ماشین CNC؛ اجزا و انواع آن

در این مقاله قصد داریم با معرفی ماشین CNC، به بررسی فرآیند‌های اصلی آن، اجزا و انواع آن و همچنین کاربردهای این تجهیز بپردازیم.

فهرست مطالب

1- ماشین CNC

2- فرآیندهای اصلی ماشینکاری CNC

3- اجزای ماشین CNC

4- انواع ماشین‌های CNC

5- چه صنایعی از ماشین آلات CNC استفاده‌می‌کنند؟

——————————

1- ماشین CNC

کلمه CNC که مخفف عبارت (کنترل عددی کامپیوتری)  Computerized Numerical Control است، به معنای کنترل خودکار ماشین ابزار یا دستگاه، توسط کامپیوتر و به جای دخالت مستقیم اپراتور‌است.

به عبارتی، CNC را می‌توان به عنوان فرآیندی تعریف‌کرد که در آن نرم افزار کامپیوتری از پیش برنامه‌ریزی‌شده، حرکت ماشین آلات و ابزار را دیکته‌می‌کند.

در نتیجه تولیدکنندگان می‌توانند قطعات را در زمان کمتری تولید‌کنند، ضایعات را کاهش‌دهند و خطر خطای انسانی را از بین‌ببرند.

ماشین‌آلات از فرآیندهای مختلفی مانند آسیاب یا تراشکاری برای مواد خام به منظور تولید یک قطعه استفاده‌می‌کنند؛ که اغلب تولید گسسته نامیده‌می‌شود.

 ماشین‌های CNC از یک زبان برنامه نویسی نرم افزاری به نام G-code استفاده‌می‌کنند که به روشی ساده و منطقی نوشته‌شده‌است.

این نرم افزار، اندازه‌گیری‌های خاص و مورد نیاز تولید (مانند سرعت، موقعیت و هماهنگی) را برای ماشین مشخص‌می‌کند؛ که این ویژگی به ماشین اجازه می‌دهد در تولید قطعات مختلف، انعطاف‌پذیر و سازگار باشد.

جالب‌است که اولین ماشین‌های NC در دهه های 1940 و 1950 از نوار کاغذی یا کارت‌های پانچ برای کنترل حرکت استفاده‌می‌کردند.

«NC» تنها پس از معرفی رایانه‌ها در دهه 1960، به عنوان کنترل‌کننده به «CNC» تبدیل شد.

در ابتدا، بیشتر ماشین‌های CNC برای نیازهای قطعه‌سازی خاص، به صورت سفارشی ساخته‌می‌شدند، اگرچه ماشین‌آلات عمومی برای فرآیندهای تراشکاری یا حفاری نیز تولید‌می‌شدند.

از دهه 1990، مراکز ماشینکاری CNC بسیار تکامل یافتند ( مانند ماشین فرز 4 محوره با میز 800 * 800 میلی متر) و بازارها را در اختیار گرفتند.

ماشین‌های CNC را می‌توان بر روی هر ماده ای، از فلز گرفته تا کامپوزیت، چوب، پلاستیک و غیره استفاده کرد.

——————————

2- فرآیندهای اصلی ماشینکاری CNC

 CNC را می‌توان در طیف وسیعی از فرآیندهای تولید و ماشینکاری به کار برد.

در این مقاله ما بر روی عملیات ماشینکاری تمرکز می کنیم که می‌توان آنها را با تولید تراشه شناسایی کرد.

ماشینکاری CNC را می‌توان به عنوان فرآیندهای ماشینکاری با کنترل دیجیتالی و خودکار تعریف کرد. فرآیندهای اصلی ماشینکاری عبارتند از:

فرز : جایی که دوک می چرخد و مواد را جدا می‌کند.

چرخش : جایی که قطعه استوانه‌ای می‌چرخد، در حالی که، دوک ثابت است و مواد را جدا‌می‌کند.

حفاری : جایی که یک سوراخ در قطعه ایجاد می‌شود.

سنگ زنی : جایی که یک چرخ ساینده و غلتشی مقدار سبکی از مواد را حذف‌می‌کند.

