مقالات علمی
اجرای سیستم CAD/CAM در ورژن 5 کتیا برای شبیه سازی فرایند ماشینکاری CNC
چکیده
مقاله حاضر روش بهبود یافته شبیه سازی مجازی تکنولوژیهای تراشکاری و فرزکاری اجزای انتخاب شده در سطح رابط گرافیکی سیستم را مطرح می کند. هر تکنولوژی ماشینکاری بایستی با انتخاب شکل هندسی ابزارها و مواد برشکاری حمایت گردد. ابزار ماشین CNC سیستم تکنولوژیکی –ابزار برش پیشرونده – قطعه – فیکسچر بایستی از سختی کافی اطمینان حاصل کنند که تاثیر مستقیمی بر کیفیت پرداخت سطح محصول نهایی دارد. این فرایند تکنولوژیکی برای ورود به فرایند تولید اجزا و قطعات مهندسی دقت با اشکال پیچیده طراحی شده برای نیازهای صنایع خودرو و هوافضا اهمیت دارد. استفاده از بالاترین سطح برنامه ریزی از طریق سیستم مهندسی گرافیکی برای خلق برنامه های ISO با استفاده از ابزارهای ماشینی CNC طراحی شده است. کلیه شبیه سازیهای آزمایشات برشکاری نشان می دهند که ابزار تسطیح در فرایند برشکاری واقعی عملکرد خوبی از خود نشان داده و می تواند کارایی ماشین کاری فرایند ماشینکاری را بهبود بخشد. در همان زمان، فرایند تولید به خاطر نیازمندیهای عملکرد خشن کاری و کارایی ماشینکاری بایستی دارای تجهیزات و روش فرایند پیشرفته باشد. سپس، حجم کل برشکاری یک امپلر توسط ماشین CNC ماشینکاری می شود که راه اندازی می شود.
واژگان کلیدی: سیستم CAD/CAM ، تراشکاری، فرزکاری، استراتژی ماشینکاری، پس پردازنده(پس پرداز)، شبیه سازی مجازی
1. اجرای سیستم CAD/CAM ورژن 5 کتیا
اهمیت زیاد کلیه تکنولوژیها، مواد، ماشین آلات، روشهای پیشرونده و ابزارهای اطلاعاتی جدید که امکان استفاده کارآمدتر از مواد آغازین را فراهم می آورد، موادی اثربخش در هزینه و به اندازه کافی سریع برای تولید محصولات مطمن و باکیفیت تولید کرده و در راس همه اینها در بازار واقع در محیط رقابتی چالش برانگیز موفق می گردد.
فهرست علامات
=عمق برش
f= حرکت فیدیا تغذیه
n= سرعت چرخش محور
CAD= طراحی به کمک کامپیوتر
CAM= تولید به کمک کامپیوتر
CATIA = کاربرد تعاملی و برهم کنشی سه بعدی به کمک کامپیوتر
CNC= کنترل عددی کامپیوتر
HSC= برشکاری پرسرعت(سرعت بالا)
توسعه محصولات نو و تحقق آنها به وسیله ترکیبات فرایند و روشهای تولید پیشرفته در رقابت پذیری بین المللی مسئله ای کلیدی به شمار می رود. در فیلد تکنولوژیهای سریع جدید، که امروزه عمدتاً از طریق فرایندهای تولید افزایشی مطرح شده است، تکنولوژیHSC از اهمیت خاص و بسزایی برخوردار می باشد. مولفه روند امروز ، ماشین کاری در یک راه اندازی با حداقل کلمپ می باشد. این مهم باکاهش زمان ماشینکاری نهایی و حذف خطاهای ناشی از سوئیچینگ دستی قطعه حاصل می گردد. معرفی گرافیک کامپیوتر امکان خلق قطعات ، جابجایی و بررسی آنها را به کامپیوتر می دهد. کاربرد عمومی سیستم های کامپیوتری، مزایای متعددی به ارمغان می آورد. CAM رابطه نزدیکی با کارهای مهندسی تولید مثلاً برنامه ریزی فرایند و کنترل عددی (CNC) قطعه دارد. برنامه ریزی ماشین های CNC در سه سطح انجام می شود:
• برنامه ریزی DIN ISO، که کدهای G و M درج شده به روش دستی هستند. مزیت این روش، برنامه ریزی درست هر حرکت می باشد و عیب آن خطای فاکتور انسانی می باشد.
