مقالات

در دنیای ماشین‌های CNC

همه چیز در مورد ماشین‌های CNC یا Computer Numerical Control

ماشین‌های کنترل عددی (NC: Numerical Control) به ماشین‌های ابزاری گفته می‌شود که کنترل آن‌ها به صورت خودکار و بدون دخالت (یا دخالت حداقلی) اپراتور انجام می‌‌شود.

 زمانی که کامپیوترها و میکروکامپیوترها توسعه نیافته بودند، در نسخه‌های قدیمی این دستگاه که ماشین‌های NC نام داشتند، از کاغذهای پانچ شده برای انتقال برنامه‌ی ساخت به ماشین استفاده می‌شد. اما با پیشرفت کامپیوترها، این ماشین‌ها نیز برای کنترل و برنامه ریزی ساخت، به کامپیوترها و میکروکامپیوترها مجهز شدند و (CNC (Computer Numerical Control نام گرفتند. مواد مختلفی امکان ماشین کاری با ماشین‌های CNC را دارند، از جمله آلومینیوم، برنج، مس، استیل، تیتانیوم، چوب، فوم، فایبرگلس و انواع پلاستیک. در این مطلب ماشین بازار این دستگاه پرکاربرد در صنایع را معرفی کرده‌ایم.

نحوه‌ی عملکرد

برخلاف ماشین‌ابزارهای قدیمی که کنترل آن‌ها به صورت دستی و با اهرم یا فرمان‌های دایره‌ای شکل انجام می شد، در ماشین‌های سی ‌ان ‌سی، کنترل ابزار برش یا براده برداری توسط کامپیوتر و به صورت خودکار انجام می‌ شود. روند تولید به این صورت است که ابتدا قطعه در یک نرم‌افزار طراحی با کامپیوتر (CAD) طراحی می‌ شود، سپس برنامه‌ها و دستورات ساخت در نرم افزار ساخت به کمک کامپیوتر (CAM) ایجاد می شود. آنگاه با استفاده از نرم افزارهای پس پردازش، این دستورات، به کدهای قابل فهم برای ماشین CNC (که به زبان‌های G-code و M-code هستند) تبدیل می‌شوند. در جدول 1 معنی برخی از این G-code‌ها آورده شده است. 
 

جدول 1 برخی دستورات G-code

برای ساخت یک قطعه معمولا ابزارهای مختلفی مثل مته، فرز، اره و ... استفاده می‌شوند. این ابزارها در ماشین‌های CNC به صورت یک واحد قابل جمع هستند تا فرآیند تولید سریع تر شود. حرکت این ابزارها با استفاده از سروو موتورها یا استپرموتورها انجام می‌شوند. معمولا برای حرکت در سه محور x،y  و z از استپرموتور و برای حرکت دورانی مته از موتوری موسوم به موتور اسپیندل استفاده می‌شود. 
 

انواع ماشین‌های CNC

ماشین‌های CNC انواع مختلفی دارند. به عبارت دیگر در دنیای ماشین‌آلات صنعتی انواع ماشین‌های ابزار به ماشین‌های CNC تبدیل شده اند. ماشین‌های ابزار معمولی مثل دریل، ماشین تراش و فرز و ماشین ابزارهای پیشرفته تری مثل دستگاه‌های ماشین کاری الکترومغناطیسی، الکتروشیمیایی، لیزری، برش پلاسما و واترجت همگی از انواع ماشین‌های CNC موجود هستند (برای مشاهده انواع ماشین‌های CNC تولید داخل اینجا کلیک کنید ) . ماشین‌های CNC اغلب از روش ساخت کاهشی استفاده می‌کنند، در این روش قطعه‌ی نهایی از براده‌برداری یک مکعب یا استوانه‌ی اولیه تولید می‌شود. البته ماشین‌های ساخت افزایشی‌ای مثل پرینتر سه بعدی نیز در دسته‌ی ماشین‌های CNC جای می‌گیرند.

موقعیت‌یابی و کنترل

در ماشین‌های CNC موقعیت تیغه یا مته به شکل خودکار کنترل می‌شود. این کنترل ممکن است حلقه باز یا حلقه بسته باشد. کنترل حلقه باز به این معنی است که برای کنترل، بازخوردی از موقعیت فعلی تیغه گرفته نمی‌شود و فرمان‌های کنترلی طبق برنامه‌ی از پیش تعیین شده اجرا می‌شوند. اما در کنترل حلقه بسته، با کمک از سنسورها موقعیت فعلی تیغه به دست آمده و با استفاده از آن فرمان‌های کنترلی بعدی صادر می-شود. اگرچه کنترل حلقه باز هزینه‌ی کمتری دارد، اما در این نوع کنترل، در صورت وجود اغتشاش در فرآیند تولید یا گیر کردن تیغه، روند تولید مختل خواهد شد. بنابراین در دستگاه‌های CNC جدید از کنترل حلقه بسته استفاده می‌شود. 
در ماشین‌های CNC از مختصات دکارتی برای موقعیت یابی و موقعیت دهی استفاده می‌شود. این دستگاه مختصات یک دستگاه متعامد راستگرد است که مبدأ آن محل برخورد محورهای x،y  و z آن است. همه‌ی موقعیت‌ها نسبت به این مبدا تعیین می‌شوند. 

تفاوت ماشین‌های NC و CNC

ساخت و تولید هر کدام از ماشین‌آلات در طول زمان تغییرات زیادی داشته است. ماشین‌های NC که نسل اولیه‌ی ماشین CNC بودند، با استفاده از سخت افزارهای الکترونیکی بر پایه‌ی دیجیتال (همان کاغذهای پانچ شده که پیشتر ذکر شد) کنترل می‌شدند. اما ماشین‌های CNC به واسطه‌ی حذف سخت‌افزار‌های کنترلی و استفاده از کامپیوتر به جای آن، امکان تصحیح برنامه‌ی ساخت و استفاده از سنسورها و هوش مصنوعی برای کنترل فرآیند ساخت را به وجود آورده اند. 

خرابی و شکست تیغه در ماشین‌های CNC

ماشین CNC اطلاعی از محیط پیرامون خود ندارد. لذا یک اپراتور باید در کنار دستگاه باشد تا اگر به هر دلیلی دستگاه، حرکتی خارج از محدوده‌ی مورد نظر انجام داد، آن را متوقف کند. 

البته با استفاده از سنسور می‌توان در صورت ایجاد بار بیش از حد روی تیغه یا مته، مثلا به دلیل عدم یکنواختی ماده‌ی اولیه، دستگاه را متوقف کرد. اما در شرایطی که مته سر بخورد، اصلا بار بیش از حدی ایجاد نمی‌شود. اگر دستگاه از کنترل حلقه باز استفاده کند، با گیر کردن مته در یک قسمت، مثلا در x=20 cm به جای x=50 cm، تمام حرکات بعدی نیز به اندازه x=-30 cm خطا خواهد داشت. چون در این نوع کنترل موقعیت مته با شمارش تعداد دورهای موتور سنجیده می‌شود. اما اگر در این حالت از کنترل حلقه بسته استفاده شود، جایی که مته گیر می‌کند، آن‌قدر به تلاش ادامه می‌دهد تا یا تراش انجام شود، یا بار بیش از حد شده و دستگاه متوقف شود. 

اگر به دنبال خرید ماشین‌ CNC هستید می‌توانید به سایت ماشین ‌بازار سر بزنید. در این سایت می‌توانید محصولات دانش‌بنیان و غیردانش‌بنیان متنوعی را ببینید و کالای صنعتی را که مناسب کار و خط تولید شماست، انتخاب کنید.