软件产品及技术的数字化是数字化工厂的基础,而数字化工厂又是智能制造的基础,因此软件产品的深入应用可以实现原有技术的数字化,并为数字化工厂的实现提供助力。对于当前热度持续升温的数字化理念,SolidCAM China中国区经理张朝安先生认为:“我所理解的数字化,是指从产品设计到产品出厂的全过程均能在计算机上,以3D可视化的形式虚拟显示出来,产品的设计信息、公差信息、材料信息和加工工艺等均可在数学模型中得到。数字化工厂则是能虚拟仿真出产品从设计到制造出来的整个过程,能提前预测制造过程中的问题并能在未进行实际生产前解决问题。对于日后工业领域的发展至关重要,也是将来实现工业4.0、中国制造2025关键的基石。”
在数字化理念的影响下,软件产品及技术的发展趋势将是更简易、更智能。因为社会的发展,制造业中专业技术人员基数必然会发生变化,在这样的情况下,软件产品可以帮助人们从复杂的操作中解放出来。
高性能的软件技术
SolidCAM公司在过去的10年中被公认为全球增长速度最快的CAM软件公司之一,其能够取得如此出色的成绩,与公司多年的努力及其产品的特点密不可分。SolidCAM软件基于Windows系统的平台开发,同时其图形化的功能图标,使工作窗口变得简单、直观。在使用SolidCAM 进行编程时,从加工策略的选择、加工特征的指定、参数的定义,到附加参数的选择,工作流程与实际加工流程完全相对应。针对一些产品特征类似的零件,模板编程的应用帮助其提升工作效率显著提升,而且企业的工艺库是得以传承的。
SolidCAM China中国区技术经理陆清洋先生从无缝集成的角度讲述了自己的见解:SolidCAM China在2003年和2005年分别与主流CAD设计软件完成了深入集成,从软件使用角度来讲,无需再花费精力学习两款软件的使用,同时因为省去了数据导入与导出过程,也避免了出现数据丢失的问题;在产品研发初期阶段,即使模型发生变化,SolidCAM刀路轨迹会据此进行改变,这极大地解放了编程或操作人员的工作压力及强度;针对一些多特征的零件,如多个型腔、多个倒角、多种孔,SolidCAM能够对特征进行识别后自动编程;在实际编程的过程中,工装的设计和使用不容忽视,SolidCAM能够自动识别工装,对其安全避让的同时,自动计算工装部分所剩余的残料。与CAD软件深度集成的另一个特点是支持DXF\DWG、STEP、IGES、Parasolid及STL等通用接口格式,针对专有接口,可以直接读取Catia、Cero、NX、Solid edge及Rhino等主流设计软件文档。
SolidCAM是一款从CAD到CAM为客户提供真正意义上一体化解决方案的软件,其功能包括从2.5D~5轴的铣,2轴的车以及车铣复合多任务加工编程模块,完全能够满足各种CNC机床的编程需求。针对一些特殊零件,SolidCAM有其特殊的处理方式,如2.5D,除了包含上述特征识别加工以及自动避让工装夹具之外,还有一个包含24种不同加工工艺的工具箱。利用工具箱可以对零件特殊的特征快速、准确、高效地进行编程,这在一定程度上解放了编程生产力。对于3D而言,SolidCAM的粗加工和精加工策略更加丰富。针对不同的机床特性,如高速机,有与其相对应的高速铣策略。针对一般机床,有传统的轮廓铣策略。针对薄壁类和电极类产品,也有与之相对应的处理方式。无论是生产产品或是模具,都能在3D HSR和HSM中找到相对应的策略。SolidCAM的4轴除在针对一些零部件的包裹缠绕特征有独特加工优势外,在2017版本中,针对变距和等距螺杆类零件,新增了专用的粗加工和精加工策略。SolidCAM的5轴则采用的是德国moduleworks的内核算法,多样的加工策略,灵活的刀轴控制方法,安全可靠的干涉检查,丰富的连刀方式,强大的仿真验证,品质保证的后置处理,这些都是SolidCAM的优势及特点所在。
智能高效的加工策略
现在制造业中拥有丰富经验的操作人员稀缺,这样的实际情况推动了多功能且自动化程度较高的机床的出现,这些机床可以在操作人员较少的环境下实现半自动化生产,在工厂实现数字化之后,会进一步推动机加工领域生产的自动化并趋向智能化。机床行业会推出功能更加强大并具有一定自我检测能力的智能机床,CAM软件就会越来越简易,简单操作就可以产生合理的刀具路径及加工参数,并能自动产生智能优化的刀具路径。张朝安先生以SolidCAM公司在2011年开始推出的智能高效加工策略iMachining为例进行了分析,iMachining是业界第一个提供自动计算切削条件的工艺向导,其工作原理就是数据库的建立和应用,同时其还将全球数百位技术工程师的技术经验数字化,通过软件产品让使用它的每位加工编程工程师都能通过SolidCAM iMachining简单高效地编写出最优化的加工程式。
iMachining可实现自适应加工,完全不依靠操作人员的经验,而是依靠实际加工条件(机床的性能、刀具性能、加工材料的特征)来产生最优化的刀具路径,并根据切削力实时变化的加工进给、转速等切削参数,达到完全匹配智能机床的智能加工程式。当实现数字化后,产品的不良率将大幅度降低,生产效率将会大大提高,生产进度也能可视化。数字化会推动机加工领域逐渐标准化、高效化,只有标准化下的数字化工厂才有现实的意义,数字化会给机加工领域下的机床、刀具和夹具等实现标准化,加工出来的产品就会逐渐趋向零缺陷产品,加工程式也会标准化,通过设定标准的机床参数、刀具参数将会得出最优化的刀具路径及加工参数。
同时,数字化工厂高度集成了CAD/CAPP/CAE/CAM/PLM等软件,能虚拟仿真出整间工厂及其生产产品的整个过程。所以数字化的工厂应该是在高度标准化和自动化的,如果加入物联网等因素,可以形成智能工厂,实现自适应优化生产过程的智能制造。不过现在真正能实现数字化的工厂并不多,但工厂数字化是不可逆的大趋势,可以预见不久的将来,会看到无人化车间形成的数字化工厂。数字化模拟工厂在现代制造企业中已得到认识广泛的应用,如SolidCAM的加工虚拟仿真,在SolidCAM软件中将机床数字化,刀具数字化并模拟加工切削的过程,预测加工时间和加工效果等,数字化能将企业的生产透明化,提高生产管理效率。