مقاله بررسی تکنولوژی طراحی و تولید به کمک کامپیوتر (CADCAM) در 57 صفحه ورد قابل ویرایش

مقاله بررسی تکنولوژی طراحی و تولید به کمک کامپیوتر (CADCAM) در 57 صفحه ورد قابل ویرایش

مقدمه

مقدمه نویسنده:

رشد روزافزون تکنولوژی کامپیوتر و قابلیت‌های کنترلی، محاسباتی و گرافیکی آن موجب شده است تا این دستاورد حیرت‌انگیز بشری به عرصه طراحی و تولید قطعات صنعتی قدم بگذارد. استفاده از کامپیوتر در فرآیندهای طراحی و تولید «تکنولوژی طراحی وتولید به کمک کامپیوتر CAD/CAM

[Computer Aided Design and Computer Aided Manufacturing]

نام دارد . هنگامی که قطعات دارای تنوع و پیچیدگی‌های بسیاری هستند و نمی‌توان برنامة ساخت آنها را توسط ماشین CNC و به کمک دست انجام داد،‌کامپیوترها و نرم‌افزارهای کاربردی در هر دومرحله طراحی و ساخت به کمک انسان می‌آیند. برنامه ریزی فرایند ساخت، برنامه‌ریزی ملزومات مواد، کنترل کیفیت و تمامی مسائل مربوط به مدیریت خودکار تولید،‌با استفاده از این تکنولوژی به راحتی امکان‌پذیر است.

در سالهای اخیر نهدهای صنعتی کشورمان نیز به تدریج به اهمیت شناخت و به کارگیری تکنولوژی CAD/CAM پی‌برده‌اند. اینجانب نیز با توجه به مشغول بودن در صنعت هوافضا و نیاز به ساخت و مدلسازی و طراحی قطعات با استفاده از این فرآیند، اقدام به انتخاب این موضوع برای پروژة پایان تحصیلی خود نمودم. امید است این اقدام، پیش زمینه‌ای برای استفاده بیشتر از این فرایند برای تولید قطعات مورد نیاز کشورمان برای خودم و خوانندگان آن باشد.

1-1 تاریخچة CAD/CAM

در قرن 19 انقلاب صنعتی موجب رشد توان فیزیکی بشر شد. در قرن 20 نیز دومین انقلاب صنعتی با ظهور کامپیوترها به وجود آمده و قابلیت‌های فکری بشر را رشد داده است.

امروزه بدون استفاده از کامپیوتر نمی‌توان پروژه صنعتی مهمی را انجام داد. از اواخر دهه 50 میلادی با قوی شدن ظرفیت ذخیره و سرعت عملیات کامپیوترها، کاربرد آنها در پروژه های مهندسی به طور وسیعی روبه فزونی نهاد. مخصوصاً با ظهور تکنولوژی میکروالکترونیکی VLSI یا مدار مجتمع با مقیاس بسیار بزرگ، سخت‌افزار کامپیوتر هر روز ارزان و ارزان‌تر شد؛ به گونه‌ای که شرکت‌های صنعتی تمایل پیدا کردند، تا از قابلیت‌های آن استفاده کنند. به دلیل کوچک شدن سخت‌افزار کامپیوتر، این ابزار به سرعت در زمینه‌هایی از صنعت نفوذ کرد که به دلیل بزرگ بودن اندازة کامپیوترهای سنتی، امکان نفوذ چندانی نداشت. در نتیجه این تحولات در علم کامپیوتر، “طراحی به کمک کامپیوتر” و “تولید به کمک کامپیوتر” (CAD/CAM) به خاطر قابلیتی که در افزودن “بهره‌وری” داشت ،‌به سرعت در صنایع مهندسی مقبولیت یافت. همان‌طور که نام CAD/CAM نشان می‌دهد، این تکنولوژی می تواند چنین تعریف شود: “استفاده از کامپیوترها به منظور کمک به فرایند طراحی و تولید”؛ به عبارت دیگر CAD/CAM عبارت است از کابرد کامپیوترها در فرایند تولید قطعات مهندسی که از دفتر نقشه کشی شروع شده و پس از دپارتمان تولید، کارگاه ماشین، دپارتمان کنترل کیفیت، نهایتاً به انبار قطعات ساخته شده ختم می گردد.

