銑床控制器線上CAD/CAM 技術

摘要：一般電腦輔助設計與製造(Computer Aided Design & Computer Aided manufacturing, CAD/CAM)，均以離線方式規劃加工路徑，必須經過CAD模型編輯、CAM路徑規劃與PP後處理加工程序，最後將NC碼傳輸至CNC進行加工。商用CAD/CAM軟體功能強大，已發展至可支援五軸同動銑削之刀具路徑產生、機器手臂加工路徑產生以及日漸增加的積層製造路徑等高複雜度之功能，然而，機械製造產業實務上面的大多數機械零件加工應用，倒是不見得均需要使用到如此複雜的高階功能，因此將簡化版的CAD/CAM系統內嵌至控制器中已成為智慧製造趨勢。本文將介紹國內外商用銑床控制器線上CAD/CAM技術，期望銑床使用者能對於控制器內嵌CAD/CAM技術有更深入的了解。
Abstract：In general, CAD/CAM system plans machining path in an offline manner. It must be generated and edited by CAD model, CAM path planning, PP post-processing, and finally the NC code before transmitted to the CNC for machining. The commercial CAD/CAM software is powerful and has been developed to support the high-complexity functions of tool path generation, robotic machining path generation, and additive manufacturing paths for five-axis synchronized machining. However, in the mechanical manufacturing industry, it is not always necessary to use such complicated high-level functions in most mechanical part processing. Therefore embedding a simplified version of the CAD/CAM system into the controller has become a smart manufacturing trend. In this study, we introduce the CAD/CAM technology for commercial milling controllers, with the hope that users of milling machines can have a deeper understanding of the CAD/CAM technology embedded in the controller.

關鍵詞：電腦數值控制器、CNC工具機、三維電腦輔助設計/製造
Keywords：Computer numerical controller, CNC machine Tools, 3D CAD/CAM(EtherCAT)

前言
傳統之銑削加工NC程式的產生，除了可以人工手寫NC程式之外，比較複雜之幾何形狀的刀具路徑和NC程式，通常會使用商用CAD/CAM軟體產生。典型的CAD/CAM系統之使用，如圖1所示，在製造程序（加工程序）設定時較為繁瑣，大多需要倚賴擁有豐富經驗的製造工程師或技術人員，依照其藉由工作經驗累積的「經驗」，於被加工材料確定之後，依次設定「切削刀具(類型、直徑、圓角及刃長等)設定」、「切削參數（切削方向、切深、進給量、進給速度等）」、「製程規劃程序（加工工法）」(例如面銑、外型切削、減重槽等)等程序，然後建立刀具路徑進行切削加工。因此為達到CAD/CAM軟體系統的加值化，提升軟體的附加價值，可以思考建構一套能夠跟CNC控制器整合或平行運作的CAD/CAM系統，進而加快產品開發速度以及切削的準確性，下列說明國內外銑床控制器線上CAD/CAM技術。
國外控制器機上CAD/CAM技術介紹
國外控制器在20幾年前就可以將2D的DXF圖檔匯入CNC控制器上進行觀察，後續發展出可編輯自由輪廓的CAD技術與圖像式巨集程式功能。然而為了加快程式編寫速度與簡化撰寫流程，發展出對話式的CAD/CAM規劃技術，甚至結合刀具管理與量測循環，使得加工更容易。
1.SIEMENS-ShopMill NC
ShopMill為西門子控制器用於銑削操作與規劃程式的軟體，使用者可更容易操控機台與設計加工程式，針對個別工件與小批量規模生產打造程式設計解決方案，適合用於現場生產環境，以下為ShopMill所提供的功能:
‧特殊量測循環使刀具及工件量測更加容易。
‧由CAD/CAM系統匯入，供模型製作應用程式使用的G碼程式。
‧可直接於控制器上建立G碼程式。
‧可直接在機台上建立加工步驟。
ShopMill將加工程式分解成不同的工序，例如:鑽孔、面銑、攻牙、槽銑、輪廓銑削…等等，其畫面如圖2所示。即使用於複雜的工件銑削，其加工程式的易讀性依然很高，此種方式可以大幅縮短編程時間，提高工作效率。以下將分別介紹各工序

圖1 傳統之CAD/CAM加工流程[1-2]

圖2 ShopMill操作畫面[3]