03
اکتبر

دستگاه cnc

مقدمه

 

اولین ماشین آلات سی ان سی در دهه 40 و 50 میلادی توسعه یافتند و به تکنولوژی ذخیره سازی داده های مخابراتی رایج که به نام ((نوار پانچ)) یا ((نوار کاغذی سوراخ شده)) شناخته می شد ، تکیه میکردند این نوع دستگاه ها به دستگاه های NC  معروف هستند

دستگاه‌های سی ان سی از اوایل دهه­‌ی ۵۰­ میلادی کار خود را شروع کردند. ماشین‌­های سی‌­ان­‌سی یا همان کنترل عددی (Computer Numerical Control)  فرامین را با استفاده از یک کنترلر یا  PC از اپراتور دریافت می‌کنند

دستگاه  سی ان سی ، دستگاه  الکترومکانیکی است که ابزارهای ماشین آلات را با استفاده از ورودی های برنامه نویسی کامپیوتر کنترل می کنند

سی ان سی به معنای “کنترل عددی کامپیوتری” است و به عملکرد یک ابزار ماشین اشاره دارد

از یک زبان به نام جی کد استفاده می کند که به دستگاه می گوید که چگونه می توان مواد خام مانند فلز یا پلاستیک،سنگ ، چوب و…. را به هر محصولی که اپراتور نیاز دارد، برش داد.

 

تمامی عملیات و حرکات دستگاه های سی ان سی توسط کامپیوتر ها کنترل می شود. به همین دلیل ماشین های سی ان سی سرعت و دقت بالایی دارند. در حقیقت دستگاه های سی ان سی همان دستگاه های دستی ساده هستند که به یک بخش کنترل گر مجهز شده اند

 CNC

سی ان سی ها دستگاه‌هایی هستند که امروزه در صنایع بزرگی از جمله ماشین‌سازی، هواپیما سازی، کشتی‌سازی و همچنین در سنگ کاری و چوب‌کاری و کابینت سازی، مبل سازی، لوازم الکترونیک و… کاربرد دارند. این دستگاه‌ها توانایی ماشینکاری با سرعت و دقت بالا را دارا هستند. بسیاری از کارهای امرور بدون حضور این ماشین‌ها غیر ممکن است. CNC ها در صنایع حساسی چون طلاسازی و منبت‌کاری که دقت وظرافت بالایی می‌خواهند، به خوبی از عهده‌ی کارها برآمده‌اند. در این دستگاه‌ها که توسط کامپیوتر و کنترلر هدایت می‌شوند ابتدا طرح مورد نظر را تولید کرده، در کامپیوتر آن طرح را به صورت جی‌کد (g-code) در سه محورافقی(X)، عمودی(Y) و عمقی (Z)) در می‌آوریم و پس از قرار‌دادن قطعه‌کار مورد نظر، دستگاه آن طرح را بر روی ماده ، ماشینکاری می‌کند.

دستگاه‌های CNC، براحتی می‌توانند قطعات چوب و فلزو سنگ و…. را به اندازه‌های دلخواه شما ماشینکاری کنند. مدل و طرح، قبلا توسط یک نرم­ افزار CAM/CAD  مانند سالیدورکس (Solid works)، کتیا (Catia)، پرو اینجیرینگ (Pro engineering) و غیره مدلینگ شده است.

زبان بین اپراتور و دستگاه­ CNC، را جی­ کد (G Code) می­گویند. این زبان که نوعی زبان برنامه نویسی است از استاندارد

(Iso 6983  EIS-274-D)استفاده می­ کند. شما با استفاده از جی‌کد میزان حرکت، چرخش و ترتیب حرکت ابزار­های کار را برروی قطعه­ کار (Workpiece)، مشخص می‌کنید. حرکات ماشین سی‌ان‌سی برخلاف ماشین‌های دستی و قدیمی، توسط برنامه کنترل می‌شود. این برنامه­ ها اغلب به زبان جی­ کد نوشته می‌شوند. مثلاً با دریافت دستور G1 X100 Y100، ابزار روی یک خط مستقیم به مختصات (۱۰۰٬۱۰۰)، از مبدا حرکت می‌کند. این حرکت با دقت زیاد و بدون نیاز به اندازه‌گیری توسط اپراتور، انجام می‌شود. به همین دلیل ماشین‌های CNC سرعت و دقت ماشینکاری را به مراتب افزایش می‌دهند.

