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コンピュータ支援製造(CAM)とは

コンピューター支援製造(CAM)は、コンピューターソフトウェアと自動化された機械を使用して、高い精度と精度で製品を製造する製造方法です。 最新の機械とソフトウェア技術により、プロセス全体の制御を強化することで、より良い部品を製造することができます。

CAMツールは、CADソフトウェアで作成された製品モデルを使用します。 前者は、コンピュータモデルを工作機械が理解できる言語に変換して生成します。

CAMは、製品の計画、開発、管理、保管、およびロジスティクスでメーカーを支援することもできます。

CAMの主な目標は、効率を高め、無駄を減らすために、新しい製造設定を作成するか、既存の製造設定を改善することです。 製造プロセスとツールを高速化し、エネルギー要件を削減することで、この目標を達成します。 最終結果は、高度な一貫性、品質、および精度を備えています。

CAM自動製造プロセス

CAMシステムを使用してさまざまなプロセスを制御できます。これらのプロセスは、CNC工作機械(コンピューター数値制御)によって実行されます。これらの工作機械は、提供するGコードとMコードに従ってワークピースを処理します。 CAMは以下のプロセスを自動化できます。

フライス盤

CAMは、サブトラクティブ製造を必要とするアプリケーションでワークピースを自動的にフライス加工できます。 CAMを介して、機械工はワークピースブロック上の余分な材料を正確に取り除くことができます。

CAMとCNCの処理を組み合わせることで、これらのデータを使用して、処理ジョブの見積もりをすばやく作成できます。

旋回

旋削加工では、工作機械に対してワークピースを回転させることにより、ワークピースから余分な材料を取り除きます。 CNC旋盤は、最終製品を作成するための正しいプログラムシーケンスを作成するのに非常に効果的です。

これらの機械は、糸の彫刻、ローレット加工、面取り、表面処理などの他のプロセスも実行できます。

ウォータージェット、レーザー、プラズマ切断

CNCは、さまざまなタイプの切断機を自動化して、驚くべき精度でワークピースを彫刻できます。また、必要に応じてワークピースを彫刻することもできます。プラズマ切断は、金属などの導電性材料に使用できます。

EDMマシン

放電加工機は、部品に電気火花を伝播することによって部品を製造します。これらの火花は非常に高温に達するため、あらゆる材料を簡単に切断できます。 CAMを使用すると、これらの火花を制御して、ワークピースを高精度で切断できます。

CNC彫刻機

CNCルーターは、フライス盤と同様の作業ロジックを使用して、ワークピースから余分な材料を取り除きます。彼らは、木材、複合材、鋼、ガラス、プラスチックなど、CNCを介してさまざまな材料に対してさまざまな木工作業を実行できます。

3Dプリント

CAMは、3Dプリントなどの積層造形プロセスを効果的に制御することもできます。このプロセスを通じて、CAMは、互換性のある材料を層ごとに堆積することにより、目的の形状が準備されるまで、ほぼすべての形状を生成できます。

CAMの長所と短所

CAMの導入は製造業のターニングポイントでした。 それは多くの点で製造業を変えました。 CAMは、従来の固定自動化システムではなく、柔軟な自動化の時代を先導しました。

製造プロセスの変更は、実装がより簡単かつ迅速になります。 また、製造環境に大きな価値を追加する他のいくつかの機能もあります。 CAMシステムがメーカーに提供するいくつかの利点を見てみましょう。

コンピュータ支援製造の利点

高速で正確

コンピュータ支援製造は、製造プロセスを大幅にスピードアップできます。これらすべてが精度に影響を与えることはありません。これにより、CAMの一貫性と信頼性が高くなります。 CAMマシンは、比類のない精度で同じ製品を繰り返し作成するようにプログラムできます。単一のプロトタイプの製造も正確かつ高速です。

