Computer-Aided Manufacturing

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IMPIANTI INDUSTRIALI
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In informatica e in ingegneria meccanica CAM è l'acronimo per l'espressione inglese "Computer-Aided Manufacturing", che significa fabbricazione assistita da computer.

Tale espressione indica una categoria di prodotti software che analizzano un modello geometrico bidimensionale o tridimensionale, e generano le istruzioni per una macchina utensile a controllo numerico computerizzato (CNC) atte a produrre un manufatto avente la forma specificata nel modello.

Utilizzo di un programma di CAM[modifica | modifica wikitesto]

Un programma di CAM è un programma interattivo, che permette all'utente di eseguire le seguenti operazioni:

  • Caricamento di un modello geometrico da un file in un formato standard, normalmente generato da un programma di CAD.
  • Impostazione del sistema di coordinate usato dalla macchina utensile (per esempio cartesiano, cilindrico, sferico).
  • Selezione della parte di modello da lavorare.
  • Impostazione dei parametri di lavorazione (raggio dell'utensile, velocità di spostamento) per ogni porzione del modello.
  • Generazione delle istruzioni per la macchina utensile, salvate in un file di testo.
  • Visualizzazione o modifica della sequenza di istruzioni generate.
  • Visualizzazione grafica del percorso utensile generato.
  • Invio dei dati al controllo numerico della macchina utensile.

La funzione più complessa e più onerosa dal punto di vista computazionale è la generazione delle istruzioni, in quanto per determinare il percorso utensile ottimale sono necessari complessi calcoli geometrici.

Sistemi CAD/CAM integrati[modifica | modifica wikitesto]

Il modello geometrico è normalmente generato da un programma di CAD. Molti programmi integrano strumenti CAD con quelli CAM, nel senso che permettono all'utente sia di disegnare modelli geometrici, che di generare le istruzioni per una macchina utensile corrispondenti a tali modelli. Questi programmi sono detti di CAD/CAM. I programmi di CAD/CAM non hanno bisogno di usare un file di scambio per passare il modello geometrico dalla funzione di CAD a quella di CAM. La locuzione "CAD/CAM" è usata anche in modo più generico per indicare l'utilizzo di strumenti di progettazione e fabbricazione computerizzati.

Sistemi CAM "stand alone"[modifica | modifica wikitesto]

Tali sistemi sono specializzati soltanto nelle operazioni di lavorazione e non offrono funzionalità di manipolazione della geometria se non molto limitate. Il lavoro con questi sistemi, pertanto, inizia sempre con l'importazione (o traduzione) del modello da formati che il programma è in grado di riconoscere. Sotto questo aspetto i sistemi stand alone si dividono in due categorie: quelli che lavorano analiticamente, ossia sulla matematica delle superfici originarie, e quelli che lavorano a poliedro ossia su un modello che è una approssimazione tramite facce triangolari di quello originale.

Tipi di lavorazione[modifica | modifica wikitesto]

I principali tipi di lavorazione generati da un sistema di CAM sono i seguenti:

  • Incisione.
  • Taglio.
  • Svuotamento di percorsi chiusi.
  • Svuotamento di bitmap.
  • Modellazione di superfici.

Incisione[modifica | modifica wikitesto]

L'incisione è una lavorazione in cui l'utensile penetra solo di pochi decimi di millimetro nel pezzo, seguendo un percorso definito da linee. Ne è un tipico esempio l'incisione di targhe o di medaglie.

Il modello geometrico è costituito da spezzate aperte o chiuse, e forature. Una spezzata è una sequenza di linee (tipicamente segmenti di retta, archi, b-spline, o bezier) in cui ogni linea inizia dove la linea precedente finisce. Le forature sono da ritenersi spezzate particolarmente semplici, in quanto hanno un solo punto.

Per effettuare la lavorazione, l'utensile deve, per ogni spezzata, posizionarsi rapidamente sopra il primo punto, scendere nel pezzo, seguire la spezzata, risalire dal pezzo.

Alcune varianti sono la compensazione (o offset) e i vincoli sull'angolo di incidenza.