این تکنولوژی روشی موثر، صحیح و رضایت‌بخش را برای طراحی و تولید محصولات با کیفیت عالی بیان می‌کند. CAD/CAM شامل دو بخش جداگانه به نام‌های ذیل می باشد:

1- طراحی به کمک کامپیوتر Computer Aided Desing

2- تولید به کمک کامپیوتر Computer Aided Manu facturing

این دوبخش در طی 30 سال گذشته به طور مستقل رشد کرده‌اند و هم اکنون هردوی آنها با هم تحت عنوان سیستم‌های CAD/CAM یکپارچه شده‌اند. معنای یکپارچگی این است که کلیه عملیات طراحی و تولید می تواند در یک سیستم واحد مورد نظارت و کنترل قرار گیرد.

طراحی به کمک کامپیوتر، اساساً بریک تکنیک متنوع و قدرتمند به نام گرافیک کامپیوتری (Computer Graphics) استوار است. گرافیک کامپیوتری عبارت است از ایجاد و دستکاری اشکال بر روی یک دستگاه نمایش به کمک کامپیوتر، گرافیک کامپیوتری در سال 1950 در دانشگاه ام.آی. تی آمریکا پایه‌ریزی شد و اولین تصاویر ساده برروی کامپیوتر «ویرل‌ونید» Whirlwind نمایش داده شد. با ظهور سخت‌افزار پیشرفته که حافظه و سرعت آن بالا و ارزان نیز بود، نرم‌افزارهای جدیدتری نیز در زمینه گرافیک به وجود آمدند. نتیجه چنین تحولی، کاربرد روزافزون CAD در صنعت بود. در آغاز، سیستم‌های CAD به صورت ایستگاههای نقشه‌کشی خودکاری بودند که در آن رسام‌های Plotter تحت کنترل کامپیوتر، نقشه‌های مهندسی را تولید می‌نمودند.

برای مدلسازی قطعه مورد نظر، از نرم افزارهای Solid works و Mechanical Descktop استفاده شده است. برای این کار مراحل زیر انجام شد:

1-5-تهیه نقشه قطعه مورد نظر:

که این کار، طرحی دو بعدی از قطعه مورد نظر، تهیه شد. که در شکل زیر این طرح نشان داده شده است.

2-5-استفاده از نرم افزار Mechanical Desktop:

در این مرحله مورد نظر را به محیط کاری Mechanical Desktop فراخوانی کردیم، و سپس نقاط Kritical قطعه مورد نظر، که برای کشیدن طرح سه بعدی قطعه لازم بود را استخراج کردیم. که در شکل زیر نشان داده شده است:

همانگونه که در شکل نیز پیدا است، در این مرحله یک نمای دو بعدی از سطح قطعه در نرم‌افزار Mechanical Desktop تهیه شد. حال یک طرح دو بعدی از قطعه مورد نظر در محیط Mechanical Desktop تهیه شده است، که در شکل نیز مشخص است.

3-5-طراحی قطعه مورد نظر در محیط Solid works:

پس از آنکه طرح دو بعدی تهیه شده در مرحله بالا، به محیط Solid works فراخوانی شد، ابتدا سعی شد که اندازه های قطعه مورد بررسی قرار گیرد که این امر با دستور Smart Dimension انجام گرفت. در مرحلة بعد با استفاده از دستور Extended Boss / Base به مدل دو بعدی ایجاد شده حجم داده شد که در شکل زیر تصویری از این مرحله نشان داده شده است این نرم‌افزار دارای قابلیت‌های زیادی می‌باشد که ما در مدلسازی از آن استفاده کردیم، از قبیل دوران مول در جهات مختلف که در شکل زیر مدل از نمای دیگری نشان داده شده است. و همچنین اعمال قید، که در مورد این قطعه که نیاز بود، جسمی با شکل موزون و دارای یالهای موازی و با زوایای خاص ایجاد شود، توسط دستور Add Relation مورد استفاده قرار گرفت. همچنین قسمتهایی از قطعه لازم بود که به طور کاملاً متقارن باشند، که این امر هم با استفاده از دستور Mirror Entities انجام شد. بعد از اینکه مدل مورد نظر حاظر شد، لازم بود که نقاط نیز در قطعه، با استفاده از دستور Fillet، اصلاح شود. که ما برای این مدل از چند نوع Fillet با توجه به محل قرارگیری آن استفاده کردیم. که در شکل زیر قطعه نهایی به همراه Fillet های اعمالی نشان داده شده است.