無駄を減らす

CAMを使用すると、手動処理で通常発生する廃棄物の量を減らすことができます。エラーの可能性が少ないため、同量の原材料で作られた製品が多くなっています。時間の経過とともに、この生産性の向上は向上します。製造業者は、利益を増やしたり、競争力のある価格を設定したり、あるいはその両方を行うことができるようになりました。

人件費を削減する

CAMは、ほとんどの製造プロセスを自動化することにより、人件費を節約できます。 CAMマシンの操作、保守、修理には熟練した労働力が必要ですが、従業員の数はCAMがない場合よりもはるかに少なくなります。

人件費を削減するもう1つの理由は、CAMマシンの多様性です。これらの機械は多くの異なる製造プロセスと互換性があり、製造プロセスを切り替えるときに特別な労力を必要としません。

製造管理の強化

機械加工工場にCAMを導入すると、製造業者がプロセス全体を制御できる量が増えます。 CAMツリーと呼ばれる機能により、製造工程を最初から最後までたどることができます。製造業者は、在庫、ツール、材料、作業座標、後処理などの多くの機能を制御できます。

CAMは、将来の使用、ジョブシーケンスの並べ替え、およびコピー/貼り付け処理操作のために処理テンプレートを保存することもできます。部品の変更は、機械を再プログラミングすることなく簡単に実行できます。ツールパスの関連付けにより、このような変更が行われると、ツールパスが更新されます。

コンピュータ支援製造のデメリット

CAMには多くの利点がありますが、制限がないわけではありません。これらは:

費用

CAMシステムの主な障害の1つは、インストールとメンテナンスのコストが高いことです。ハードウェアは高価であり、ソフトウェアも高価であるため、初期費用が非常に高くなります。

CAMは、手動コンポーネントよりも高価な高度なコンポーネントを使用します。また、コンピューターの処理能力、予防保守、およびCAMマシンの障害の修復の点でより高価です。

このような大規模な分割払いは、小規模なインストールの障害となる可能性があります。ただし、多くのCAMソフトウェアは、1回限りの購入ではなく、サブスクリプションベースのモデルを採用し始めています。これにより、初期費用が削減されるため、参入障壁が低くなります。

熟練労働者

CAMツールの範囲は広いです。新規ユーザーにとって、彼らは学ぶのが難しいです。コンピュータ支援製造のセットアップでは、熟練した従業員が手元のCAMシステムを十分に理解している必要があります。

これらのシステムは会社ごとに異なり、従業員はローカルシステムの使用法と機能を教える必要があります。また、CAMの機械的な問題を解決する方法についてのトレーニングが必要になる場合もあります。

システムが新しい機能を取得すると、このトレーニングを継続的に更新する必要がある場合があります。この種のトレーニングと練習は費用がかかり、施設に負担をかける可能性があります。

技術的な失敗

可能性は少ないですが、コンピュータエラーが発生する場合があります。もう1つの可能性は、CAMマシンの誤動作です。機械が故障した場合、手動生産を開始する代替手段がない可能性があるため、CAMの作業は簡単に停止する可能性があります。

1つのワークステーションでCAMの作業を停止すると、問題が修正されるまで他のすべてのポイントが停止するため、これは組立ラインの設定で特に有害です。

無駄

CAMを効果的に使用することで無駄を大幅に減らすことができますが、残り物を最小限に抑えることは保証されません。それの多くは製品設計に帰着します。製品モデルが最適でない場合、実際には高価なリソースの浪費を引き起こす可能性があります。

明らかになったとき、特に発泡スチロール、セラミック、特定の種類のプラスチックなど、リサイクルできない材料の場合は手遅れになる可能性があります。

廃棄された製品の廃棄またはリサイクルには、追加の時間とリソースが必要です。

産業におけるコンピュータ支援製造アプリケーション

CAMはさまざまな業界で使用できるため、どの業界でCAMを使用していないかを簡単に判断できる場合があります。 IT、電子機器、およびコンピューターベースの自動化プロセスの導入は、第3次産業革命の始まりです。その信じられないほどの利点のために、CNCはすぐに製造業を引き継ぎました。