اره کردن : جایی که مواد (به قطعات) با تیغ بریده یا اره می‌شوند.

فرآیند تکمیلی

سوهان کاری : در مورد حذف مقدار کمی مواد و ترکیب سنگ زنی و اره کردن است و بیشتر در سنگ زدایی استفاده‌می‌شود.

پولیش و برس زدن : جایی که یک سطح صاف یا براق با فرآیند ساینده ایجاد‌می‌شود.

موارد فوق اغلب به عنوان فرآیندهای ماشینکاری و سایش معمولی شناخته می‌شوند.

بسیاری از عملیات دیگر مانند EDM (ماشینکاری تخلیه الکتریکی) یا برش لیزری یا واتر جت در دسته عملیات حذف مواد قرار می گیرند که در این مقاله به آن‌ها پرداخته نمی‌شود.

گاهی اوقات عملیات ماشینکاری با فرآیندهای تولید افزودنی در ماشین‌های هیبریدی نیز، ترکیب‌می‌شود.

——————————

3- اجزای ماشین CNC

اجزای ماشین CNC عبارتند از :

1)  واحد پردازش مرکزی (CPU)

یک سیستم CNC توسط CPU یا هسته سیستم، کنترل می‌شود.

CPU قسمتی است که تمامی اطلاعات به عنوان بخشی از برنامه، در حافظه آن ذخیره می‌شوند.

پس از تایید اطلاعات، پردازنده کامپیوتر این داده ها را رمزگشایی کرده و آن ها را به سیگنال های کنترل موقعیت و کنترل سرعت، تغییر‌می‌دهد.

2)  واحد کنترل حافظه  (MCU)

MCU (واحد کنترل حافظه) مجموعه ای از تجهیزات و نرم افزارهای الکترونیکی است که G-code ارائه شده توسط دستگاه ورودی را بررسی می‌کند و تفسیر آن را به دستورالعمل هایی تبدیل می‌کند که می‌تواند توسط درایورهای مورد نظر اجرا شود و در نهایت اقدامات ماشینکاری مورد نظر صورت گیرد.

واحد کنترل حافظه یکی از اجزای اصلی دستگاه CNC‌است.

MCU، مختصات G-code را به حرکاتی که توسط موتورهای سروو در امتداد محورهای مختلف ماشین انجام می‌شود، تفسیر یا رمزگشایی‌می‌کند.

3) کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC)

  PLC یک کامپیوتر صنعتی، قوی است که NC را با ماشین تطبیق می دهد. این بخش، از مجموعه ای از قوانین از پیش اصلاح شده پیروی‌می‌کند و در پرتو مشارکت در سیستم های کنترل و تصمیم گیری‌های مبتنی بر منطق برای ماشین CNC عمل می‌کند.

از PLC برای محدود کردن عملکرد دستی استفاده‌می‌شود که البته می‌تواند شرایط سخت را تحمل کند.

4) کنترل پنل ماشین

پنل کنترلی ماشین بخشی‌است که در آن ابزارهای کنترل، نظارت یا مدیریت نمایش داده‌می‌شوند و به عنوان رابط مستقیم بین سیستم عامل و سیستم NC عمل‌می‌کند.

قبل از اجرای یک برنامه، ماشین باید تا زمانی که حافظه سیستم را با برنامه قسمت مورد نیاز بارگیری می‌کند، نقطه مرجع مناسب و سایر دستورات ضروری را آماده کند.

5) ماشین ابزار

ماشین ابزار اصطلاح کلی‌است که برای اشاره به هر ابزاری که ممکن‌است فرآیندی را روی قطعه کار انجام دهد (معمولاً ابزارهای برش)، استفاده‌می‌شود.

ماشین ابزار با تکیه بر نوع دستگاه CNC اشکال مختلفی به خود می‌گیرد.

ماشین‌های تراش CNC از ابزارهای ثابت استفاده‌می‌کنند و مواد خام در حال چرخش را به داخل ابزار، منتقل می‌کنند تا برش‌هایی ایجاد کنند.

تغییر دهنده ابزار به طور معمول یک ابزار را از دوک حذف می‌کند، آن را در کتابخانه ابزار قرار می دهد و ابزار بعدی را نصب می‌کند.

