Manufaktur Bantu Komputer (CAM): Bagaimana Ini Menggerakkan Produksi Modern

Di dunia yang penuh dengan benda fisik – baik itu produk, bagian, atau tempat – Computer Aided Manufacturing (CAM) membuat semuanya mungkin. Kami adalah yang memberikan kekuatan terbang ke pesawat atau gemuruh daya kuda ke mobil. Saat Anda perlu sesuatu dibuat, tidak hanya dirancang, CAM adalah jawaban Anda. Apa yang terjadi di balik layar? Terus baca, dan Anda akan mengetahuinya.

Apa itu CAM? Computer Aided Manufacturing (CAM) adalah penggunaan perangkat lunak dan mesin yang dikontrol komputer untuk mengotomatisasi proses manufaktur.

Berdasarkan definisi itu, Anda memerlukan tiga komponen agar sistem CAM berfungsi:

• Perangkat lunak yang memberi tahu mesin cara membuat produk dengan menghasilkan toolpath.
• Mesin yang dapat mengubah bahan baku menjadi produk jadi.
• Post Processing mengonversi toolpath menjadi bahasa yang dapat dipahami mesin.

Tiga komponen ini dikaitkan bersama dengan banyak tenaga kerja dan keterampilan manusia. Sebagai industri, kami telah menghabiskan tahun-tahun untuk membangun dan menyempurnakan mesin manufaktur terbaik di sekitar. Hari ini, tidak ada desain yang terlalu sulit bagi bengkel mesin yang kompeten untuk ditangani.

Proses CAD ke CAM

Tanpa CAM, tidak ada CAD. CAD berfokus pada desain produk atau bagian. Bagaimana tampilannya, bagaimana fungsinya. CAM berfokus pada cara membuatnya. Anda dapat merancang bagian yang paling elegan di alat CAD Anda, tetapi jika Anda tidak dapat membuatnya secara efisien dengan sistem CAM, maka Anda lebih baik menghindari.

Awal setiap proses rekayasa dimulai di dunia CAD. Insinyur akan membuat gambar 2D atau 3D, baik itu crankshaft untuk mobil, kerangka dalam keran dapur, atau elektronika tersembunyi dalam papan sirkuit. Dalam CAD, setiap desain disebut model dan berisi serangkaian properti fisik yang akan digunakan oleh sistem CAM.

Saat desain selesai di CAD, itu kemudian dapat dimuat ke dalam CAM. Traditionally dilakukan dengan mengekspor file CAD lalu mengimpornya ke perangkat lunak CAM. Jika Anda menggunakan alat seperti Fusion 360, baik CAD maupun CAM ada di dunia yang sama, jadi tidak perlu impor/ekspor.

Setelah model CAD Anda diimpor ke dalam CAM, perangkat lunak mulai menyiapkan model untuk pemesinan. Pemesinan adalah proses terkontrol mengubah bahan baku menjadi bentuk yang ditindaklanjuti melalui tindakan seperti pemotongan, pemboran, atau pembuatan lubang.

Perangkat lunak Computer Aided Manufacturing menyiapkan model untuk pemesinan dengan melewati beberapa tindakan, termasuk:

• Memeriksa apakah model memiliki kesalahan geometri yang akan mempengaruhi proses manufaktur.
• Membuat toolpath untuk model, serangkaian koordinat yang akan diikuti mesin selama proses pemesinan.
• Mengatur parameter mesin yang diperlukan, termasuk kecepatan pemotongan, tegangan, ketinggian potong/piercing, dan sebagainya.
• Mengonfigurasi nesting di mana sistem CAM akan memutuskan orientasi terbaik untuk bagian untuk memaksimalkan efisiensi pemesinan.

Setelah model disiapkan untuk pemesinan, semua informasi dikirim ke mesin untuk memproduksi bagian secara fisik. Namun, kami tidak bisa hanya memberikan sekumpulan instruksi dalam bahasa Inggris pada mesin. Kita perlu berbicara dalam bahasa mesin. Untuk melakukannya, kami mengonversi semua informasi pemesinan kita ke dalam bahasa yang disebut G-code. Ini adalah serangkaian instruksi yang mengontrol tindakan mesin, termasuk kecepatan, laju pengiriman, pendingin, dan sebagainya.

G-code mudah dibaca setelah Anda memahami formatnya. Contohnya seperti ini:

G01 X1 Y1 F20 T01 S500

Ini terurai dari kiri ke kanan sebagai:

• G01 menunjukkan gerakan linier berdasarkan koordinat X1 dan Y1.
• F20 mengatur laju pengiriman, yaitu jarak yang ditempuh mesin dalam satu putaran spindle.
• T01 memberi tahu mesin untuk menggunakan Alat 1, dan S500 mengatur kecepatan spindle.

Setelah G-code dimuat ke dalam mesin, dan operator menekan start, pekerjaan kami selesai. Sekarang saatnya untuk membiarkan mesin melakukan pekerjaan mengeksekusi G-code untuk mengubah blok bahan baku menjadi produk jadi.