• برنامه ریزی کارگاه در سطح بالاتر. اجرا و کاربرد با این سیستم ها نیازمند حداقل دانش و آگاهی از برنامه ریزی DIN ISO بود. کلیه اطلاعات مربوط به قطعه به روش گرافیکی ثبت می گردند و پس از این کار ماشین شروع به کار کردن می کند. مزیت این روش، امکان شبیه سازی می باشد.
• سیستم های CAD/CAM که آماده سازی پیچیده فرایند تولید می باشند. CAD طراحی حمایت شده توسط کامپیوتر برای تولید می باشد. طرح ها و نقشه های قابل مدل سه بعدی محصول، اسناد فنی خلق و از نمایش 2 بعدی به 3 بعدی تبدیل می شوند. CAM تولید به کمک کامپیوتر می باشد. این روش نوعی اتوماسیون از طریق کامپیوتری شدن می باشد. CAM امکان خلق چرخه های ماشین شبیه سازی را فراهم می آورد. ادغام روشهای CAD/CAM ، امکان تولید کدهای CNC قطعات طراحی را فراهم می آورد.
ماشینکاری قطعات مختلف با اشکال پیچیده با استفاده از فرزکاری، سوراخ های دریل کاری و ... برای اجرای گریپینگ(حلقه زدن) و هر عملیات ماشینکاری روی ابزارهای مختلف ماشین امکان پذیر می باشد. با خودکار نمودن، فرایند تولید چنین قطعاتی کلیه عملیات ها را با حداقل تعداد کلمپینگ در مراکز ماشینکاری CNC محوری تر اجرا می کند. سیستم CAD/CAM کل فرایند تولید را سریعترنموده و در قطعاتی با شکل پیچیده مقیاس ، از اهمیت بسزایی برخوردار می باشد. به علاوه، سیستم های CAM به داده های گوناگونی نظیر نرخ تغذیه برنامه ریزی شده، طول ابزار، تعداد فلوت هاو... دسترسی حاصل می کنند. برای ارزیابی این مسئله که برای کدامیک، تحقق اولیه شیوه کمکی امکان جمع آوری این داده ها بدون نیاز به تعامل کاربر را فراهم می آورد، این پارامترها نقش مهمی ایفا می کنند.
2. شبیه سازی فرایند ماشینکاری CNC
اعمال فردی ضروری برای طراحی ماشینکاری در مراکز ماشینکاری CNC در سیستم CAD/CAM و مدول های به شرح ذیل می باشند:
• تعیین مناسب و هندسی برای قطعات و درخت کاری semi-on. یک مدل سه بعدی خلق کنید.
• خلق قالبهای بلنک ( مواد زبر) با مجوزمدلسازی .
• رفتن به مد ماشینی سیستم CAD/CAM و تعیین و تنظیم پارامتر ابزار که کار مدلسازی و طراحی را انجام می دهد.
• تعریف استراتژی عملیاتهای ماشینکاری که مدلهای semi-alone تعیین شده، میزان مقادیر مجاز ماشینکاری، تولرانس، سرعت برشکاری و حرکت تغذیه مسیر ابزار ماشین.
• تنظیم پارامترهای درست سایر ابزارهای برشکاری که کار برش و فرم دهی تیغه را انجام می دهند.
• ابزارهای ماشین فرزکاری و تراشکاری ذخیره شده در مرکز ماشینکاری به منظور آمادگی برای ساخت و بازرسی CAM. اجرای شبیه سازیهای ماشینکاری کنترل خروجی ( شکل 2و1).
• برنامه CNC در فرمت ISO ، به عنوان ابزار ماشین CNC و سیستم کنترل CNC .
