دستگاه سی ان سی (cnc) چیست؟

دستگاه سی ان سی چیست؟ اگر بخواهیم در مورد تاریخچه این دستگاه سخنی کوتاه بگوییم، باید گفت که به اوایل دهه 50 بازمیگردد و این دستگاه ها کار خود را از این دهه شروع کردند. cnc مخفف عبارتComputer Numerical Control میباشد. در واقع ساخت این دستگاه، راهی برای مقابله با روشهای دستی و سنتی بود. این دستگاه شامل یک کنترلر یا رایانه است که دستورات را دریافت و اجرا می کند. در این دستگاه ها، از طراحی قطعه تا تولید آن به صورت کاملا اتوماتیک انجام می شود.

کاربرد دستگاه سی ان سی چیست ؟

دستگاه های سی ان سی امروزه در اکثر صنایع بزرگ و مختلف جهان کاربردهای اساسی و ویژه ای دارند. از جمله میتوان به صنعت هواپیماسازی و کشتی سازی اشاره کرد. این دستگاه ها در صنایع چوب، کابینت سازی، مبلمان، کالای خواب کودک و نوجوان(تخت، کمد، کتابخانه و…) کاربرد فراوانی دارند. در صنایعی که نیاز به ظرافت و دقت بسیار بالا دارند مثل طلا سازی و منبت کاری نیز تاثیر چشم گذاری گذاشته اند. زیرا دستگاه های cnc توانایی ماشین کاری با سرعت و دقت بالا را دارند.

دستگاه های سی ان سی در صنایع مختلف فلزی، چوب، سنگ، ام دی اف، شیشه و پلکسی و …. کاربرد دارند. بدین صورت که ابتدا طرح یا نقشی که مورد نظر است را در نرم افزاری مانند کورل دراو، کتیا، سالیدورک، پاورل میل، اتوکد، اسپایر ، آرتکم و … طراحی می کنیم. سپس طرح را به صورت g code در آورده، و در نهایت بعد از قرارگیری قطعه کار، دستگاه سی ان سی طرح مورد نظر را ماشین کاری می کند.

G Code چیست؟

کدنویسی جی کد یک نوع زبان برنامه نویسی است که حروفی- عددی می باشد و نحوه حرکت ابزارها و لوازم ماشین را کنترل میکند. مانند باز یا بسته بودن مایع خنک کن، روشن یا خاموش بودن مکنده براده، باز یا بسته بودن درب دستگاه و… . با استفاده از جی کد میتوان حرکت سریع به یک نقطه خاص، تکرار عملیاتی برای سوراخکاری و برشکاری یا حدیده کاری و …. را فراهم کرد. در واقع با استفاده از این زبان میتوان میزان حرکت، چرخش و ترتیب حرکات ابزارهای کار را روی قطعه کار مشخص کرد. در ادامه به برخی از جی کدها می پردازیم.
دستورات جی کد مثل هر زبان ماشین دیگری مانند توابع صدا زده می شوند. یعنی اول دستور و سپس پارامتر می آید که با یک خط فاصله از هم جدا می شوند. دستورات جی کد به دو دسته ی دستورات حرکتی و دستورات عملکردی تقسیم می شوند. دستورات حرکتی باعث جابجایی محورها می شوند. برای مثال برای یک دستگاه سی ان سی سه محور دارای محورهای x,y,z برای انتقال محور به مرکز(نقطه 0و0و0) دستور زیر را می نویسیم:
X0 Y0 Z0
این خط دستور شامل 3 دستور است، انتقال محور X به مختصات 0, انتقال محور Y به مختصات ۰ و انتقال محور Z به مختصات ۰
در زیر چند خط از یک نمونه فایل که توسط نرم افزار All to G-Code Conventer به فایل جی کد تبدیل شده است را بررسی می کنیم:
۰: G1 F1000
۱: Z10
۲: X-20.000000 Y-20.000000
۳: Z0
۴: X-20.000000 Y-20.000000
۵: X20.000000 Y-20.000000
۶: X20.000000 Y-20.000000
۷: X20.000000 Y20.000000
۸: X20.000000 Y20.000000
۹: X-20.000000 Y20.000000
۱۰: X-20.000000 Y20.000000
۱۱: X-20.000000 Y-20.000000
۱۲: Z10
۱۳: X0 Y0