6) دستگاه‌های ورودی

“دستگاه ورودی” در یک دستگاه CNC ، وسیله ای است که برنامه های CNC به وسیله آن بارگذاری یا روی دستگاه قرار می گیرند.

این دستگاه ورودی می‌تواند صفحه کلید (برای وارد کردن مستقیم دستورات کد G )، USB (برای انتقال یک برنامه) یا ارتباط بی سیم (در صورت عدم امکان دانلود برنامه از رایانه دیگری با استفاده از شبکه محلی) باشد.

7) سروموتور

سروموتور، مانند موتور پله ای کار می‌کند. که البته در این سیستم، یک مکانیسم ترمز سریع تعبیه شده‌است که در هر نقطه ای که منبع تغذیه قطع شود، مکانیسم ترمز فعال شده و تمام قطعات متحرک خاموش می‌شود.

بنابراین، امکان دستیابی به موقعیت دقیق وجود دارد.

از آنجایی که موتورهای سروو در ساعت بهسازی ماشین NC در دسترس نیستند، می‌توان از استپر موتور به عنوان یک واحد محرک استفاده کرد.

8) واحد کنترل سروو

واحد کنترل سروو، مسئول کنترل موقعیت دقیق است. چراکه این سیستم، سیگنال های فیدبک موقعیت را برای حرکت واقعی محورهای ماشین ابزار از دستگاه‌های فیدبک دریافت‌می‌کند و سیگنال های معقولی را به عنوان مقادیر فرمان ایجاد‌می‌کند که با محورها و موتورهای اسپیندل در ارتباط هستند.

9) دستگاه‌های فیدبک

دستگاه‌های فیدبک، که به‌عنوان سیستم اندازه‌گیری نیز شناخته می‌شوند، شامل مبدل‌های موقعیت و سرعت هستند که به‌عنوان حسگر برای نظارت بر موقعیت فعلی ابزار برش در هر لحظه حرکت می‌کنند.

10) سیستم فیدبک

علی رغم دقت یا درستی سیستم درایوینگ، داشتن یک سیستم کنترل حلقه بسته می‌تواند بسیارمهم باشد. زیرا، ممکن‌است هنگامیکه ماشین یک جزء مکانیکی را به یک موقعیت خاص منتقل‌می‌کند، نیاز به تأیید موقعیت و در مواردی تغییر یا تنظیم آن باشد.

11) واحد نمایشگر

واحد نمایشگر یک مانیتور یا یک تجهیز تعاملی، میان دستگاه و اپراتور است که وضعیت فعلی پروژه ها، سفارشات و سایر اطلاعات مهم دستگاه CNC را نشان می دهد.

همچنین، می‌تواند برای کارهای نگهداری و استقرار، ارزشمند باشد؛ چراکه قادر‌است اطلاعات مهم دیگری را نیز نمایش دهد.

12) سیستم درایوینگ 

در CNC، بستر تعبیه شده به طور یکنواخت در امتداد محورهای  x  و y حرکت می‌کند و ابزار یا دستگاه برش نیز در امتداد محور z به سمت بالا حرکت می‌کند.

در یک ماشین تراش استاندارد CNC، سیستم محرک ابزار برش را به صورت خطی با محور چرخش قطعه کار، حرکت می‌دهد.

حرکت در یک دستگاه CNC، توسط سروو موتورها، بال اسکروها و راهنماهای خطی، کنترل می‌شود.

سرووها می‌توانند به طور دقیق اسکروها را برای قرار دادن اجزای مکانیکی مختلف مانند تخت و دوک حرکت دهند.

13) بستر دستگاه CNC

بستر CNC قسمتی‌است که مواد اصلی بر روی آن نصب می‌شوند. برای محکم کردن قطعه کار که در یک مکان نصب شده‌است، از جک های نگهدارنده کار مختلف استفاده‌می‌شود.

بستر دستگاه CNC اغلب دارای شکاف‌های T یا دندانه هایی است که می‌توان قطعه‌ها را به آنها وصل کرد.