Mesin CNC secara Singkat

Sampai titik ini, kita telah berbicara tentang mesin dalam sistem CAM secara sederhana sebagai mesin, tetapi itu benar-benar tidak memberikan keadilan padanya. Memantik mesin frais Haas meluruskan melalui blok logam seperti mentega membuat saya tersenyum setiap kali. Tanpa mesin ini, pekerjaan saya akan mustahil.

Semua pusat manufaktur modern akan menjalankan berbagai mesin Computer Numerical Control (CNC) untuk memproduksi bagian rekayasa. Proses pemrograman mesin CNC untuk melakukan tindakan tertentu disebut pemesinan CNC.

Sebelum mesin CNC hadir, pusat manufaktur dioperasikan secara manual oleh veteran pemesin. Tentu saja, seperti semua hal yang disentuh komputer, otomatisasi segera mengikuti. Hari ini, intervensi manusia yang diperlukan untuk menjalankan mesin CNC hanya memuat program, memasukkan bahan baku, dan kemudian membuang produk jadi.

Di bengkel Autodesk Pier 9, kami memiliki contoh yang baik dari mesin CNC, termasuk:

CNC Routers

Mesin ini memotong bagian dan mengukir berbagai bentuk dengan komponen berputar kecepatan tinggi. Misalnya, CNC router yang digunakan untuk pembuatan kayu dapat dengan mudah memotong plywood menjadi bagian lemari. Ini juga dapat dengan mudah mengatasi ukiran dekoratif yang kompleks pada panel pintu. CNC routers memiliki kemampuan pemotongan 3-axis, yang memungkinkan mereka bergerak sepanjang sumbu X, Y, dan Z.

Water, Plasma & Laser Cutters

Mesin ini menggunakan laser yang presisi, air tekanan tinggi, atau obor plasma untuk melakukan potongan terkontrol atau finishing terukir. Teknik ukiran manual dapat memakan waktu bertahun-tahun untuk diselesaikan dengan tangan, tetapi salah satu mesin ini dapat menyelesaikan pekerjaan yang sama dalam jam atau hari. Plasma cutter berguna untuk memotong bahan yang dapat menghantarkan listrik seperti logam.

Milling Machines

Mesin ini mengikis berbagai bahan seperti logam, kayu, komposit, dll. Mesin frais memiliki keversatan besar dengan berbagai alat yang dapat memenuhi persyaratan bahan dan bentuk tertentu. Tujuan keseluruhan mesin frais adalah mengeluarkan massa dari blok bahan baku secara efisien sebanyak mungkin.

Lathes

Mesin ini juga mengikis bahan baku seperti mesin frais. Mereka melakukannya dengan cara yang berbeda. Mesin frais memiliki alat yang berputar dan bahan yang diam, sedangkan bubut memutar bahan dan memotong dengan alat yang diam.

Electrical Discharge Machines (EDM)

Mesin ini memotong bentuk yang diinginkan dari bahan baku melalui discharge listrik. Gaya listrik diciptakan antara elektroda dan bahan baku, dengan suhu gaya mencapai 8.000 hingga 12.000 derajat Celsius. Ini memungkinkan EDM untuk meleleh hampir segala sesuatu dalam proses yang terkontrol dan ultra presisi.

Elemen Manusia dalam Computer Aided Manufacturing (CAM)

Elemen manusia selalu menjadi topik sensitif sejak CAM hadir di tahun 1990-an. Pada tahun 1950, saat John T. Parsons pertama kali memperkenalkan pemesinan CNC, mengoperasikan mesin dengan terampil memerlukan jumlah pelatihan dan latihan yang besar. Video di bawah ini dari NYC CNC menunjukkan contoh bagaimana mesin manual berbeda dari mesin CNC saat ini:

Di masa pemesinan manual, menjadi pemesin adalah bintang kehormatan yang memerlukan tahun-tahun pelatihan untuk menyempurnakannya. Seorang pemesin harus melakukan semuanya — membaca blueprint, mengetahui alat yang harus digunakan, menentukan kecepatan dan laju untuk bahan tertentu, dan dengan hati-hati memotong bagian dengan tangan. Ini tidak hanya tentang ketangkasan manual yang presisi. Menjadi pemesin, dan masih adalah, baik seni dan ilmu.

Hari ini, Modern Machinist masih hidup dan sehat sebagai manusia, mesin, dan perangkat lunak digabungkan untuk menggerakkan industri kami ke depan. Keterampilan yang dulunya memakan waktu 40 tahun untuk dikuasai sekarang dapat dikuasai dalam waktu yang jauh lebih singkat. Mesin baru dan perangkat lunak CAM telah memberikan kita lebih banyak kontrol dari sebelumnya untuk merancang dan membuat produk yang lebih baik dan lebih inovatif daripada nenek moyang kita, yang mereka akui… dengan sengit.