4-5-تهیه نقشه استاندارد قطعه مورد نظر:

یکی از قابلیت های این نرم، امکان دادن نقشه دوبعدی از سه نمای قطعه می‌باشد. که این امر با استفاده از دستور Made Drawing from part انجام شد که در شکل زیر نقشه سه نمای قطعه نشان داده شده است.

فصل ششم:

نوشتن G. Code برای ساخت قطعه مورد نظر:

پس از آنکه مدل قطعه مورد نظر آماده شد؛ حال در این مرحله با استفاده از نرم افزار Power Mill اقدام به تهیه برنامة ماشینکاری قطعه مورد نظر می نماییم.

حال برای آشنایی بیشتر با این مرحله، مراحل مختلف را با تصویر مربوط به آن آورده ایم.

ابتدا نرم افزار Power Mill را فراخوانی می کنیم، که نمای منوی اصلی آن مطابق شکل زیر است. در مرحله بعد با انتخاب دستور Import Model از منوی File، قادر خواهیم بود که مول تهیه شده را در نرم افزار Power Mill باز کنیم. که این مرحله در شکل زیر نشان داده شده است.

پس از ظاهر شدن مول، باید قالبی انتخاب شود که مول در آن قرار گیرد، و ما بتوانیم با ماشینکاری آن مدل مورد نظر را درآوریم، که ما در اینجا با انتخاب آیکون black From و سپس انتخاب Min/ Max Limits، و سپس انتخاب Calculate یک قالب برای ماشینکاری مول انتخاب می‌نماییم که در شکل زیر نشان داده شده است.

در مرحلة بعد با انتخاب آیکون Feed Rates Form، مقادیر مربوط به سرعت پیشروی سرعت باربرداری و سرعت دورانی اسپیندل را انتخاب می نماییم که در شکل نشان داده شده است. در مرحله بعد با انتخاب آیکون Rapid Move Heights Form، مقادیر مربوط به Safe Z و Start Z را انتخاب می کنیم، که معمولاً مقدار SafeZ را 5mm بیشتر انتخاب می کنیم. که در شکل زیر نشان داده شده است.

خرید فایل

مقاله تکنولوژی طراحی و تولید به کمک کامپیوتر (CADCAM)

مقاله تکنولوژی طراحی و تولید به کمک کامپیوتر (CADCAM)

1-1 تاریخچة CAD/CAM

در قرن 19 انقلاب صنعتی موجب رشد توان فیزیکی بشر شد. در قرن 20 نیز دومین انقلاب صنعتی با ظهور کامپیوترها به وجود آمده و قابلیت‌های فکری بشر را رشد داده است.

امروزه بدون استفاده از کامپیوتر نمی‌توان پروژه صنعتی مهمی را انجام داد. از اواخر دهه 50 میلادی با قوی شدن ظرفیت ذخیره و سرعت عملیات کامپیوترها، کاربرد آنها در پروژه های مهندسی به طور وسیعی روبه فزونی نهاد. مخصوصاً با ظهور تکنولوژی میکروالکترونیکی VLSI یا مدار مجتمع با مقیاس بسیار بزرگ، سخت‌افزار کامپیوتر هر روز ارزان و ارزان‌تر شد؛ به گونه‌ای که شرکت‌های صنعتی تمایل پیدا کردند، تا از قابلیت‌های آن استفاده کنند. به دلیل کوچک شدن سخت‌افزار کامپیوتر، این ابزار به سرعت در زمینه‌هایی از صنعت نفوذ کرد که به دلیل بزرگ بودن اندازة کامپیوترهای سنتی، امکان نفوذ چندانی نداشت. در نتیجه این تحولات در علم کامپیوتر، “طراحی به کمک کامپیوتر” و “تولید به کمک کامپیوتر” (CAD/CAM) به خاطر قابلیتی که در افزودن “بهره‌وری” داشت ،‌به سرعت در صنایع مهندسی مقبولیت یافت. همان‌طور که نام CAD/CAM نشان می‌دهد، این تکنولوژی می تواند چنین تعریف شود: “استفاده از کامپیوترها به منظور کمک به فرایند طراحی و تولید”؛ به عبارت دیگر CAD/CAM عبارت است از کابرد کامپیوترها در فرایند تولید قطعات مهندسی که از دفتر نقشه کشی شروع شده و پس از دپارتمان تولید، کارگاه ماشین، دپارتمان کنترل کیفیت، نهایتاً به انبار قطعات ساخته شده ختم می گردد.