بستر‌های ماشین‌های CNC معمولی درست در امتداد محورهای افقی x و  y قرار دارند. درحالیکه، ماشین‌های 5 محوری توسعه ‌یافته‌تر می‌توانند حرکات چرخشی در امتداد محورهای x و y داشته باشند.

14) Headstock

Headstock قطعه ای منحصر به فرد برای ماشین تراش‌است که شامل محرک اصلی، یاتاقان ها و چرخ دنده‌های مورد نیاز برای چرخاندن chuck در سرعت های مختلف کاری‌است.

Headstock را می‌توان در سمت چپ یک دستگاه CNC یافت.

که البته، این قسمت از دستگاه معمولاً محصور‌است و از طریق پنل های قابل جابجایی می‌توان به آن دسترسی پیدا کرد.

15) Tailstock

Tailstock یک قطعه در ماشین تراش CNC است که برای حمایت محوری از قطعات کار استوانه‌ای شکل در یک طرف استفاده‌می‌شود. در این فرآیند chuck طرف مقابل را نگه می‌دارد و به همین ترتیب قطعه را می‌چرخاند.

بدون Tailstock، نیروهای ایجاد‌شده در حین برش باعث انحراف قطعه از کاتر می‌شوند.

16) Tailstock Quill

Tailstock Quill در Tailstock قرار دارد. Quill دارای انتهای مخروطی شکل‌است که با محور دوک و chuck در یک راستا می‌باشد.

در حین ماشینکاری یک شفت بلند، به طور مکرر یک سوراخ در مرکز انتهای قطعه کار ایجاد‌می‌کند. این کار بدلیل قرار دادن Quill به عنوان پشتیبان صورت می گیرد.

به طور کلی، Tailstock در نزدیکی قطعه حرکت داده‌می‌شود، سپس در آن نقطه، Quill با فشار پنوماتیک یا هیدرولیک برای محکم کردن مواد خام فعال‌می‌شود.

17) پدال

از پدال های پا برای فعال و غیرفعال کردن chuck و Tailstock در ماشین تراش CNC استفاده‌می‌شود.

18) Chuck

Chuck یک قطعه مخصوص ماشین‌است که برای گرفتن مواد خام در حین ماشینکاری در ماشین تراش استفاده‌می‌شود.

این قطعه بواسطه یک محور با سرعت زیادی چرخانده می‌شود.

یک Chuck معمولاً دارای سه یا چهار دستگیره پنوماتیکی یا هیدرولیک‌است.

گیره های سه فک این قطعه، خود – متمرکز هستند و می‌توانند به طورهمزمان به صورت شعاعی حرکت کنند.

در حالیکه، گیره های چهار فک آن قابل تنظیم یا تغییر هستند و خود محور نیستند.

——————————

4- انواع ماشین‌های CNC

در این بخش قصد داریم انواع مختلف ماشین‌ها را برای شما شرح دهیم.

ماشین‌های CNC برای تولید طیف گسترده ای از اقلام طراحی شده‌اند.

از این رو، انواع مختلفی از ماشین‌های CNC متداول وجود دارد که هدف خاصی را برآورده می‌کنند.

مهم‌است که بدانید برای استفاده از این ماشین‌ها به مهارت های یک متخصص آموزش دیده نیاز است، چراکه در این صورت می‌توانید محصولات تجاری، با کیفیت بالا تولید کنید.

 1) آسیاب CNC

یکی از رایج ترین انواع ماشین‌های CNC ، آسیاب CNC‌است که از کنترلر های کامپیوتری برای برش مواد مختلف استفاده‌می‌کند.

این دستگاه می‌تواند برنامه های خاصی از اعداد و حروف را به منظور حرکت دوک به روش های مختلف ترجمه کند.

بسیاری از کارخانه ها، از آنچه به عنوان G-code شناخته می‌شود، استفاده‌می‌کنند، که همانطور که گفته شد، یک زبان برنامه نویسی استاندارد‌است که توسط اکثر ماشین‌های CNC شناخته شده‌است.

یک آسیاب CNC می‌تواند طیف گسترده ای از عملکردها، مانند فرز سطحی، فرز شانه ای، ضربه زدن، سوراخ کردن و چرخش را داشته‌باشد.