پس از خلق فرایند تکنولوژیکی تولید، انتخاب استراتژی مناسب برای طراحی و پرداخت نواحی کارکردی ابزارهای دریل کاری و فرزکاری برای انتخاب مواد، شکل هندسی و نگهدارنده مغزی برشکاری انجام می شود. سپس پارامترهای بهینه برشکاری برای هر عملیات خشن کاری و پرداخت فرزکاری سخت ( سرعت تغذیه، فرزکاری) انجام میشود. مدل ساخته شده با ابزار به همراه وسطه در مدول محیطی در کار درخت قرار داده میشود. خلق فرایند تولید در راس درخت زیر نام قرار دارد. فراینداز طریق منو درماشین ابزار CNC تیپ طراحی مدول لیست می شود. سپس مبداکار W سیستم مختصات قطعه ماشین، تیپ پس پردازنده ها برای تولید کد CNC را تعیین می کنیم. از طریق تابع (عملیات های فرعی و کمکی)، شکل بهینه ابزار و مواد برش کاری، نگهدارنده های ابزار، مغزی تولید و استراتژی (شکل 3) کل فرایند تولید با استفاده از عملیات های فرزکاری ماشین کاری تعیین می گردد. با استفاده از تابع ، فرایند ماشین کاری شبیه سازی می گردد. سپس تابع (تولید کد NC) برنامه CNC را در فرمت ISO (کدهای G و M) با استفاده از کارت حافظه تولید و آنها را به سیستم کنترل برای ابزار ماشین CNC منتقل می کند. انتخاب استراتژی ماشین کاری به منظور تولید مسیر ابزار ماشین کاری دو هدف اصلی دارد: اجتناب از تلفات متحد معنادار و قابل توجه و کاهش زمان ماشین کاری. برای نیل به این اهداف، کمک ماشینکاری اغلب 2 تیپ استراتژی ماشینکاری اغلب بکاررفته در نرم افزار CAM برای ماشینکاری قالب ها و حدیده های فرج را به استاندارد HSM 3 محوری ربط می دهد.
• استراتژی صفحات موازی: جهت تغذیه ماشینکاری توسط صفحات موازی حاوی محور ابزار تعریف می شود
• استراتژی سطح Z: جهت تغذیه ماشینکاری در صفحات موازی مماس بر محور ابزار تعریف می شود
به طور کلی در کلیه نرم افزارهای CAM، محاسبه مسیرهای ابزار ابتداعاً از طریق انتخاب سطح ماشینکاری شده و شناسایی یا انتخاب اشکال اجتناب صورت می گیرد. زمانی که هر شکل اجتنابی انتخاب می شود، مسیرهای ابزار به مرزهای سطح ماشینکاری شده محدود می شوند. در مورد کاواک پیوند خورده به سطح ماشینکاری شده (ارتباط توپولوژیکی)، برای حفظ نقطه شروع نرخ تغذیه، مسیرهای ابزار را می توان توسعه داد.
3. شبیه سازی فرزکاری در CATIA V5
کد مورد نظر در سیستم CAD/CAM CATIA از طریق تابع کد اجرا می شود. به محض فعال شدن، این آیکون برای تشکیل برنامه CNC ، فرایند ماشینکاری فعال را تشکیل می دهد که در مراحل قبلی طراحی گردید. قبل از عمل تولید کد CNC ، لازم است داده های درست پیرامون روش ماشین کاری و ابزار تعیین و نگهدارنده اش تعریف گردد. کد تولید شده را می توان برروی کامپیوتر یا مستقیماً در مرکز ماشینکاری CNC ویرایش نمود، گزینه دوم از لحاظ کارایی تولید مطلوب نمی باشد. مرحله اولیه لازم و ضروری، حذف کد CNC تولید شده می باشد، زیرا این داده ها در مراکز ماشینکاری CNC و امحاء خطوط شماره گذاری تنظیم می شوند. تغییر فایل برای برنامه CNC بدون توسعه و بسط مهم می باشد تا بدین طریق برای مرکز ماشینکاری CNC خوانا شود. مرحله آخر، آپلود کد CNC برای واسطه قابل حمل و درج آن در مرکز ماشینکاری است که به خاطر کمبود مرکز ماشینکاری حافظه داخلی، کدها را مستقیماً از واسطه قابل حمل راه اندازی می کند
.شکل 1. فرایند فرزکاری منشوری روی قطعه CAD منتخب
شکل 2. شبیه سازی مجازی فرایند فرزکاری منشوری در CATIA V5
شکل 3. استراتژی فرایند فرزکاری منشوری و دیالوگ پنل برای تنظیمات شبیه سازی ماشینکاری
قطعات و اجزای مدل فرزکاری منشور در مرکز ماشینکاری عمودی با سیستم FANUC سری ساخته شدند.
پارامترهای ماشین: تغذیه کاری
میزکار ، ماکسیمم بار جدول 300 کیلوگرم
ماکسیمم سرعت اسپیندل ، تیپر اسپیندل
فضای کار: محور X ، محور Y ، محور Z
شیفت ها: سریع ، پیمایش سریع
خشن کاری:
پرداخت:
مواد قطعه کار: فولاد ابزار با
پس از کلمپینگ حدیده، راه اندازی صفحه و دیگر موارد اصلاحی مورد نیاز برای شروع ماشینکاری حائز اهمیت می باشد. برای فرزکاری مدل، از کاتر خشن کاری استوانه ای با مغذی کربید به قطر 32 میلی متر ، قطر ساقه 32 میلی متر، و شعاع انحنای 2 میلی متر استفاده می کنیم.برای مدل تهیه پروفایل ، از کاتر استوانه ای با قطر16 میلی متر، قطر شانک 16 میلی متر و شعاع 2 میلی متر استفاده می شود. از کاتر فرزکاری کروی با قطر 6 میلی متر برای حذف مواد اضافی از شیارها استفاده گردید.