محورها:

هر محور در سی ان سی، توسط یک یا چند موتور که می­تواند به صورت استپ، سروو یا سرووهیبرید موتور باشد کنترل می­شود و طبیعتا هر موتور دستور حرکت و توقف و میزان سرعت را از یک درایو می‌گیرد.محور­های X  و Y در سی ان سی ­ها جهت حرکت دو بعدی طول و عرض می­باشند و هر سی ان سی قطعا دو محور  X و Y را دارد. محور  Z در سی ان سی محور ارتفاع نام دارد که بعد سوم و برجستگی کار را به ارمغان می آورد. محور A  در سی ان سی محور گردان یا روتاری نام دارد که انجام‌ کار چند‌وجهی را برای کاربر امکان‌پذیر می‌کند.

دستگاه‌های سی ان سی، دارای ۲، ۳، ۴ و ۵ محور هستند. دستگاه‌های با ۵ محور را ربات گویند.

 

استاندارد محورها در دستگاه­های سی ان سی (CNC):

استاندارد  RS-367A مربوط به  EIA تا ۱۴ محور حرکت را در انواع دستگاه‌های مختلف بیان می‌کند. تعداد محورها در دستگاه‌های  CNC عموماً تا پنج محور و در دستگاه‌های CNC سنگ زنی، تا چهارده محور نیز می­رسد. دستگاه‌های CNC به طور استاندارد در مختصات کارتزین برنامه‌ریزی می‌گردند. سه محور اصلی حرکت با نام‌های Z,Y,X  شناخته می‌شوند که محور Z  عمود بر Y,X  بوده و سه محور یک سیستم مختصات دست راست را تشکیل می‌دهند در نتیجه حرکت مثبت محور Z  باعث دور شدن ابزارکار از قطعه‌کار می‌گردد.

در فرزکاری و سوراخکاری دو محور  X و Y  در صفحه افقی قرار دارند. در دستگاه سوراخکاری حرکت مثبت محور Z  باعث بالا رفتن اسپیندل می شود؛ در حالی که در تراش این حرکت بر­عکس است. در تراش فقط دو محور برای ایجاد حرکت و ماشینکاری کافی است و چون اسپیندل به صورت افقی قرار دارد محور Z نیز افقی است. حروف C,B,A نیز برای حرکت زاویه ای به ترتیب حول محورهای ،X  و z  به کار می‌روند.

 

بال اسکرو Ball Screw:

در ابتدا برای حرکت دادن میز و ابزارکار، از سیستم پیچ و مهره استفاده می‌کردند. در اثر حرکت لغزشی بین سطوح پیچ و مهره که باعث ساییدگی و خوردگی می­شد، لقی ایجاد می‌گردید که خود باعث کاهش دقت کار می‌گردید. یکی از راه‌هایی که در آن زمان به‌کار برده شد، استفاده از پیچ و مهره با سطح مقطع ذوزنقه‌ای بود که امروزه هم از این نوع پیچ و مهره در دستگاه‌های فرز و تراش استفاده می‌گردد. پس از مدتی، سیستم لید اسکرو (Lead Screw) که در آن بجای استفاده از یک مهره، از دو مهره که بینشان فنری قرار داشت معرفی گشت.

به کمک این فنر که قابلیت تنظیم را داشت، لقی به حداقل می‌رسید اما یک مشکل همچنان پابرجا بود، و آن لغزش بین سطوح بود. اختراع بال­ اسکرو این مشکل را حل کرد. مکانیزم بال­ اسکرو به علت وجود بال بیرینگ‌ها کاملا غلتشی و نه لغزشی است و در نتیجه، اصطکاک نیز کاهش می‌یابد

بال‌اسکرو وسیله‌ای مکانیکی است که به لطف حضور مهره­ ها، حرکت چرخش را به حرکت خطی در راستای محور مهره‌ها تبدیل می­کند. ساختار بال‌اسکرو خیلی به پیچ و مهره شباهت دارد که گوی کروی به عنوان مهره و شفت رزوه شده به‌عنوان پیچ عمل می‌کند. رابط بین گوی و شفت، ساچمه‌ها هستند.

بال‌اسکروها، از پیچ هرزگرد، مهره و ساچمه‌ها تشکیل شده‌اند که حرکت چرخشی را به حرکت خطی تبدیل می‌کنند. هرچه ساچمه‌ها بین گوی و شفت، بهتر قرار بگیرند و بهتر عمل کنند، حرکتی روان­تر و بی سروصداتر خواهیم داشت.

اسپیندل موتور:

اسپیندل‌ها یکی از قطعات اصلی در دستگاه‌های cnc می‌باشند که برای عملیات حکاکی ضروری می‌باشند.

اسپیندل‌ها از نوع الکتروموتورها هستند. مانند الکتروموتور کولر منازل؛ با این تفاوت که سرعت و دقت کاملا متفاوتی دارند که ناشی از طراحی و بکار بردن جنس متفاوت در آن­ها می‌باشد.