اکثر آسیاب های CNC در پیکربندی‌های سه تا شش محوره تولید می‌شوند و از یک چرخ ثابت جهت برش قطعه کار استفاده‌می‌کنند.

آسیاب CNC در مقایسه با سایر ابزارها بسیار بزرگ‌است و می‌تواند بسیار گران باشد.

برخی از تولیدکنندگان دستگاه آسیاب CNC عبارتند از Okuma، HAAS و DMG Mori.

2) تراش CNC

تراش یک دستگاه CNC است‌که وظیفه برش قطعات کار را هنگام چرخاندن آنها دارد.

تراش‌های CNC با استفاده از ابزارهای مختلف می‌توانند برش های دقیق را به سرعت انجام دهند.

این مدل از ماشین‌های CNC دقت بسیار بالایی را در مقایسه با ماشین‌های تراش دستی ارائه می‌دهند.

آن ها، مواد خام را برروی دوک به حرکت در می‌آورند، و اغلب دارای محورهای کمتری نسبت به ماشین‌های فرز CNC هستند که به همین دلیل، اندازه کوچکتر و فشرده تری دارند.

تراش‌های CNC دارای کنترل‌هایی مشابه با دستگاه‌های CNC هستند و می‌توانند هم G-code و هم سایر زبان‌های برنامه‌نویسی اختصاصی را بخوانند.

برخی از رایج‌ترین تولید کنندگان ماشین تراش CNC عبارتند از HAAS، Mori Seiki و Okuma.

چارچوب تراش‌های CNC مشابه تراش‌های دستی‌است.

3) روتر CNC

روتر CNC دستگاهی‌است که بسیار شبیه به روتر دستی معمولی‌است که برای برش مواد مختلف استفاده‌می‌شود.

این نوع دستگاه CNC می‌تواند به برش فولاد، چوب، آلومینیوم، کامپوزیت، پلاستیک و فوم کمک کند.

روتر CNC مشابه آسیاب CNC‌است.

این دستگاه دارای قابلیت استفاده از کنترل عددی کامپیوتری برای مسیریابی‌است که دستگاه را قادر به انجام کار می‌کند.

روترهای CNC با تولید اقلام مختلف در زمان بسیار کمتری نسبت به سایر ماشین‌ها، ضایعات را کاهش داده و بهره وری را افزایش می‌دهند.

اکثر روترها می‌توانند بر روی یک ماده خاص در هر سه بعد کار کنند و برای پروژه های کوچکتر و ایجاد نمونه های اولیه و طرح های پیچیده عالی هستند.

این دستگاه می‌تواند به صورت سه محور، چهار محور، پنج محور و شش محور یافت شود.

4) برش پلاسما CNC

فرآیند برش پلاسما شامل برش یک ماده با استفاده از مشعل پلاسما‌است. این روش بیشتر برای برش مواد سنگین مانند فولاد و سایر اشکال فلز استفاده‌می‌شود.

با برش پلاسماCNC ، گاز با سرعت بسیار بالایی از یک نازل دمیده‌می‌شود که همزمان با آن، یک قوس الکتریکی، از طریق گاز خارج شده از نازل به سطحی که در حال برش است، تشکیل می‌شود.

این عمل مقداری از گاز را به پلاسما تبدیل می‌کند که دمای آن بین 10000 تا 50000 درجه‌است.

پلاسما آنقدر داغ‌است که هر ماده ای را که در حال برش است ذوب کند و هر فلز مذاب را از محل برش دور می‌کند.

از نظر شکل و اندازه، برش های پلاسما CNC شباهت زیادی به روترهای CNC دارند.

 این ماشین‌ها فقط با اشکال دو بعدی کار می‌کنند.

5) تخلیه الکتریکی CNC

ماشینکاری تخلیه الکتریکی، یا به اختصار EDM ، قادر‌است که یک شکل خاص در یک ماده خاص با استفاده از تخلیه الکتریکی یا جرقه ایجاد کند.

در این فرآیند، مواد از یک قطعه کار خاص توسط یک سری تخلیه الکتریکی پی در پی بین دو الکترود حذف می‌شوند.

