コンピュータ支援製造

CADモデルとCNC加工部品

CAM（コンピュータ支援製造）は、コンピュータ支援モデリングまたはコンピュータ支援機械加工とも呼ばれ、 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]ワークピースの製造において工作機械を制御するソフトウェアの使用です。[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]これはCAMの唯一の定義ではありませんが、最も一般的なものです。[ 4 ]また、計画、管理、輸送、保管など、製造工場のすべての操作を支援するためにコンピュータを使用することを指す場合もあります。 [ 9 ] [ 10 ]その主な目的は、より高速な製造プロセスと、より正確な寸法と材料の一貫性を備えた部品とツールを作成することであり、場合によっては必要な量の原材料のみを使用する（したがって無駄を最小限に抑える）と同時に、エネルギー消費を削減します。CAMは現在、学校や低学年の教育目的で使用されているシステムです。 CAMは、コンピュータ支援設計（CAD）、あるいはコンピュータ支援エンジニアリング（CAE）に続くコンピュータ支援プロセスです。CADで生成されCAEで検証されたモデルをCAMソフトウェアに入力し、工作機械を制御することができます。CAMは多くの学校でCADと併用され、オブジェクトの作成に使用されています。

概要

WorkNC CAMを使用して製造された歯科インプラント用クラウン付きクロムコバルトディスク

伝統的に、CAMは数値制御（NC）プログラミングツールであり、 CADで部品の2次元（2D）または3次元（3D）モデルを生成します。他の「コンピュータ支援」技術と同様に、CAMは製造エンジニア、NCプログラマー、機械工などの熟練した専門家の必要性を排除するものではありません。CAMは、高度な生産性ツールを通じて最も熟練した製造専門家の価値を高めると同時に、可視化、シミュレーション、最適化ツールを通じて新しい専門家のスキルを構築します。[ 11 ]

CAMツールは通常、モデルを対象機械が理解できる言語（通常はGコード）に変換します。数値制御は工作機械や、最近では3Dプリンターにも適用できます。

歴史

CAMの初期の商用アプリケーションは、自動車産業と航空宇宙産業の大企業で行われました。例えば、ピエール・ベジエは1960年代にルノーで車体設計と金型用のCAD/CAMアプリケーションUNISURFを開発しました。[ 12 ]デラバル・スチーム・タービン・カンパニーのアレクサンダー・ハマーは、1950年にパンチカードリーダーで制御されたドリルを使用して、金属の塊からタービンブレードを段階的に穴あけする技術を発明しました。ボーイングは1956年に初めて、カーニー・アンド・トレッカー、ストロンバーグ・カールソン、トンプソン・ラモ・ウォルドリッジなどの企業製のNC工作機械を入手しました。[ 13 ]

歴史的に、CAMソフトウェアには、熟練したCNC加工士による過剰な関与を必要とするいくつかの欠点があると考えられていました。CAMソフトウェアは、各工作機械の制御が標準Gコードセットに追加され、柔軟性が向上するにつれて、最も能力の低い機械向けのコードを出力していました。CAMソフトウェアの設定が不適切であったり、特定の工具を使用している場合など、CNC工作機械を手動で編集しないとプログラムが正常に動作しないケースもありました。これらの問題は、試作や少量生産においては、思慮深いエンジニアや熟練した機械オペレーターが克服できないほど大きなものではありませんでした。Gコードはシンプルな言語です。大量生産や高精度加工を行う工場では、経験豊富なCNC加工士がプログラムを手動で作成し、CAMソフトウェアを実行しなければならないという、別の問題が発生しました。

CADとCAD/CAM/CAE製品ライフサイクル管理（PLM）環境の他のコンポーネントとの統合には、効果的なCADデータ交換が必要です。通常、CADオペレーターは、様々なソフトウェアでサポートされているIGES、STL、Parasolidなどの一般的なデータ形式のいずれかでデータをエクスポートする必要がありました。CAMソフトウェアからの出力は通常、Gコード/Mコードの単純なテキストファイルであり、時には数千ものコマンドが含まれ、その後、直接数値制御（DNC）プログラムを使用して工作機械に転送されるか、最新のコントローラーでは一般的なUSBストレージデバイスを使用して転送されます。

