CAM（コンピューター支援製造）とは何ですか？

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コンピューター支援製造（CAM）：初心者の心のための完全な紹介

製品、部品、場所など、物理的なものでいっぱいの世界では、コンピューター支援製造（CAM）によってすべてが可能になります。私たちは飛行機に飛行力を与えたり、自動車に馬力を与えたりします。デザインだけでなく、何かを作る必要がある場合は、CAMが答えです。舞台裏で何が起こりますか？読み続けるとわかります。

CAMとは何ですか？コンピューター支援製造（CAM）は、ソフトウェアとコンピューター制御の機械を使用して製造プロセスを自動化することです。

その定義に基づいて、CAMシステムが機能するには3つのコンポーネントが必要です。

• ツールパスを生成して製品を作成する方法をマシンに指示するソフトウェア。
• 原材料を完成品に変えることができる機械。
• 後処理は、ツールパスをマシンが理解できる言語に変換します。

これらの3つのコンポーネントは、大量の人間の労力とスキルで接着されています。業界として、私たちは何年にもわたって最高の製造機械を構築し、改良してきました。今日、有能な機械工店が扱うのにそれほどタフなデザインはありません。

CADからCAMへのプロセス

CAMがなければ、CADはありません。 CADは、製品または部品の設計に重点を置いています。それがどのように見えるか、どのように機能するか。 CAMはそれを作る方法に焦点を合わせています。 CADツールで最もエレガントな部品を設計することはできますが、CAMシステムで効率的に設計できない場合は、岩を蹴るほうがよいでしょう。

すべてのエンジニアリングプロセスの開始は、CADの世界から始まります。エンジニアは、2Dまたは3Dの図面を作成します。これは、自動車のクランクシャフト、キッチンの蛇口の内部スケルトン、回路基板の隠された電子機器などです。 CADでは、すべての設計はモデルと呼ばれ、CAMシステムで使用される一連の物理的プロパティが含まれています。

CADで設計が完了すると、CAMにロードできます。これは従来、CADファイルをエクスポートしてからCAMソフトウェアにインポートすることで行われます。 Fusion 360のようなツールを使用している場合、CADとCAMの両方が同じ世界に存在するため、インポート/エクスポートは必要ありません。

CADモデルがCAMにインポートされると、ソフトウェアは機械加工用のモデルの準備を開始します。機械加工は、切断、穴あけ、穴あけなどのアクションを通じて、原材料を定義された形状に変換する制御されたプロセスです。

Computer Aided Manfacturingソフトウェアは、次のようないくつかのアクションを実行することにより、機械加工用のモデルを準備します。

• 製造プロセスに影響を与えるジオメトリエラーがモデルにあるかどうかを確認します。
• モデルのツールパスを作成します。これは、機械加工プロセス中に機械が従う一連の座標です。
• 切断速度、電圧、切断/貫通高さなど、必要な機械パラメータを設定します。
• 加工効率を最大化するために、CAMシステムが部品の最適な方向を決定するネストを構成します。

モデルの機械加工の準備が整うと、すべての情報が機械に送信され、部品が物理的に製造されます。ただし、機械に英語でたくさんの指示を与えることはできません。機械の言語を話す必要があります。これを行うために、すべての加工情報をGコードと呼ばれる言語に変換します。これは、速度、送り速度、クーラントなど、機械の動作を制御する一連の命令です。

フォーマットを理解すれば、Gコードは読みやすくなります。例は次のようになります：

G01 X1 Y1 F20 T01 S500

これは、左から右に次のように分類されます。

• G01は、座標X1とY1に基づく線形移動を示します。
• F20は、送り速度を設定します。これは、機械が1スピンドル回転で移動する距離です。
• T01はマシンにツール1を使用するように指示し、S500はスピンドル速度を設定します。