در خط اول دستور G1 به معنی حرکت خطی است، به این صورت که محورها با سرعت خطی حرکت کنند. در ادامه دستور F1000 است که برای تعیین Feedrate یا نرخ خوراک است. نرخ خوراک برای سرعت حرکت محورها در دستگاه های سی ان سی می باشد. که در این دستور فید ریت یا نرخ خوراک 1000 متر بر دقیقه تنظیم شده است. بقیه دستورات همگی از نوع دستورات حرکتی هستند و برای جابجایی محورها استفاده می گردند.

استاندارد محورها در دستگاه برش CNC :
در استاندارد دستگاه هاي cnc، تعداد 9 محور استاندارد تعريف شده است.
سه محور خطی:
محور خطي X
محور خطي Y
محور خطي Z

سه محور دوراني :
محور دوراني A
محور دوراني B
محور دوراني C

سه محور خطي مكمل :
محور خطي مكمل U
محور خطي مكمل V
محور خطي مكمل W

محورهای X و Y جهت حرکت دو بعدی طول و عرض هستند و تمام دستگاه های cnc این دو محور را دارند. محور z، محور ارتفاع نام دارد که بعد سوم است و برجستگی کار را ایجاد می کند. محور A، محور گردان یا روتاری نام دارد که کارهای چند وجهی را برای کاربران صورت پذیر می کند.

کاربرد اساسی دستگاه cnc چیست؟

• برش
• شکل ­دهی
• حکاکی
• سایزدهی

قطعات مختلف دستگاه سی ان سی چیست ؟

تعیین محورهای مختصات:
الف: بال اسکرو Ball Screw:
قبل از اختراع و استفاده از بال اسکرو، جهت حرکت و جلو و عقب کردن میزها و محورها از پیچ و مهره استفاده میشد. این نوع پیچ و مهره ها دندانه های مثلثی و تیزی دارند. در اثر حرکت لغزشی بین دو سطح پیچ و مهره، خوردگی و ساییدگی ایجاد می شد و مکانیزم حرکتی دچار لقی می شد. با بروز این مشکل، سیستم جدیدی به نام لید اسکرو با فنر بوجود آمد که بجای استفاده از یک مهره، از دو مهره استفاده می شد و بین دو مهره، فنری وجود داشت. این فنر توسط پیچ ها تنظیم شده و باعث می شد دو طرف مهره ها درگیر باشد و لقی را به حداقل می رساند. اما این سیستم نیز یک مشکل داشت و آن هم لغزش سطوح بود. بال اسکرو این مشکل را حل کرد. مکانیزم حرکت بال اسکرو مثل حرکت بلبرینگ ها می باشد و هیچ لغزشی بوجود نمی آورد. بال اسکرو باید در مقابل آسیب و ضربه محافظت شود زیرا اگر به آنها آسیبی وارد شود موجب عدم کارکرد درست و دقیق آنها می شود.

در زمان انتخاب بال اسکرو چه نکاتی را باید مدنظر داشت؟

• میزان بار مکانیکی که باید توسط بال اسکرو جا به جا شود.
• میزان دقت مورد نیاز در حرکت
• شرایط محیطی محل نصب و استفاده از بال اسکرو

ب: دنده شانه ای مورب :
چرخ دنده در واقع وظیفه انتقال گشتاور را دارد. همچنین با آن مقدار گشتاور و سرعت دورانی را کاهش یا افزایش داد و با آن می توان جهت حرکت را نیز تغییر داد. تبدیل حرکت دورانی به حرکت خطی توسط دنده شانه ای انجام می شود. دنده شانه ای مورب یا helical rack & pinion که در آن دنده ها در زاویه 19.5 درجه نسبت به بدنه دنده قرار دارند و موجب ایجاد مزایایی برای دنده ها می شود. از جمله از بین بردن لقی زیاد در دنده شانه های مستقیم.