 این الکترودها توسط یک سیال دی الکتریک که اغلب ولتاژ الکتریکی دریافت می‌کند، جدا می‌شوند.

در این دستگاه، مواد بین دو الکترود قرار می‌گیرند و سپس دستگاه محاسبه می‌کند تا میزان تخلیه الکتریکی مورد نیاز هر الکترود برای تولید را بدست آورد.

6) برش لیزری CNC

این نوع ماشین‌ها شبیه ماشین‌های پلاسما CNC هستند. تنها تفاوت آن ها در این است که لیزرها بیشتر برای برش استفاده می‌شوند و برای برش فلزات، پلاستیک یا چوب سخت عالی هستند.

بسته به چگالی و استحکام مواد، شدت لیزر قابل تنظیم‌است.

——————————

5- چه صنایعی از ماشین آلات CNC استفاده‌می‌کنند؟

ماشینکاری CNC نقش مهمی در طیف گسترده ای از صنایع ایفا‌می‌کند. برخی از صنایع اصلی که از ماشین‌کاری CNC استفاده‌می‌کنند عبارتند از:

صنایع خودرو :

ماشینکاری CNC می‌تواند برای ماشینکاری قطعات موتور خودرو مانند سرسیلندر، اجزای سوپاپ، قرقره ها، براکت ها، اجزای داخلی و خارجی خودرو، اجزای تعلیق، اجزای سیستم سیال و موارد دیگر استفاده‌شود.

صنایع دفاع :

محصولات مورد استفاده توسط ارتش باید از مقررات دولتی خاص پیروی کنند، که در این حالت دقت و سازگاری ماشین‌هایCNC  نقش بسزایی دارند.

 قطعات دفاعی اغلب برای اجزای هواپیما، اجزای موشک و اجزای ارتباطی استفاده‌می‌شود.

صنایع پزشکی :

دستگاه‌های CNC برای ایجاد قطعات سفارشی برای صنعت پزشکی، از جمله دستگاه‌های MRI، دستگاه‌های ارتز و پروتز، تجهیزات تحقیقاتی و ابزار پزشکی استفاده می‌شوند.

صنایع هوافضا :

قطعات ساخته شده برای صنعت هوافضا باید بالاترین الزامات کالیبر را برآورده‌کنند. ماشینکاری CNC  برای ایجاد چندین جزء هواپیما، مانند اجزای موتور، اتصالات الکتریکی، سنسورها، قطعات صندلی و بدنه هواپیما استفاده‌می‌شود.

صنایع تولید برق :

صنعت تولید برق از طیف گسترده‌ای از اجزا استفاده می‌کند که از طریق فرآیند ماشینکاری CNC ایجاد می‌شوند. این اجزا عبارتند از: تیغه‌های خنک‌کننده، پره‌های ورودی، دستگاه‌های پشتیبانی دوار و موارد دیگر.

استفاده از ماشین آلات CNC بسیار فراتر از این پنج صنعت است. سایر موارد شامل صنایع نفت و گاز، الکترونیک و حتی صنایع دریایی است. بسیاری از ابزارهای پیشرفته که دنیای امروز ما به آنها متکی است، از طریق فرآیند ماشینکاریCNC ، مانند چاپگرهای سه بعدی، ایجاد‌شده‌اند.

جمع‌بندی

دستگاه CNC یک ابزار فوق العاده انعطاف پذیر است.

که از آن برای برش، حکاکی و آسیاب کردن مواد مختلف مانند پلاستیک، آلومینیوم و فلزات مختلف استفاده‌می‌شود.

تطبیق پذیری آن به این معنا‌است که می‌توان از این دستگاه در برنامه های مختلف و حتی در صنایع، به عنوان مثال، خودروسازی، ساخت و ساز و شرکت های هواپیمایی استفاده کرد.

دستگاه CNC، یک ابزار فوق‌العاده ارزشمند‌است که می‌تواند نتایج ایده آلی را به شما ارائه دهد.

 

مراجع

Components of CNC Machine

What Is CNC? 6 of the Most Common CNC Machines

What Is CNC Programming

What is CNC

مطالب مرتبط

انواع دستگاه سیم پیچ