CAMが革命を起こしたいくつかの業界を見てみましょう。

航空宇宙産業

この業界には、地球の大気圏内または大気圏外を飛行する可能性のある航空機の設計、製造、テスト、および保守が含まれます。業界は人命や財産に多くのリスクを抱えているため、厳しく規制されています。

飛行機には、設計どおりに動作する正確な部品が必要です。また、多くのテストに合格する必要があります。これには、航空機部品の一貫性と品質が必要です。したがって、手動処理では基準を満たす結果を得ることができません。

美的および機能的な理由から、複雑な幾何学的形状を持つ多くの自由曲面が必要です。多くの場合、これらの部品は、通常のエンジニアリング金属とは特性がまったく異なる珍しい材料で作られています。

コンピュータ支援製造は、上記のすべての課題に対する完璧なソリューションを提供します。その柔軟性、正確性、スピードは、予算を超えることなくこれらの傑作を作成するのに役立ちます。

自動車産業

今日の自動車産業は、航空宇宙産業に次ぐ最も先進的で要求の厳しい産業です。安全から汚染まで、自動車産業も厳格な監督の対象となっています。メーカーは、最高の価格/性能比を得るために、常に新しい材料、設計、方法を試しています。

構想段階からリリース段階まで、コンピュータ支援製造は製造業者にとって非常に有用であることがわかりました。 CAMは、工具軸の定義、サーフェス、ポリゴンメッシュなどの機能を備えた革新的な製品を製造できます。

CAMソフトウェアは、リーン生産方式やジャストインタイム製造などの概念と完全に統合しながら、複雑な形状を短期間で作成するための一連の焦点を絞ったツールパスとモデリングオプションを提供できます。

コンピュータ支援製造は、コスト、無駄、納期、およびエラーを大幅に削減できます。精度、表面仕上げ、一貫性、製造速度が向上します。これらの特性により、CAMは自動車産業の不可欠な部分となっています。

他の業界

上記の例に加えて、CAMは、コンピューターやスマートフォンのハードウェア製造、生物医学機器、製薬業界などの業界でも多くのアプリケーションを持っています。

要するに、ほとんどすべての現代の大規模製造環境では、生産性を高めるためにコンピューター支援製造を使用しています。 CAMはほとんどすべての主要なプロセスの自動化を実現しているため、現代の製造技術のコンピューター化された性質を避けながら、大量生産はほとんど不可能です。

CADとCAM

コンピューター支援製造の前の重要なステップは、コンピューター支援設計(CAD)です。 CADを使用すると、設計者は製品設計を作成、変更、および分析できます。また、これらの設計の機能とアプリケーションを確認することもできます。

CADとCAMの違いは明らかですが、このトピックは多くの人を混乱させる可能性があります。これは、違いに加えて、多くの類似点があるためです。

簡単に言えば、CADは製品の設計と図面に関連し、CAMは製造の側面に関連しています。 CADで作成されたエンジニアリング設計は、機械語(通常はGコードとMコード)に変換されてから、CNC駆動の機械に入力されます。機械は工作機械にコードに従って処理を行うように指示します。

CAD / CAMツールはさまざまなコンポーネントで構成されています。 CADツールは単なるコンピューターとCADソフトウェアです。両方を使用すると、グラフィックアーティスト/技術者/デザイナーは効果的に図面を作成できます。次に、この図面を正投影ビューまたはアイソメビューとして扱うことができます。図面の読みやすさを向上させるために、さまざまな操作を実行できます。

CAMツールは、コンピュータ、CAMソフトウェアパッケージ、および機械加工プロセスで使用されるCAMマシンで構成されています。 CAMマシンは、たとえば、3軸または5軸の制御マシニングセンターにすることができます。

CADからCAMへのプロセス

明らかに、このプロセスはCADから始まり、コンピューター支援製造(CAM)の段階に到達します。しかし、それだけではありません。 CAMマシンの制限は、設計者が設計段階で考慮しなければならない重要な要素です。