اسپیندل:

یکی از قطعات مهم و اصلی هر دستگاه cnc، اسپیندل است. اما اسپیندل چیست؟ برای بوجود آوردن طرح های سه بعدی، شکل دهی به اجسام و برش دادن به قطعات غیر همگن نیازمند به ابزاری هستیم که بتواند پروسه براده برداری را انجام دهد. در گذشته برای حصول این هدف از ابزارهایی مانند مقار و به شکل دستی استفاده می شد که زمان بر و کمی طاقت فرسا بود. با گذشت زمان و نیاز به سیستم ماشینی و خودکار موتورهای الکتریکی با نام اسپیندل اختراع شد. اسپیندل موتور در واقع عملیات براده برداری را در دستگاه Cnc انجام می دهد.

اسپیندل در لغت به معنای چرخنده است. اسپیندل موتور ها یک موتور AC هستند و ارتباط مستقیم در سرعت، دقت و کیفیت ماشینکاری دستگاه Cnc دارند. اساس کار اسپیندل، چرخاندن سریع ابزار است، چرخش قدرت براده برداری ایجاد می کند. بدین شکل که هرچه سریعتر باشد، کیفیت براده برداری بیشتر است. اسپیندل اصلی دستگاه معمولا موتوری است که برای چرخاندن فرز cnc مورد استفاده قرار می گیرد.

انواع اسپیندل:

میتوان اسپیندل ها را بر اساس قدرت و سرعت تقسیم بندی کرد.
قدرت: هر چه قدرت اسپیندل بیشتر باشد، ابزار بزرگتری را میتواند به گردش در بیاورد و سطح بیشتری را براده برداری کند. در نهایت سرعت ماشین کاری بیشتر می شود. همچنین عمق بیشتری را ماشین کاری می کند. هرچه قدرت بالاتر رود قیمت نیز افزایش پیدا میکند. برای مثال برای دستگاه cnc چوب، قدرت 3 کیلووات و بیشتر لازم است. برای اسپیندل دستگاه Cnc طلا قدرت 0.7 کیلووات و بیشتر کاربرد دارد. برای cnc سنگ طبیعتا چیزی بیشتر از سی ان سی چوب نیاز است . قدرتی حدود 5 کیلووات به بالا مناسب کار سنگ است.
سرعت: اسپیندل سیستمی برای سرعتهای بیشتر از 10000 دور در دقیقه است. هرچه سرعت بالاتر رود کیفیت سطح کار بیشتر می شود. امروز اسپیندل های تا 120000 دور در دقیقه نیز تولید می شوند. برای cnc سنگ توصیه می شود از اسپیندلی با سرعت 19000 تا 24000 دور استفاده شود. برای cnc طلا، از 24000 دور به بالا استفاده شود. زیرا کیفیت سطح کار در این نوع بسیار اهمیت دارد. اما برای cnc چوب بهتر است از اسپیندلی استفاده شود که سرعتی زیر 35000 دور دارد زیرا سرعت بسیار بالا برای این کار، موجب سوختگی و احتمالا تغییر رنگ سطح چوب می شود.

مرغک:

یکی از بخش های مهم دستگاه cnc که موجب افزایش ایمنی و کیفیت کار می شود، مرغک است. بدین شکل که در تمام مدت زمان ماشین کاری به قطعه کار فشار وارد می کند و در واقع آن را مهار میکند. بدنه مرغک به سمت قطعه و یا برعکس حرکت داده می شود و برای گرفتن آن از شفت مرغک که غالبا به شکل هیدرولیک و یا مکانیک است استفاده می شود. مرغک معمولا در سمت راست اپراتور واقع است و با مهار کردن بخش انتهای قطعه کار مانع از ایجاد لرزش در آن می شود. این قسمت برای ماشین کاری قطعات با طول بالا بسیار کاربرد دارد.