 اسپیندل ها دارای مولفه‌های مهمی هستند که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:

  • قدرت: توان بالا، اجازه براده‌برداری از قطعه‌ای بزرگ‌تر و سرعت بیشتر را به ما می‌دهد.
  • سرعت: سرعت بالا امکان ماشینکاری بهتر و سریع‌تر را فراهم می‌سازد. سرعت اسپیندل با اینورتر قابل تنظیم است. سرعت‌های بالا همیشه مناسب نبوده و مثلا سرعت‌های بالای ۳۰۰۰۰ دور در دقیقه برای چوب ، باعث سوخته شدن و تغییر رنگ قطعه کارمی‌گردد.
  • ابزارگیر: قرارگیری ابزارکار (Collet)
  • سیستم خنک‌کننده: سرعت‌های بالا و کار برروی قطعه‌کار باعث داغ‌شدن اسپیندل می‌شود. برای خنک‌ کاری اسپیندل از دو روش هوا خنک و آب‌ خنک استفاده می‌کنند. اسپیندل‌های هواخنک دارای فن در بالای شفت بوده و با کار‌کردن آن خنک می‌گردد. اسپیندل ­های هواخنک که دارای مقطع مستطیلی‌اند معمولا صدای بیشتری ایجاد می‌ کنند. اسپیندل­‌ های آب‌ خنک که دارای مقطع دایره‌ای هستند، دارای ورودی و خروجی آب هستند.
مرغک

مرغک که غالبا از جنس چدن می‌باشد قابلیت جابه‌جایی دارد. مرغک در ماشینکاری قطعه‌کارهای با طول بالا کاربرد زیادی دارد. مرغک غالبا در سمت راست اپراتور واقع شده است. مرغک با مهار کردن قسمت انتهایی قطعه‌ کار، مانع لرزش آن می‌شود.

اینورتر:

اینورتر ها دستگاه‌ هایی هستند که قطعات متحرک ندارند و در بسیاری از ابزارهای کاربردی از منبع تغذیه کامپیوتر گرفته تا ابزار بزرگ حمل و نقل، استفاده می‌شوند . اینورتر ها معمولا برای تامین جریان AC  از منابع DC  مانند پانل‌های خورشیدی یا باتری مورد استفاده قرار می‌گیرند. به دلیل تبدیل جریان مستقیم (DC) به متناوب (AC) به این نوسان‌سازهای الکتریکی اینورتر (Invertor) گویند. این دستگاه که به آن درایو AC هم می‌گویند، برای کنترل سرعت یک موتور AC  سه‌فاز بدون کاهش قدرت و گشتاور موتور مناسب می‌باشد. اینورتر، نوسان‌ساز الکترونیکی قدرت بالا است. دلیل این نام‌گذاری آن است که این دستگاه عمل عکس مبدل برق AC  به DC  متداول را انجام می‌دهد. ورودی اینورترها می‌تواند ۳ یا تک‌فاز باشد اما خروجی حتما سه‌فاز خواهد بود

از ویژگی‌های اینورترها می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

·         کاهش انرژی مصرفی
·         طولانی شدن عمر موتور اسپیندل
·         امکان کنترل سرعت بدون کاهش گشتاور و توان موتور
·         امکان تغییر جهت چرخش موتور
·         امکان کار موتور در جریان‌هایی با ولتاژ متغییر
·         افزایش توان موتور در برابر اضافه‌ی بار
·         قطع و وصل کردن موتور بدون نیاز به قطع و وصل کردن برق
·         افزایش طول عمر موتور

اینورترها از لحاظ اقتصادی بسیار حایز اهمیت هستند. این دستگاه‌ها با کنترل جریان ورودی و مدیریت آن در طول زمان کار دستگاه، به هنگام نیاز، جریان را افزایش و به هنگام عدم نیاز، آن را کاهش می‌دهد. موتور برای راه­اندازی، به جریانی بیشتر از میزان نامی خود نیاز دارد. به دلیل عدم حضور اینورتر، بار زیادی از سیستم کشیده می‌شود؛ اما حضور اینورتر جلوی این اتفاق را می‌گیرد. شاید یکی دیگر از مزایای استفاده از اینورتر، استفاده از برق ۱ و ۳ فاز به‌جای فقط برق سه‌فاز برای راه­‌اندازی موتور می­‌باشد. با توجه به توضیحات بالا، مسلما اینورتر عمر مفید موتور، یاتاقان و … را افزایش می‌دهد.

سرو موتور و استپر در دستگاه‌های سی ان سی (CNC):

در دستگاه‌ها سی ان سی از دو نوع موتور به نام سروو موتور و استپر (استپ) موتور بهره می‌گیرند. به‌طور‌کلی برای سرعت‌های بالا از سروو موتور و سرعت‌های پایین‌تر از استپر موتور استفاده می‌شود. یکی از تفاوت‌های این دو، در قیمت آن­ ها می­ باشد.