CAMパッケージは、機械工のように推論することはできず、現在も不可能です。大量生産に必要な範囲でツールパスを最適化することはできません。ユーザーは、使用する工具の種類、加工プロセス、そしてパスを選択します。エンジニアはGコードプログラミングの実用的知識を持っているかもしれませんが、小さな最適化と摩耗の問題は時間の経過とともに複雑化します。機械加工を必要とする大量生産品は、多くの場合、鋳造やその他の非機械的な方法で最初に製造されます。これにより、CAMパッケージでは生成できない、手書きで短く、高度に最適化されたGコードが可能になります。

少なくとも米国では、製造業の極限、すなわち高精度と大量生産に対応できる、若く熟練した機械工が労働力に加わる数が不足している。[ 14 ] [ 15 ] CAMソフトウェアと機械がより複雑になるにつれて、機械工または機械オペレーターに求められるスキルは、CNC機械工が労働力から排除されるのではなく、 コンピュータープログラマーやエンジニア のスキルに近づくように進歩している。

典型的な懸念事項
  • ツールパスの合理化を含む高速加工
  • 多機能加工
  • 5軸加工
  • 形状認識と加工
  • 機械加工プロセスの自動化
  • 使いやすさ

従来の欠点の克服

時間の経過とともに、CAMの従来の欠点は、ニッチなソリューションを提供するプロバイダーとハイエンドソリューションを提供するプロバイダーの両方によって軽減されつつあります。これは主に3つの分野で起こっています

  1. 使いやすさ
  2. 製造の複雑さ
  3. PLMおよび拡張エンタープライズとの統合[ 16 ]
使いやすさ
CAMを使い始めたばかりのユーザーにとって、プロセスウィザード、テンプレート、ライブラリ、工作機械キット、自動フィーチャベース加工、ジョブ機能に合わせてカスタマイズ可能なユーザーインターフェースなど、すぐに使える機能により、ユーザーの自信を高め、学習曲線を加速できます
エラーを回避するシミュレーションや最適化など、3D CAD 環境との緊密な統合により、3D 視覚化に対するユーザーの信頼がさらに高まります。
製造の複雑さ
製造環境はますます複雑化しています。製造エンジニア、NCプログラマー、機械工がCAMやPLMツールを必要とするのは、現代の航空機システムのパイロットがコンピュータ支援を必要とするのと同様です。この支援なしには、現代の機械を適切に使用することはできません。
今日のCAMシステムは、旋削、5軸加工、ウォータージェット、レーザー/プラズマ切断、ワイヤー放電加工など、あらゆる工作機械をサポートしています。今日のCAMユーザーは、合理化されたツールパス、工具軸の傾きの最適化による送り速度の向上、工具寿命と表面仕上げの向上、そして理想的な切削深さを容易に生成できます。切削工程のプログラミングに加えて、最新のCAMソフトウェアは、工作機械のプロービングなどの非切削工程も実行できます。
PLM および拡張エンタープライズ LM との統合により、コンセプトから完成品の現場サポートまで、製造とエンタープライズ オペレーションを統合します。
ユーザーの目的に適した使いやすさを確保するため、最新のCAMソリューションは、スタンドアロンのCAMシステムから完全に統合されたマルチCAD 3Dソリューションセットまで、拡張可能です。これらのソリューションは、部品計画、工場文書作成、リソース管理、データ管理・交換など、製造担当者のあらゆるニーズを満たすように設計されています。これらのソリューションが工具固有の詳細情報を漏洩するのを防ぐため、専用の工具管理ツールが提供されています。

機械加工プロセス

ほとんどの機械加工は多くの段階を経て進行し、[ 17 ]各段階は、部品の設計、材料、利用可能なソフトウェアに応じて、さまざまな基本的かつ高度な戦略によって実行されます