La compensazione consiste nel fatto che, dato che l'utensile ha un raggio non nullo, se si vuole che l'utensile passi rasente alla spezzata, il reale percorso utensile deve avere uno scostamento rispetto al percorso originale pari al raggio dell'utensile. Alcuni CNC hanno internamente la capacità di applicare la compensazione del raggio utensile, altri no. Per questi ultimi è necessario che la compensazione sia calcolata dal software di CAM.

I vincoli sull'angolo di incidenza si hanno quando la superficie da lavorare non è a quota uniforme. Per fare in modo che l'utensile sia sempre ortogonale alla superficie da incidere, o comunque che l'angolo di incidenza non superi una soglia definita, si deve applicare una rotazione all'utensile oppure al pezzo da lavorare. Questo è possibile solo con macchine aventi più di tre gradi di libertà.

Taglio[modifica | modifica wikitesto]

Il taglio è una lavorazione in cui l'utensile penetra nel pezzo per una profondità superiore allo spessore del pezzo, seguendo un percorso definito da linee. Ne è un tipico esempio il taglio di lenti o mascherine.

Dal punto di vista del software CAM, incisione e taglio sono molto simili. Tuttavia, per il taglio si possono avere due problemi:

  • Se una figura chiusa contiene un'isola (per esempio la lettera "a"), si deve tagliare prima la parte interna, e poi la parte esterna. Questo perché una figura chiusa, dopo che è stata tagliata, non è più solidale con la macchina, e quindi non può più essere lavorata.
  • Quando il taglio di una figura chiusa è quasi completato, la figura è connessa al resto del pezzo per una porzione infinitesima. In tale frangente, le vibrazioni della lavorazione possono produrre delle imperfezioni.

Svuotamento di percorsi chiusi[modifica | modifica wikitesto]

Lo svuotamento di percorsi chiusi consiste nel raggiungere con l'utensile tutti i punti interni a uno o più percorsi chiusi. Ne è un tipico esempio la produzione di timbri da disegni eseguiti con programmi di CAD.

Il problema è lo stesso che ha un giardiniere che deve tagliare l'erba di un prato recintato. Il diametro dell'utensile corrisponde alla larghezza del tagliaerba.

Svuotamento di bitmap[modifica | modifica wikitesto]

Lo svuotamento di bitmap consiste nel raggiungere con l'utensile tutti i punti che in una matrice rettangolare di bit (detta "bitmap") hanno valore uno (oppure zero). Ne è un tipico esempio la produzione di timbri da disegni acquisiti tramite scanner.

Il problema è analogo a quello dello svuotamento di percorsi chiusi, con la differenza che in questo caso la superficie da svuotare è definita da una matrice di bit invece che da entità vettoriali.

Modellazione di superfici[modifica | modifica wikitesto]

La modellazione di superfici consiste nello scolpire forme arbitrarie definite come superfici parametriche. Ne è un tipico esempio la produzione di stampi.

Una superficie parametrica è una funzione reale di due variabili reali definite in intervalli.

Una possibile rappresentazione in un computer di una superficie parametrica è una matrice rettangolare di numeri. Il numero alla colonna x della riga y rappresenta la quota che la superficie ha al punto di coordinate (x, y). Tale istogramma bidimensionale viene comunemente chiamato DEM (Digital Elevation Model) o modello digitale di elevazione.

Partendo da un DEM, e da un pezzo avente tipicamente la forma di un parallelepipedo, l'utensile deve scolpire la superficie desiderata. A tal fine, la lavorazione è divisa in due fasi: sgrossatura e rifinitura.

Nella sgrossatura, si effettua un terrazzamento a più livelli con un utensile di grosso diametro allo scopo di asportare nella maniera più rapida possibile la maggior quantità di materiale grezzo, ottenendo un pezzo che somiglia a quello desiderato.

Nella rifinitura, si percorre (ad esempio effettuando delle passate parallele molto ravvicinate) la superficie con un utensile di diametro fine, interpolando il DEM.

Per oggetti di maggiore complessità, è possibile prevedere dei passaggi intermedi di sgrossatura (chiamati di semi-finitura) o di rifinitura (percorsi di ripresa) utilizzando utensili di diversa forma e dimensione a seconda dei dettagli da riprodurre.

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