CAD/CAM裁剪系统在复合材料加工过程中的使用 - 文章

CAD/CAM裁剪系统在复合材料加工过程中的使用

作者：格柏科技

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复合材料制品的加工涉及样板开发、排料、裁割、备料、组装等过程。样板开发主要是指创建2D样板，以便进行后道加工。复合材料的价格通常比较高，所以排料的好坏对于企业的成本控制意义重大。裁割精确性要求视乎复合材料的加工过程和应用范围。通常来说，某些干料在裁割好之后还能加以修整，而某些昂贵的需冷冻贮存的预浸料就对棱边的裁割质量要求非常高。高超的加工技术更有利于后道工序的开展。

针对研发、样品原型制作、生产等工作流程各个环节中大大小小的问题，作为世界领先的CAD/CAM供应商，美国格柏科技（Gerber Technology）为这方面的需求进行了40年的探索，为各种类型的加工企业提供了不断创新的解决方案。

样板开发和排料

复合材料不同，其加工过程也有差异。针对涉及样板开发和排料的复合材料，传统的做法还是以手工操作为主。其弊端在于，首先，操作人员的经验丰富与否决定了样板的好坏和材料利用率的高低；其次，手工操作难以控制结果的稳定性，多次操作的结果可能差异甚小，也可能完全不同。这样一来，生产人员不得不针对每一个排版图做相应的调整，影响了生产过程的流畅性且效率不高。

如果样板开发和排料的过程可以实现自动化，上述难题也就迎刃而解。目前，有些企业已经在使用CATIA、ProEngineer、Unigraphics、AutoCAD等软件设计3D样板，再展开为2D样板图。之后，打印2D图纸用于排料及裁割。对于这两道工序，格柏科技的CAD系统提供了卓有成效的解决方案。

样板设计、排料软件AccuMark既能直接创建新的电子样板，也可对已有实物样板（模板：如纸样、板卡及塑料板）进行编辑和修改。对于已有的实物样板，借助格柏输入设备，比如数字读图板Digitizer和样板扫描仪AccuScan的强大的读图功能，可以很方便地将其转成电子文档，并导入AccuMark系统进行编辑和修改。使用AccuMark制作排版图时可查看材料利用率。电子文件更容易保存，即使遇到类似火灾、水灾等，也可以更好地保存企业的资料和心血，损失更低。此外，在信息化极为发达的今天，数据化的电子样板打破了地域约束，更利于快速传播，加快工作进程。智能自动排料系统AccuNest软件可对排版图进行优化，快速、省料，它可在设定的时间内提供多种排版图优化方案，还可实现无人操作，为企业节约人工成本。CutWorks软件也能提供样板设计和排料，其功能可以独立分布在各个软件模块内，用户可以根据自己的需要进行个性化配置。

很多企业依靠CAD出排版图，再手工裁剪。所有的2D样板设计完成之后，可用绘图机出1:1纸样，便于资料保存和试生产时检视及控制裁割路径。格柏科技有多款宽幅喷墨绘图机或者宽幅笔式绘图及裁割机。一般来说，喷墨绘图机对于样板小、排列较密集的样板排版图输出效率更高，而笔式绘图机对于样板大、线条排列较稀疏的样板的输出效率更高。此外，还有可以直接切割样板的笔式绘图机，绘图、切割两不误。

裁割

传统的裁割作业以手工辅以简单器械操作为主，比如剪刀、打孔刀、电剪刀等，当然也有部分企业使用冲床进行操作。如何才能在最短的时间内获得最佳精度、最高效率和材料利用率？手工操作很难精确控制，操作人员的技术水平高低、工作时的精神状态等都会影响裁片质量。时间也是一个重要因素，越是急于追求更高产值，次品率也越高。与手工裁割相比，自动裁割的速度最快可达5倍；与冲床相比，自动裁割产生的废料要少得多，更不需要经常更换刀模。

受复合材料特性的限制，很多加工商采用单层裁剪的方式。格柏单层自动裁割系列有着广泛的应用，通过这些系统，可实现自动化裁割玻璃纤维、碳纤维、预浸料、涂层面料等，应用在航空航天、风力发电、造船、医疗设备等领域。