荒削り
この工程は通常、ビレットと呼ばれる原材料、またはCNC工作機械で最終モデルの形状に大まかに切削された粗鋳物から始まります。細部は考慮されません。フライス加工では、材料を除去する際に部品を複数の「ステップ」で削るため、結果にはテラスや段差が現れることがよくあります。これは、材料を水平に切削することで、工作機械の能力を最大限に活用するものです。一般的な加工方法としては、ジグザグ切削、オフセット切削、プランジ荒削り、レスト荒削り、トロコイドフライス加工（アダプティブ切削）などがあります。この段階での目標は、全体的な寸法精度をあまり気にせず、最短時間で最大限の材料を除去することです。部品を荒削りする際には、後続の仕上げ工程で除去するために、少量の余分な材料を意図的に残しておきます。
中仕上げ
この工程は、モデルを不均一に近似させ、モデルから一定のオフセット距離内で切削する荒削り部分から始まります。中仕上げパスでは、工具が正確に切削できるように少量の材料（スカロップと呼ばれる）を残す必要がありますが、工具と材料が切削面から離れてたわむほど少量であってはなりません。[ 18 ] 一般的な戦略は、ラスターパス、等高線パス、一定ステップオーバーパス、ペンシルミリングです
仕上げ
仕上げ加工では、材料を細かく段階的に通過させ、多くの軽いパスを加工することで完成部品を製造します。部品を仕上げ加工する際、工具のたわみや材料の跳ね返りを防ぐため、パス間のステップは最小限に抑えられます。横方向の工具負荷を軽減するために、工具の噛み合いは低減され、目標表面速度（SFM）を維持するために、送り速度と主軸回転数は一般的に増加します。高送りと高回転数での軽い切削片負荷は、しばしば高速加工（HSM）と呼ばれ、高品質の結果で加工時間を短縮できます。[ 19 ]これらの軽いパスの結果、均一で高い表面仕上げを備えた高精度の部品が得られます。速度と送りを変更することに加えて、機械工は多くの場合、荒加工用エンドミルとして使用されない仕上げ専用のエンドミルを持っています。これは、エンドミルの切削面に切りくずや欠陥が発生し、最終部品に縞模様や傷が残るのを防ぐためです
輪郭フライス加工
回転テーブルおよび／または回転ヘッド軸を備えたハードウェアにおけるフライス加工では、コンタリングと呼ばれる独立した仕上げ工程を実行できます。表面を近似するために細かい刻みでステップダウンするのではなく、ワークピースまたは工具を回転させ、工具の切削面が理想的な部品形状に接するようにします。これにより、高い寸法精度で優れた表面仕上げが得られます。この工程は、タービンブレードやインペラブレードなどの複雑な有機形状の加工によく使用されます。これらの形状は複雑な曲線と重なり合う形状のため、3軸加工機だけでは加工できません。[ 20 ]