این تکنولوژی روشی موثر، صحیح و رضایت‌بخش را برای طراحی و تولید محصولات با کیفیت عالی بیان می‌کند. CAD/CAM شامل دو بخش جداگانه به نام‌های ذیل می باشد:

1- طراحی به کمک کامپیوتر Computer Aided Desing

2- تولید به کمک کامپیوتر Computer Aided Manu facturing

این دوبخش در طی 30 سال گذشته به طور مستقل رشد کرده‌اند و هم اکنون هردوی آنها با هم تحت عنوان سیستم‌های CAD/CAM یکپارچه شده‌اند. معنای یکپارچگی این است که کلیه عملیات طراحی و تولید می تواند در یک سیستم واحد مورد نظارت و کنترل قرار گیرد.

طراحی به کمک کامپیوتر، اساساً بریک تکنیک متنوع و قدرتمند به نام گرافیک کامپیوتری (Computer Graphics) استوار است. گرافیک کامپیوتری عبارت است از ایجاد و دستکاری اشکال بر روی یک دستگاه نمایش به کمک کامپیوتر، گرافیک کامپیوتری در سال 1950 در دانشگاه ام.آی. تی آمریکا پایه‌ریزی شد و اولین تصاویر ساده برروی کامپیوتر «ویرل‌ونید» Whirlwind نمایش داده شد. با ظهور سخت‌افزار پیشرفته که حافظه و سرعت آن بالا و ارزان نیز بود، نرم‌افزارهای جدیدتری نیز در زمینه گرافیک به وجود آمدند. نتیجه چنین تحولی، کاربرد روزافزون CAD در صنعت بود. در آغاز، سیستم‌های CAD به صورت ایستگاههای نقشه‌کشی خودکاری بودند که در آن رسام‌های Plotter تحت کنترل کامپیوتر، نقشه‌های مهندسی را تولید می‌نمودند.

امروزه سیستم های CAD می‌توانند به مراتب بیشتر از نقشه‌کشی عادی کار انجام دهند. برخی از سیستم‌ها دارای قابلیت‌های تحلیلی نیز هستند . برای نمونه نرم‌افزارهایی از CAD وجود دارند که با روش المان محدود می توانند قطعات را از نظر مسائل تنش، حرارت و مسائل مکانیکی مورد تجزیه و تحلیل قرار دهند. همچنین نرم افزارهایی از CAD وجود دارند که می‌توانند حرکت قطعات را نیز مورد مطالعه قرار دهند. تولید به کمک کامپیوتر اساساً با ظهور کنترل عددی Numerical) Control) یا (NC) مطرح شد. در اواخر دهة 40 فردی به نام “جان پارسونز” Jon T.parsons روشی خاص برای کنترل یک ماشین ابزار ابداع کرد. در روش او کارت‌های سوراخ شده (Punched Cards) به کار برده شده بود. تا اطلاعات مختصاتی حرکت ماشین به آن ارائه گردد. در این حالت، امکان انجام ماشین‌کاری روی سطوح موردنظر توسط ماشین میسر می‌شد. با مشخص شدن مقادیر عددی برای حرکت محور ماشین ابزار، تحولی در حرکت مکانی ماشین ابزار ایجاد شد. اولین نمونه ماشین NC در سال 1952 ساخته شد. تا بتواند توانایی‌های آن را بیان کند. سپس، سازندگان ابزار و صنایع تولیدی متحداً ماشین‌های NC جدیدی متناسب با نیازهایشان ساختند. در اواخر دهة 50 کامپیوترها در دسترس بودند و مسلم شده بود که آنها می‌توانند مقادیر عددی مورد لزوم ماشین‌های کنترل عددی را تولید نمایند.

در این مرحله نیروی هوایی آمریکا با پرداخت مبالغ زیادی به دانشگاه ام.آی. تی خواستار طراحی یک برنامه‌نویس قطعه شد که بتواند برای تعریف حرکات هندسی ابزار، در ماشین‌های کنترل عددی به کار گرفته شود. نتیجه این کار پیدایش زبان APT [Auto matically Programed Tools] شد،‌که امروزه به عنوان زبان استاندارد ماشین NC ساخته شده است.

