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机械资讯 720期
CAD/CAM的最新动向与期待

作者/庆应义塾大学 理工学部 青山英树教授
翻译/叶秀玲 大阪机械服务中心提供

前言

由德国所推动的工业4.0，希望制造业也能透过网路来进行各种相关资讯的收集管理、设计与生产，以及提升管理密度的效率。不局限工具机、产业用机器人等的生产现场设备，也希望各式各样的设备或系统也都物联网(IoT)化，以这个为基础。今年的JIMTOF也应该有许多IoT化制品被提出来吧！发那科(FANUC)也提供了如图1所示的「FIELD系统」，在生产过程中积极、有效率来推动资讯管理，以提升高精密的生产。在此趋势下，CAD/CAM也需配合IoT化。

FIELD系统的目标

工业4.0因为可能成为新世代生产体系的基础，以致成为众所期待，但截至目前为止尚未看出具体成效。FIELD系统也于2016年8月发表了概要，接下来期待可以发挥具体功效。
FIELD 系统如图1所示，提供了平台服务。制造现场的机器皆以「Edge」之概念来整理，所有机器的相关资讯都可与前几个概念企业，或工厂内伺服的「Fog」进行双向通讯。可以建立许多系统于Fog内，因此可以管理存于Edge的机器资讯。而Fog可以透过上层的「Cloud」互相交换资讯。可视FIELD系统为一个公开平台，成为可以正确收集以及管理各种机器、设备、系统资讯的架构。

期待可以活用IoT资讯的CAD/CAM

在FIELD系统之下，将构成Edge机器的加工机以及加工过程的资讯，利用Fog的App来管理。而CAM则利用Cloud或Fog来管理，藉由活用加工的资讯，期待可以产生更加高度的NC数据。
有关设计的资讯也以IoT功能来彻底管理，可减少重做的程序。例如：在加工现场变更设计的时候，可以更加容易且确实地将资讯交由Fog或者Cloud来管理的话，可避免设计不良或重新设计的情图1 FIELD系统形发生。

期待工具机控制参数的公开化及案例的活用

当利用NC工具机来进行切削加工时常发生一些问题，例如：「无法取得NC程式所指定的进料速度」、「加工时所形成的模样与想像的不同(重叠、受损、交错)」、「无法得到预期的加工精密程度」。有关进料速度(feed speed)的问题，在CAM预估的加工时间与实际加工的时间落差很大。这些问题的原因在于CAM系统只根据几何资讯(加工形状)就算出工具路径(CL数据)，如果了解工具机的控制参数，而算出最适合各个工具机的最佳CL数据的话，某程度的问题可以获得解决。
如图2所示，NC程式可由NC控制的设备获得解释，继而产生伺服控制的数据。此时，在NC控制部可以藉由取样时间产生固定周期的控制数据。因此，如图3所示，在控制起点至目标点的时候，以「NC程式所指定的进料速度F x取样时间T」的间隔距离指定控制位置。当从起点至目标点的距离并非进料速度F x取样时间T的整数倍时，调整进料速度至目标点。
当在进行曲面加工时，由于起点至目标点的距离很短之故，会造成速度变慢、加减速的发生、因切削工具的弯曲变形造成切削深度(交错)发生误差。为了解决这项问题，最新的工具机不抵达目标点，而采取控制连接至下个NC区块。然而，却发生pin角(90度角)无法成形的问题。
有关上述的问题，可以根据取样时间所形成的CL数据来解决。图4就是考量取样时间所呈现的NC程式之效果。虽然还得考虑加工的形状，但这个案例可以减少44%的加工时间。此外，如果考量取样时间再评估加工时间的话，预估加工时间的精准程度可以控制在4%以内。

资讯的公开化以及对于采用IoT的CAD/CAM之期待

可以实现各种机器、系统的资讯公开化及管理系统化。因应CAD/CAM也能资讯公开化、管理的功能，希望未来可实现更高度的设计与加工。
资料来源：日本生产财杂志，2017年1月，页110~113。
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