Apa artinya semuanya ini untuk elemen manusia dalam manufaktur? Peran Traditional Machinist sedang berubah. Hari ini kita melihat lingkungan Modern Machinist yang diwujudkan dengan tiga peran typikal:

• Operator. Individu ini memuat bahan baku ke dalam mesin CNC dan menjalankan bagian yang selesai melalui proses pemaketan akhir.
• Setup Operator. Individu ini melakukan konfigurasi awal untuk mesin CNC, termasuk memuat program G-code dan menyiapkan alat.
• Programmer. Individu ini mengambil gambar untuk model CAD dan memutuskan cara membuatnya dengan mesin CNC yang tersedia. Tugasnya adalah menentukan toolpath, alat, kecepatan dan laju dalam G-code untuk menyelesaikan pekerjaan.

Dalam alur kerja yang umum, Programmer akan menyerahkan programnya kepada Setup Operator, yang kemudian akan memuat G-code ke dalam mesin. Setelah mesin siap, Operator kemudian akan membuat bagian. Di beberapa bengkel, peran ini mungkin digabungkan dan tumpang tindih menjadi tanggung jawab satu atau dua orang.

Di luar operasi mesin sehari-hari, ada juga Manufacturing Engineer di staf. Dalam setup bengkel baru, individu ini biasanya mendirikan sistem dan menentukan proses manufaktur ideal. Untuk setup yang ada, Manufacturing Engineer akan memantau peralatan dan kualitas produk sambil menangani tugas manajerial lainnya.

Dampak CAM

Kita berterima kasih kepada John T. Parsons untuk memperkenalkan metode kartu delapan untuk memprogram dan mengotomatisasi mesin. Pada tahun 1949, Angkatan Udara Amerika Serikat mendanai Parsons untuk membangun mesin otomatis yang dapat mengalahkan mesin NC manual. Dengan beberapa bantuan dari MIT, Parsons mampu mengembangkan prototipe NC pertama.

Dari sana, dunia pemesinan CNC mulai meluncur. Pada tahun 1950, Angkatan Darat Amerika Serikat membeli mesin NC dan meminjamkannya kepada produsen. Ideanya adalah untuk mendorong perusahaan untuk mengadopsi teknologi baru ke dalam proses manufaktur mereka. Selama waktu ini, kita juga melihat MIT mengembangkan bahasa pemrograman universal pertama untuk mesin CNC: G-code.

Tahun 1990 membawa CAD dan CAM ke PC dan telah sepenuhnya merevolusi cara kita mendekati manufaktur saat ini. Pekerjaan CAD dan CAM paling awal disediakan untuk aplikasi otomotif dan penerbangan yang mahal, tetapi hari ini perangkat lunak seperti Fusion 360 tersedia untuk bengkel manufaktur dengan bentuk dan ukuran apa pun.

Sejak bermulanya, CAM telah membawa banyak perbaikan ke dalam proses manufaktur, termasuk:

• Kemampuan mesin yang ditingkatkan. Sistem CAM dapat memanfaatkan mesin 5-axis canggih untuk menghasilkan bagian yang lebih canggih dan berkualitas lebih tinggi.
• Efisiensi mesin yang ditingkatkan. Perangkat lunak CAM saat ini menyediakan toolpath mesin berkecepatan tinggi yang membantu kita memproduksi bagian lebih cepat dari sebelumnya.
• Penggunaan bahan yang ditingkatkan. Dengan mesin tambitatif dan sistem CAM, kita dapat menghasilkan geometri kompleks dengan boros minimal, yang berarti biaya lebih rendah.

Tentu saja, manfaat ini memiliki beberapa trade-off. Sistem dan mesin Computer Aided Manufacturing membutuhkan biaya awal yang besar. Misalnya, Haas VF-1 berkirakira $45k keluar pintu; sekarang bayangkan seluruh lantai bengkel dengan mesin itu. Juga ada masalah turnover. Seiring operasi mesin menjadi kurang menjadi profesi terampil, sulit untuk menarik dan mempertahankan talenta yang baik.

CAM adalah Manusia

CAM bukan hanya tentang mengontrol mesin di lantai bengkel. Ini tentang menggabungkan perangkat lunak, mesin, proses, dan orang untuk membangun bagian yang sangat bagus. Jika ini adalah kali pertama Anda menyelami dunia CAM, saya sangat mendorong Anda untuk menghubungi bengkel lokal untuk tur di dalam. Rasakan getaran mesin CNC di kaki Anda, atau geser tangan Anda di bagian yang baru keluar dari mesin. Itu adalah pengalaman luar biasa yang saya harap generasi mendatang juga dapat menikmati. CAM adalah tentang sentuhan manusia.

Apakah Anda masih main-main dengan alat CAD dan CAM yang terpisah? Fusion 360 memiliki keduanya. Coba Fusion 360 hari ini.