فرزکاری پوینتینگ (نقطه ای) عمومی ترین روش تولید سطح بدون شکل معمولی است. مزیت چشمگیر این روش برای طراح و مهندس آن است که تقریباً همه سطوح پیچیده را با این روش به درستی می توان فرزکاری نمود. اما، عیب آن این است که ذاتاً وقت گیر می باشد. در مقایسه با فرزکاری نقطه ای، کارایی فرزکاری پهلو بالاتر از فرزکاری نقطه ای می باشد. سپس، به طور کلی این گونه تصور می شود که سطح بدون شکل را به شرطی می توان به این روش فرزکاری نمود که به شکلی نزدیک با سطح منظم و با قاعده تقریب زده شده باشد. بنابراین، سیستم CAD/CAM که درآن برنامه های CNC خلق می شوند، باید شکل هندسی قطعه را به دقت تشریح کرده، انعطاف پذیری لازم برای موقعیت نسبی ابزار و قطعه کار را داشته و همچنین توانایی محاسبه ویژگیهای فرایند برشکاری را داشته باشد.
4. شبیه سازی تراشکاری در CATIA V5
که محصول است عمدتاً در شرکت های فنی متوسط یا بزرگ کاربرد دارد.
تولید قطعات مدل با استفاده از با استفاده از منوی اصلی استارت اجرا می گردد که مدول ها نظیر در آن واقع می باشند، این مدول طرح ها و اشکال 2 بعدی خلق کرده و به عنوان مبنایی برای خلق مدلهای 3 بعدی در آینده در سایر قطعات محصول عمل می کند ( طراحی قطعه، طراحی شکل تولیدی، طراحی ورقه های فلزی، طراحی قاب سیمی و سطح، طراحی جوش). روش مکتوب درست خلق گردید که توانایی تعریف راههایی بین یک وسیله در طول فرایند اجرا را خواهد داشت.
به منظور فراهم آمدن امکان خلق ترسیم هاو طرح های فنی دقیق، توانایی ترسیم مدلهای سه بعدی از قطعات ماشین که مبنا و پایه کار بیشتر در سیستم های CAD/CAM را تشکیل می دهد، حائز اهمیت می باشد. مزیت مدلسازی و خلق طرح های پایه، ریشه در ساده سازی کنترل دارد به عبارتی کلیه ویژگیها و آیکون ها تک سطحی بوده و بر خلاف برخی سیستم های CAD دیگر، ایده بسیار بهتری برای کار خلق می کنند. پس از خلق طرح دو بعدی، از طریق تابع در مدولهای و ... می توان به رابط سه بعدی دست یافت. در رابط 3 بعدی، از توابع حاصله استفاده می کنیم که PART یا قطعاتی از محصول خلق می کنند که در این شرایط می توانیم به مدول ملحق شویم. مزیت CATIA سادگی اش می باشد. آیکون ها مستقیماً در طرفین دسک تاپ فعال قرار داده شده یا شما می توانید آنها را از طریق منوی اصلی فعال کنید. این ساختار کل سیستم با نظر به حیطه و فرصتهای شغلی CATIA الزامی و ضروری می باشد. به علاوه، CATIA می تواند با مستندات خلق شده در سیستم های CAD قدیمی تر (مثلاً فرمت ) مستقیماً در مدول خاص محاوره انجام دهد.