APT امکاناتی را فراهم می آورد که برنامه نویس قطعه می‌تواند میان دستورالعمل‌های ماشین‌کاری و ماشین ابزار ارتباط برقرار سازد. با ATP برنامه‌نویس می تواند اشکال ابزار، تلرانس‌ها،‌تعاریف هندسی، حرکات ابزار و فرامین کمکی ماشین را تعریف کند. تعدادزیادی زبان برنامه‌‌نویسی NC نیز براساس زبان APT بعداً به وجود آمدند. همانگونه که شرح داده شد، پیشرفت‌های اولیه CAM عمدتاً در حوزة کنترل عددی تمرکز داشته است. تا این اواخر، فرامین و دستور‌العمل‌های NC هنوز در دست انسان تولید و تصحیح می‌شدند.هم‌اکنون سیستم‌های CAM می‌توانند برنامه‌های NC را با درجه‌ای از صحت ودقت بالا تولید کنند و مسیر ابزار (Cutter Line) را برای مشخص شدن ترتیب مراحل ساخت روی صفحه تصویر Monitor سریعاً نشان دهند. برخی از این سیستم‌ها حتی قابلیت مدیریت کارخانه را نیز دارند؛ و جریان کار و مواد را در طول کارخانه هدایت می‌کنند. دست آورد تکنولوژیک جدیدی که به تدریج به جمع فعالیت‌های CAM پیوست، که در آن بازوهای متحرک خودکار، قطعات کاری و ابزارها را به کار می گیرند. ]رجوع به 1و 8[

2-1 مثالهایی کاربردی از تکنولوژی CAD/CAM در جهان

- درسیستم‌های اولیه CAD/CAM ، بیشتر تجهیزات حجیم بودند و قیمت بالای چند میلیون دلار داشتند. همچنین برای به کاربردن آنها نیاز به یک اپراتور بود که به کارهای برنامه‌ریزی و کاربرد کامپیوتر آشنایی داشته باشد. درنتیجه فقط شرکتهای بزرگ ساخت هواپیما و صنایع هوافضا و خودروسازی قادر به استفاده از آنها بودند؛ و هنوز هم بسیاری از تجیهزات سیستم‌های CAD/CAM تحت استفاده انحصاری این شرکت‌های بزرگ قرار دارد.

اما در حین سیر نزولی که در اندازه و قیمت این مجموعه روزبه روز صورت می‌گیرد، قدرت محاسباتی آنها بالا می‌رود. نتیجه این امر رشد و گسترش وسیع و سریع سیستم‌های مذکور در صنایع عمومی بود که از طریق وارد شدن این سیستم‌های مستقل و نه‌چندان هزینه بر که در آنها استفاده کننده می‌تواند عملیات طراحی خیلی پیچیده، تجزیه و تحلی و دیگر کارهای تولیدی را انجام دهد ،‌صورت گرفت. این امر یعنی بهره گیری از کامپیوترهای کوچک ،‌به استفاده کننده اجازه می‌دهد که بدون آموختن برنامه‌نویسی و نحوة‌ کاربرد کامپیوتر، از مزایای آن بهره بگیرد. اگرچه سیستمهای خیلی پیشرفته در کارخانه‌های بزرگ باقی می‌مانند، ولی بسیاری از کارخانه های کوچک که قبلاً توانایی خرید سیستم‌های CAD/CAM را نداشتند، هم‌اکنون جزواستفاده کنندگان این سیستم ‌ها می باشند. البته مهمترین انگیزه استفاده از CAD/CAM افزایش بهره‌وری Productivity مهندسی است. هزینه‌های بسیار زیاد تولید سنتی سفینه‌های فضایی، این کارخانه ها را واداشت که از چندین سال قبل برای تولید اقتصادی‌تر هواپیما، به فکر تجهیز کارخانه‌هایشان به سیستم‌ CAD/CAM بیفتند. به همین ترتیب ، صنایع خودروسازی این تکنولوژی را به عنوان بهترین راه ‌طراحی و تولید اتومبیل‌ها قلمداد کردند. طراحی وتولید به کمک کامپیوتر CAD/CAM ،‌امروزه ،‌به همة صنایع سرایت کرده است و در تولید بسیاری از محصولات به کار گرفته می شود.

خرید فایل