コンピュータ支援設計と製造を通じてコン​​ポーネントの設計と製造で発生する一連のイベントを見てみましょう。

設計プロセス

これは、設計プロセスの最初の段階と呼ばれます。このプロセスでは、設計者はCADソフトウェアでモデルを作成します。焦点は、部品の機能性、製造可能性、美学にあります。 CADは非常に複雑な設計を作成できますが、手元のCAMシステムで製造できない場合は役に立ちません。

設計者は、CADソフトウェアで2Dまたは3D設計を作成します。これらの設計はCADモデルと呼ばれます。製品の素材の特性によって、設計の複雑さが決まります。

座標を作成する

この段階で、設計者はモデルを座標に処理します。ソースモデルに座標を割り当てると、ソフトウェアの座標変換機能を使用できます。

製造シミュレーション

この段階で、設計者は生産シミュレーションを実行して、デバイスの製造能力に関連するモデルの実現可能性を評価します。モデルの構造とグラフィックスを製造ファイルと統合すると、モデルに隠されたエラーが明らかになり、それらを修正できるようになります。

これは、モデルの不整合が生産開始前の開発フェーズで解決されることを意味します。

完成した生産設定を明確に理解するために、生産サイクルを可能な限り正確にシミュレートします。これは、生産のすべての段階の専門家にロードマップも提供します。

コードを作成する

モデリングフェーズが完了したら、コンピュータ支援製造に移ります。設計データを含む最終モデルは、CADソフトウェアからCAMソフトウェアにエクスポートされます。 CADおよびCAM機能を備えたソフトウェアは、図面をエクスポートおよびインポートする必要はありません。

インポートが完了すると、ソフトウェアはCNC加工コードの作成を開始します。 CNC機械加工とは、元のワークピースを切断、旋削、穴あけ、ボーリング、フライス盤で完成部品にするというコンピューター制御の機械加工タスクを指します。

処理コードは、以下の要素をチェックした後に作成されます。

  • 幾何学的な一貫性
  • ツールパスを作成する
  • 適切なパラメータの選択
  • 入れ子など

幾何学的な一貫性

ソフトウェアは、コンピューターモデルの幾何学的エラー、特に製造プロセスに影響を与えるエラーをスキャンします。

ツールパスを作成する

製造ソフトウェアは、最適なツールパス設計を作成できます。ツールパスの設計とは、工作機械が製造プロセスでたどるルートを指します。

適切なパラメータの選択

次に、処理ソフトウェアは、処理要件に従って製造プロセスに適切なパラメータを選択します。切削速度、切削深さ、送り、電圧、クーラント流量、その他のパラメータを選択して、加工速度と表面仕上げの適切なバランスを実現します。

ネスト

次に、コンピュータ支援製造ソフトウェアは、設定された材料効率を維持しながら、ワークピースが短時間で処理を完了するための最適なレイアウトを見つけます。

セットアップと生産

このステップでは、CNCマシンの設定に焦点を当てます。 CNC工作機械の起動と操作には、特定の順序で実行する必要のある多くの操作が含まれます。機械工は、プレスタート、工具のロード、CNCプログラムのロード、ドライラン、プログラムの実行などのタスクを実行する必要があります。

このステップを完了すると、検査用の最終製品が得られます。

品質管理

次のステップは品質管理です。完成品は、組立ラインの次のステーションに入る前に、品質テストに合格する必要があります。品質管理後の次のステップは、顧客/消費者に出荷する前の部品の組み立てとワニス/仕上げの塗布です。

人気のCAD / CAMツール

設計および製造を目的とした多くのツールが市場に出回っています。 CADを提供するものもあれば、CAMのみを提供するものもあり、CADとCAMを組み合わせたソフトウェアもあります。 人気のあるコンピュータ支援製造ツールのリストは次のとおりです。

  • Fusion 360
  • Solidworks CAM
  • Solid Edge CAM Professional Edition
  • CATIA

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