ソフトウェア：大手ベンダー

参照

参考文献

  1. ^ Mörmann, WH; Bindl, A. (2002). 「オールセラミック、チェアサイドコンピュータ支援設計/コンピュータ支援加工修復」. Dental Clinics of North America . 46 (2): 405–26 , viii. doi : 10.1016/S0011-8532(01) 00007-6 . PMID  12014040
  2. ^ 「コンピュータ支援加工の方法および装置」 1997年9月16日。
  3. ^ Yong, Loong Tee; Moy, Peter K. (2008). 「コンピュータ支援設計/コンピュータ支援加工ガイド（NobelGuide™）による外科的インプラント埋入の合併症：初期臨床結果の評価」. Clinical Implant Dentistry and Related Research . 10 (3): 123– 127. doi : 10.1111/j.1708-8208.2007.00082.x . PMID 18241215 . 
  4. ^ a b米国議会、技術評価局（1984年）。「コンピュータ化された製造自動化」ダイアン出版、p. 48。ISBN 978-1-4289-2364-5。
  5. ^ホスキング、ディアン・マリー、アンダーソン、ニール（1992年）、組織変革とイノベーション、テイラー＆フランシス、240ページ、ISBN 978-0-415-06314-2
  6. ^デインティス、ジョン (2004). 『コンピューティング辞典』（第5版）. オックスフォード大学出版局. 102ページ. ISBN 978-0-19-860877-6。
  7. ^ Kreith, Frank (1998). CRC機械工学ハンドブック. CRC Press. p. 15-1. ISBN 978-0-8493-9418-8。
  8. ^マシューズ、クリフォード (2005).航空技術者データブック（第2版）. バターワース・ハイネマン. p. 229. ISBN 978-0-7506-5125-7。
  9. ^フランツ・ピヒラー、ロベルト・モレノ＝ディアス (1992).コンピュータ支援システム理論. シュプリンガー. 602ページ. ISBN 978-3-540-55354-0。
  10. ^ブースロイド、ジェフリー、ナイト、ウィンストン・アンソニー (2006). 『機械加工と工作機械の基礎（第3版）』CRCプレス、p.401. ISBN 978-1-57444-659-3。
  11. ^ University, Goodwin (2023-11-03). 「コンピュータ支援製造の重要性」 Goodwin University . 2025-08-15閲覧
  12. ^ Dokken, Tor. 「CADの歴史」 . SAGAプロジェクト. 2012年11月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2012年5月17日閲覧。
  13. ^サンダース、ノーマン. 「CAM/CADの最初の利用の可能性」 . Hal Portal Inria . 2023年10月30日閲覧。
  14. ^ライト、ジョシュア。「アメリカの熟練工のジレンマ：最も需要の高い労働者層の高齢化に伴い、不足が迫る」フォーブス。2023年4月14日閲覧。
  15. ^ Hagerty, James R. (2013年6月10日). 「求人多数」 .ウォール・ストリート・ジャーナル. ISSN 0099-9660 . 2018年6月2日閲覧。 
  16. ^ Gopi (2010-01-01). 『土木工学の基礎』 . ピアソン・エデュケーション・インド. ISBN 9788131729885。
  17. ^ CAMツールパス戦略。CNCクックブック。2012年1月17日閲覧
  18. ^ Agrawal, Rajneesh Kumar; Pratihar, DK; Roy Choudhury, A. (2006年6月). 「遺伝的アルゴリズムを用いたCNCアイソスカロップ自由曲面加工の最適化」. International Journal of Machine Tools and Manufacture . 46 ( 7–8 ): 811– 819. doi : 10.1016/j.ijmachtools.2005.07.028 .
  19. ^ Pasko, Rafal (1999). 「高速加工（HSM）– 現代切削の効果的な方法」（PDF） .国際ワークショップ CA Systems and Technologies .オリジナル（PDF）から2018年11月23日アーカイブ。 2018年6月2日閲覧。
  20. ^ゴメス、ジェファーソン・デ・オリベイラ;アルメイダ・ジュニア、アデルソン・リベイロ・デ;シルバ、アレックス・サンドロ・デ・アラウーホ。ソウザ、ギリェルメ・オリベイラ・デ。ヌネス、アクソン・マチャド（2010 年 9 月）。「TiAl6V4 ブレードをフライス加工する際の 5 軸 HSC の動的挙動の評価」。ブラジル機械科学工学協会のジャーナル。32 (3): 208–217。土井: 10.1590/S1678-58782010000300003。

参考文献

  • Yong, Loong Tee; Moy, Peter K. (2008年9月). 「コンピュータ支援設計/コンピュータ支援加工ガイド（ノーベルガイド™）による外科的インプラント埋入の合併症：初期臨床結果の評価」. Clinical Implant Dentistry and Related Research . 10 (3): 123–127 . doi : 10.1111/j.1708-8208.2007.00082.x . PMID  18241215
  • https://patents.google.com/patent/US5933353A/en
  • Amin, SG; Ahmed, MHM; Youssef, HA (1995年12月). 「有限要素解析を用いた超音波加工用音響ホーンのコンピュータ支援設計」. Journal of Materials Processing Technology . 55 ( 3–4 ): 254–260 . doi : 10.1016/0924-0136(95) 02015-2
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