تفاوت های سروو موتورها با استپ موتورها:
  • دقت و سرعت سروو موتورها از استپر موتورها بیشتر است.
  • توانایی کنترل سروو موتورها بیشتر از استپر موتورهاست.
  • حرکت سروو موتورها نرم­تر از استپر موتورهاست.
  • قیمت سروو موتورها از استپر موتورها بیشتر است.
  • برای سروو موتورها برعکس استپر موتورها، نیاز به راه اندازی مجدد نیست.

 

کاربردهای دستگاه سی ان سی:

  • استفاده جهت برش
  • استفاده جهت شکل­دهی
  • استفاده جهت حکاکی
  • استفاده جهت سایزدهی

 

انواع مختلفی از ماشین آلات سی ان سی وجود دارد که در ادامه به معرفی مهمترین آنها میپردازیم

دستگاه فرز

این دستگاه از برش دهنده های دایره ای برای برش انواع مواد تولیدی استفاده می کند و به دستورات سی ان سی تکیه می کنند تا عمق، جهت و زاویه قطعه را تعیین کنند. دقت دستگاه امروزه با بهره گیری از تکنولوژی سی ان سی با مقایسه با زمانی که این ماشین ها با دست کار می کردند بیشتر شده است

دستگاه تراش cnc

این ماشین آلات به سرعت مواد تولیدی را روی یک محور می چرخاند. سپس مواد را در برابر یک ابزار حکاکی یا حرارتی فشار داده و در حال چرخش برای برش یا شکل دادن به آن اقدام می کند. این نوع دستگاه سی ان سی عمدتا برای اشیاء متقارن مانند سیلندرها، مخروط ها و کره ها استفاده می شود.

 

خرد کننده ها

یک صفحه گردان که برای خرد کردن و تغییرشکل مواد به شکل دلخواه استفاده می شوند. این ماشین ها به راحتی قابل برنامه ریزی هستند زیرا معمولا به دقت مورد نیاز دستگاه فرز و برش برای کارکردن نیاز ندارند

 

روتر cnc

روترهای برش، سنگ ،چوب، پلاستیک و ورق فلز را بر روی محور X، Y و Z برش می دهند و عمدتا برای تولید محصولات در مقیاس بزرگ استفاده می شوند. در حالی که برش سه بعدی شایع است، برخی از روترها چهار، پنج یا شش محوره هستند که برای محصولات پیچیده تر ایده آل هستند.

چاپگر ۳ بعدی

تکنولوژی cnc در ایجاد انقلاب در جهان تکثیر ۳ بعدی مورد نیاز است. در مورد یک چاپگر سه بعدی، یک اکسترودر برای فشار دادن پلاستیک داغ از طریق یک سوراخ کوچک به طور آهسته و لایه لایه، تا زمانی که قسمت کپی شده کامل شود، استفاده می شود.

ماشین آلات اندازه گیری

مترولوژی یک علم برای اندازه گیری است. چنین دستگاه هایی از نرم افزارهای پیشرفته ۳ بعدی برای بررسی قطعات ماشین آلات دیگر با دقت بالا استفاده می کنند. این باعث افزایش کارایی تولید کلی و کاهش خرابی های تجهیزات می شود.

دستگاه برش لیزر و برش پلاسما

پرتوهای لیزری و مشعل پلاسما برای کارهایی استفاده می شوند که دستگاههای cnc دیگر برای آن کارها کارآیی کافی را ندارند. هر دوی آنها به اندازه کافی داغ هستند تا بتوانند هر نوع ماده ای را بسوزانند و هر گونه شکل یا زاویه ای را ایجاد کنند. برش لیزری به تدریج پلاسما را از دور خارج کرده است، که به دلیل قدرت بالای سوراخکاری آن می باشد.

ماشین آلات انتخاب و جاگذاری در محل

این تکنولوژی تحت عنوان surface mount شناخته می شود، این دستگاه cnc برای کمک به سرهم بندی الکترونیکی مانند صفحه مدار، خازن ها و مقاومت ها استفاده می شود. آنها دارای تعدادی نازل مکانیکی کوچک هستند که قطعات الکترونیکی را بلند می کنند، آنها را به محل مشخص شده برده و در محل مورد نظر قرار می دهند.

انواع دیگر ماشین های سی ان سی ، دستگاه برش پلاسما، دستگاه هوابرش ، دستگاه واترجت یا برش واترجت یا برش آب و … هستند که کاربرد های زیادی در صنایع محتلف دارند دارند