Gコード座標をより視覚的に理解する方法。 Makeの画像提供：。

Gコードがマシンにロードされ、オペレーターが開始を押すと、作業は完了です。次に、Gコードを実行して原材料ブロックを完成品に変換する作業をマシンに任せます。

CNCマシンの概要

これまで、CAMシステムの機械については単なる機械として説明してきましたが、それだけでは正義にはなりません。ハースのフライス盤がバターのように金属のブロックを滑り落ちるのを見ると、毎回笑顔になります。これらの機械がなければ、私の仕事は不可能です。

画像提供：HaasAutomation。

最新の製造センターはすべて、さまざまなコンピューター数値制御（CNC）マシンを実行して、設計された部品を製造します。特定のアクションを実行するようにCNCマシンをプログラミングするプロセスは、CNC加工と呼ばれます。

CNCマシンが登場する前は、製造センターは機械工のベテランによって手動で操作されていました。もちろん、コンピューターが触れるすべてのものと同様に、自動化もすぐに続きました。最近では、CNCマシンを実行するために必要な人間の介入は、プログラムのロード、原材料の挿入、そして完成品のアンロードだけです。

Autodesk Pier 9ワークショップには、次のようなCNCマシンの適切なサンプルがあります。

CNCルーター

これらの機械は、高速回転部品を使用して部品を切断し、さまざまな形状を切り出します。たとえば、木工に使用されるCNCルーターを使用すると、合板をキャビネット部品に簡単に切断できます。また、ドアパネルの複雑な装飾彫刻にも簡単に取り組むことができます。 CNCルーターには3軸切断機能があり、X、Y、Z軸に沿って移動できます。

水、プラズマ、レーザーカッター

これらの機械は、精密なレーザー、高圧水、またはプラズマトーチを使用して、制御されたカットまたは彫刻仕上げを実行します。手作業による彫刻技術は、手作業で完了するのに数か月かかる場合がありますが、これらの機械の1つは、同じ作業を数時間または数日で完了することができます。プラズマカッターは、金属などの導電性材料を切断するのに便利です。

フライス盤

これらの機械は、金属、木材、複合材などのさまざまな材料を削り取ります。フライス盤は、特定の材料と形状の要件を達成できるさまざまなツールを備えた非常に多様性があります。フライス盤の全体的な目標は、材料の原料ブロックから可能な限り効率的に質量を取り除くことです。

旋盤

これらの機械はまた、フライス盤のように原材料を削り取ります。彼らはそれを異なって行います。フライス盤には回転工具と固定材料があり、旋盤で材料を回転させて固定工具で切断します。

画像提供：HalseyManufacturing。

放電加工機（EDM）

これらの機械は、放電によって原材料から目的の形状を切り出します。電極と原材料の間に電気火花が発生し、火花の温度は摂氏8,000〜12,000度に達します。これにより、EDMは、制御された超精密なプロセスでほぼすべてのものを溶かすことができます。

画像提供：AbsoluteWireEDM。

コンピュータ支援製造（CAM）の人間的要素

1990年代にCAMが登場して以来、人間的要素は常に厄介な問題でした。 1950年代にジョンT.パーソンズが最初にCNC機械加工を導入したとき、機械を巧みに操作するには膨大な量のトレーニングと練習が必要でした。以下のNYCCNCのビデオは、今日のCNCマシンとは異なる手動マシンの優れた例を示しています。

手動の機械加工の時代には、機械工であることは、完璧にするために何年ものトレーニングを要した名誉のバッジでした。機械工はそれをすべて行う必要がありました。設計図を読み、使用するツールを把握し、特定の材料の送りと速度を定義し、手作業で部品を慎重に切断しました。それは正確な手先の器用さだけではありませんでした。機械工であることは、芸術であり、科学でもあります。

画像提供：ITABC.CA

最近、現代の機械工は生きており、人間、機械、ソフトウェアが組み合わさって業界を前進させています。習得するのに40年かかっていたスキルは、今ではほんのわずかな時間で征服することができます。新しいマシンとCAMソフトウェアにより、私たちの祖先よりも優れた革新的な製品を設計および製造するための制御がこれまでになく向上しました。