DCS 1500裁床能满足设计师和制作人员的特殊要求，主要用于样品制作和小批量生产。它占地面积小，具有内置式真空吸附系统，并配有简单的裁割工具，这些工具大多是企业已经在用的或者手工生产需要用到的。与DCS 1500裁床配套的CutWorks软件允许用户从CATIA、SolidWorks、PRO/E甚至AutoCAD等多种CAD系统导入2D样板图。只要轻点鼠标，样板排版就能以人机交互形式或者全自动形式完成，也可将指令直接输入到正在高速作业的裁床中。

此外，预打标功能也是DCS 1500的标准配置，便于裁片溯源，使样片识别及备料与裁割同步完成。使用DCS 1500裁床和CutWorks软件，从手工转成自动化裁割易如反掌。位于苏格兰的Dowty Aerospace Propellers公司主要为航空器、航空器适用的复合材料部件及设备、航空器设备的制造和维修提供产品和服务，DCS 1500是他们的最喜爱的自动裁割工具。

DCS 2500的特点基本与DCS 1500相同，所不同的是，DCS 2500有多种规格的长度、宽度、高度和配置，可实现个性化配置。另外，DCS 2500还具有分区域裁割模式，可裁割不同的材料、样板或排版图。意大利南部的CAM公司主要加工碳预浸料、凯夫拉尔、玻璃纤维等材料用于制造航空航天合成材料部件。他们对DCS 2500裁床钟爱有加。

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格柏DCS 2500是复合材料裁剪的主要系统之一

最新推出的履带式DCS 3600/3600L裁床过窗次数少，真空系统的改进和电子调节刀具压力技术的引入使得裁割速度更快，效率更高，精确性和灵活性也更出色。

当然，对于某些比较容易处理的复合材料，格柏多层自动裁割系统同样能够胜任。

GTxL履带式裁床应用格柏尖端科技振动刀技术，可进行真空压缩后高达2.5厘米（1英寸）厚的中低层材料的裁割。履带式裁割台面可自动从铺布台、铺布机或送料机转移物料至裁割区，并将裁片移至捆包区

Z7裁床是高精度、高生产力、高性能自动裁割系统的典范。Z7能精确裁割各种复杂形状、多种尺寸的孔及剪口，裁割双层复合材料、三层复合材料、泡绵等也易如反掌。Z7还配备了增强型刀智能和快速更换钻头功能，确保裁割精度和打孔质量。

CAD开发和CAM裁剪系统的应用前景

对于涉及预浸料、喷涂层、真空包装等生产过程或者碳纤维、玻璃纤维增强复合材料等的应用，所有这些生产过程都需要简单的排版和裁割。许多公司正在使用格柏的排料和自动裁割技术，将其应用于碳纤维自行车车架、复合材料钓鱼竿和高尔夫球杆等加工过程。在这些产品的生产过程中，排料和裁割作业依然先于下游的操作，其效率的高低直接影响到整个生产线的效率。

在高性能复合材料领域，飞机的整流罩、机翼、座椅结构、盥洗室等多种部件，甚至连喷气发动机、直升飞机的螺旋桨叶片都是用复合材料设计制作的。据英国《飞行国际》杂志报道，GKN航空航天公司正在提升其碳纤维复合材料专业技术水平，力求实现大规模自动化生产，提高可靠性。GKN总裁Marcus Bryson预期，GKN公司今年的销售额将达20亿美元，在2007年16亿美元销售额的基础上增长近1/4。复合材料的增长机遇在下一代单通道客机及发动机中，必将为减重及降低成本做出巨大贡献。碳纤维复合材料在汽车工业（包括私家车和高性能赛车）中的使用比例不断上升，必将成为主流。

某种程度上来说，无论公司大小，只要涉及复合材料制品，都可以利用自动样板排版的精确性获得最佳物料利用率，尽可能减少对贵重材料的浪费；无论作业复杂与否，CAD和CAM自动裁剪系统都能提供相应的设备支持。

文章内容仅供参考 (投稿) (7/22/2010)


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