-среды является направление производства. Если фрезерный станок с ЧПУ ориентирован на выпуск промышленных деталей, то и САМ-среда должна быть «заточена» под работу с твердотельными моделями. Примером таких программных пакетов является «PowerMill», «MasterCam», «ADEM», «SprutCAM», «Гемма».
При переходе к более сложному оборудованию с четырьмя и более степенями свободы режущего инструмента, необходим соответствующий «апгрейд» и САМ-программы. В качестве примера среды для работы «в связке» с 4-х координатным фрезерным станком можно привести программу «VISUALMILL».
Особого замечания требуют САМ-системы, оптимизированные для высокоскоростной обработки (ВСО). Как известно из теории, под ВСО понимается некоторая область режимов, где наблюдается значительное снижение силы резания. Это позволяет применять уникальный технологический подход (к примеру, обрабатывать закалённые стали после термической обработки), что очень ценно в условиях динамичного современного рынка. Однако процесс ВСО довольно сложен к реализации. Применительно к САМ-системам, необходима способность программы в реальном времени просчитывать траекторию с упреждением и заранее оптимизировать движение режущего инструмента, чтобы избежать резких разгонов/торможений «на поворотах» фрезы и не допустить критической нагрузки на узлы фрезерного станка. Примером удачного решения для создания управляющих программ «под ВСО» является пакет «HSMWorks», предназначенный для работы в составе известного продукта «SolidWorks».