روش خلق در درخت به اصطلاح کاری بیان شده است که همیشه در سمت چپ دسک تاپ فعال قرار دارد ( به شکل 5 نگاه کنید). شبیه سازی فرایند ماشینکاری شامل مدول تولید می شود. مدول منو، ماشینکاری 2 محوری، 5. 2 محوری، 3 محوری و حتی 5 محوری و بیشتر می باشد. از طریق گزینه های زیر، مسیرهای چرخشی مختلفی می توانند ایجاد شوند، در عین حال شیارهای فرزکاری شده و سوراخ های دریل شده در قطعات چرخشی نیز ایجاد می شوند که به ویژه در صورتی کاربرد دارد که ابزار ماشین شامل محور C لوازم به اصطلاح مدیریت باشد. فرزکاری اشکال پیچیده از طریق مدول منوی اصلی عرضه شده توسط 3 محور NC و همچنین ماشینکاری 5 محوری تحقق می یابد. مدول CAM برای اتصال مدل CAD درCATIA با درخت محصولش طراحی شده است. این مدول می تواند قطعه خامی را انتخاب کند که قطعه نهایی از آن ساخته می شود. مدل 3 بعدی و قطعه در قطعه کاری لیست فرایند درج می شوند. سپس ابزار ماشین و سیستم کنترل، ابزارهای برشکاری و پارامترهای پردازش تحقق یافتند. پس از تعریف ، پارامترهای مورد نیاز نرم افزار CAM داده هایی به نام CL ( داده های مکان کاتر) تولید می کنند که ورودی متن در فرمت ISO می باشد که با استفاده از پس پردازنده ترجمه می شود.
شکل 4. فرایند قطعات مدل درطراحی مکانیکی سیستم CAD/CAM در مدول با استفاده از درخت به عنوان کار سابقه
شکل 5. روش تولید مسیرهای ابزار برای تعیین مرزهای خارجی و داخلی
5. نتیجه گیری
هدف مقاله حاضر ، ارائه مثالهای عملی در مورد تکنولوژی ماشینکاری HSC و برنامه ریزی ماشین های CNC با سیستم CAD/CAM می باشد. CATIA ارتباط و همدوسی و به هم پیوستگی تکنولوژی های جدید، مواد، ماشین آلات ، روشهای پیشرونده و ابزارهای اطلاعاتی را اثبات می کند که امکان کاربرد کارآمدتر مواد شروع کننده برای کاهش هزینه ها را فراهم می آورد. یکی از اهداف مقاله حاضر، پیشنهاد امکان خلق قطعات فرایند تولید برنامه CNC روی دستگاه نظام چرخان یا با جابجایی کم می باشد. این مهم با کوتاه کردن زمان ماشینکاری نهایی و در عین حال حذف خطاهای ناشی از سوئیچینگ دستی قطعه کار حاصلمی گردد. مقاله حاضر روش اتصال تکنولوژی ماشینکاری پرسرعت HSC را مطرح و گرافیک کامپیوتری مندرج در سیستم های CAD/CAM را معرفی می کند. از سیستم های CAM برای تهیه داده ها و خلق برنامه های CNC برای قطعات تولیدی استفاده می شود. مرحله اول در شبیه سازی فرایند تولید، انتخاب شکل مناسب و قطعات نیمه پرداخت شده می باشد. انتخاب قطعات با یافتن ترکیب مواد قطعات و تعیین کلاس کارایی اش ارتباط داشت. براساس یافته های قابلیت ماشینکاری، ابزارهای برشکاری مناسب و شرایط برشکاری برای برای ماشینکاری انتخاب گردید. مرحله دوم تعیین فرایندهای تولید بود. هدف از طراحی فرایند تولید، مدلسازی مونتاژهای ساخته شده در CATIA بود. ابتدافرایند تولید طراحی و با استفاده از سیستم CAM شبیه سازی گردید. کاهش چشمگیرزمان تولید به هزینه های تولید پائین تر کمک کرد. فرایند ماشینکاری براساس ارتباط تجربی و نظری بین شرایط برشکاری انجام می شود. عملیات ها و ابزارهای تولید با توجه به شکل هندسی و مونتاژ دقت مورد نیاز انتخاب شدند. در فرایند دوره های تدریس و برنامه ریزی ماشین های CNC و شیوه فنی برای ارتقاء راه حل های قدیمی تر و فرایندهای زمان های اصلی و اضافی ، می توان از نتایج مطرح شده در این مقاله استفاده و در عین حال صحت ابعادی قطعات ماشین را حفظ نمود. در برنامه های تحقیق آتی مثلاً مقایسه با مراکز ماشینکاری تراشکاری- فرزکاری CNC کارگاه موجود، روش شبیه سازی مطرح شده دارای محاسنی می باشد. اولاً، با این مراحل درونیابی، صحت کنتور به طور قابل توجهی بالاتر می باشد. ثانیاً، استفاده از خطوط کد G ساده برای مدول برنامه ریزی راحت تر می باشد. و درآخر، هزینه ماشینکاری به خاطر کاهش زمان ماشینکاری پائین تر می باشد.