これは、製造業の人間的要素にとって何を意味するのでしょうか。伝統的な機械工の役割は変化しています。今日、現代の機械工の環境が3つの典型的な役割を果たしているのを目にしています。

• オペレーター。この個人は原材料をCNCマシンにロードし、完成した部品を最終的なパッケージングプロセスまで実行します。
• セットアップオペレーター。この個人は、Gコードプログラムのロードやツールのセットアップなど、CNCマシンの初期構成を実行します。
• プログラマー。この担当者は、CADモデルの図面を取得し、利用可能なCNCマシンでそれを作成する方法を決定します。彼らの仕事は、Gコードでツールパス、ツール、速度、フィードを定義して、仕事を遂行することです。

通常のワークフローでは、プログラマーはプログラムをセットアップオペレーターに渡し、セットアップオペレーターはGコードをマシンにロードします。機械が回転する準備ができたら、オペレーターが部品を作成します。一部のショップでは、これらの役割が組み合わされて、1人または2人の責任に重なる場合があります。

日常の機械操作以外にも、製造エンジニアが常駐しています。新しいショップのセットアップでは、この個人は通常、システムを確立し、理想的な製造プロセスを決定します。既存の設定の場合、製造エンジニアは他の管理タスクを処理しながら機器と製品の品質を監視します。

CAMの影響

機械をプログラムおよび自動化するためのパンチカード方式を導入してくれたJohnT.Parsonsに感謝します。 1949年、米国空軍はパーソンズに資金を提供し、手動のNCマシンよりも優れた性能を発揮する自動マシンを構築しました。 MITの助けを借りて、パーソンズは最初のNCプロトタイプを開発することができました。

そこから、CNC機械加工の世界が始まりました。 1950年代に、米国陸軍はNCマシンを購入し、メーカーに貸し出しました。アイデアは、企業が製造プロセスに新しいテクノロジーを採用するように奨励することでした。この間、MITがCNCマシン用の最初のユニバーサルプログラミング言語であるGコードを開発するのを見ました。

1990年代はCADとCAMのPCへの導入をもたらし、今日の製造への取り組み方に完全に革命をもたらしました。初期のCADおよびCAMジョブは、高価な自動車および航空宇宙アプリケーション用に予約されていましたが、現在、Fusion 360などのソフトウェアは、あらゆる形状およびサイズの製造店で利用できます。

CAMは創業以来、製造プロセスに次のような多くの改善をもたらしてきました。

• マシン機能の改善。 CAMシステムは、高度な5軸機械を利用して、より洗練された高品質の部品を提供できます。
• 機械効率の向上。今日のCAMソフトウェアは、部品をこれまでになく迅速に製造するのに役立つ高速工作機械パスを提供します。
• 材料の使用法を改善しました。アディティブマシナリーとCAMシステムを使用すると、無駄を最小限に抑えて複雑な形状を作成できるため、コストを削減できます。

もちろん、これらの利点にはいくつかのトレードオフがあります。コンピュータ支援製造システムおよび機械は、莫大な初期費用を必要とします。たとえば、HaasVF-1の価格はドアの外で約45,000ドルです。今、それらの製造現場全体を想像してみてください。売上高の問題もあります。機械の操作が熟練した職人ではなくなったため、優秀な人材を引き付けて維持することは困難です。

CAMは男です

CAMは、製造現場の機械を制御するだけではありません。それは、ソフトウェア、機械、プロセス、そして人々を集めて、本当に素晴らしい部品を作ることです。 CAMの世界に初めて飛び込む場合は、地元のショップに連絡して内部ツアーに参加することを強くお勧めします。 CNCマシンのハム音を足で感じるか、マシンから取り出したばかりの部分に手をスライドさせます。将来の世代に楽しんでもらえる素晴らしい体験です。 CAMは人間味がすべてです。

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