اینورتر inventer:

اینورتر در حقیقت نوعی مبدل فرکانس برای برق متناوب است. یکی از کاربردهای مهم اینورتر کنترل دور اسپیندل است. آن چیزی که در بازار با عنوان اینورتر موجود است یک درایو فرکانس متغیر است. سیستمی برای کنترل سرعت چرخش یک موتور AC با کنترل کردن فرکانس برق اعمال شده به موتور الکتریکی. کنترل برق بر عهده اینورتر است. کاری که اینورتر انجام می دهند این است که برق ورودی را یکسو می کند. برق AC باید به بصورت DC دربیاید. فرضا شما یک موتور AC دارید و این موتور زمانیکه به برق وصل می شود دوران می کند. فرکانس برق شهری 50 هرتز است و دورموتور برای مثال 2500دور در دقیقه است. بوسیله اینورتر میتوان این فرکانس را تغییر داد و دور موتور را پایین آورد. در اینجا چند وظیفه ی اینورتر به طور خلاصه شرح داده می شود.
1- کنترل جهت سریع و آسان موتور
2- ذخیره انرژی (کاهش مصرف برق)
3- از بین بردن شوک راه اندازی
4- حفاظت موتور در مقابل اضافه جریان یا تغییر در ولتاژ
5- استفاده از برق تک فاز برای راه اندازی موتور سه فاز
6- امکان کنترل سرعت دقیق موتور
7- طولانی شدن عمر موتور اسپیندل
8- افزایش طول عمر مفید موتور
و…

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

استپ موتور:

استپ موتور همانطور که از نامش مشخص است حرکت پله ای دارد. شفت این موتور می تواند در زوایای مختلف قرار بگیرد. با فرمانهایی که به آن داده می شود میتوان گفت که با چه سرعتی بچرخد و در چه موقعیتی قرار بگیرد. میتوان شتاب حرکت و شتاب توقف را نیز تعیین کرد. برای راه اندازی یک استپ موتور، علاوه بر موتور، نیاز به یک درایور و کنترلر هست. درایور با فرمانهایی که از کنترلر می گیرد فرمانهای قدرت را برای موتور می سازد تا موتور طبق آن حرکت کند. کنترلر میتواند فرمانی باشد که از یک بورد کامپیوتری می آید یا میتواند در اشکال دیگری باشد. کنترلر میزان پالس را به درایور تحویل می دهد. برای مثال در یک ثانیه 100 پالس ارسال می کند و با این 100 پالس به درایور می گوید که موتور را بر اساس تنظیماتی که انجام شده چه مقدار حرکت دهد؟

اجزای استپ موتور چه قسمتهایی است؟
استاتور: تعدادی سیم پیچ گروه بندی شده وجود دارد. برای مثال در استپ موتور سه فاز شش سیم خروجی وجود دارد و در استپ موتور 5 فاز 10 سیم خروجی .
روتور:روتور غالبا به این بستگی دارد که گشتاور استپ موتور و طول استپ موتور چقدر است. بر این اساس تعداد طبقات کم یا زیاد می شود. مثلا در استپ موتوری که 4 طبقه است اگر می خواهید طول آن بیشتر شود میتوان تا 8 طبقه شود که در نتیجه گشتاور استپ موتور بیشتر می شود.
قاب استپ موتور: در دو طرف بلبرینگ وجود دارد. عمر بالای استپ موتورها به همین دلیل است.

سرو موتور:

نوعی الکتروموتور هوشمند است که توسط آن کنترل موقعیت، کنترل سرعت و کنترل گشتاور نیز انجام می شود. سرو موتورهای AC سنکرون با نمودار گشتاور- دورثابتی که دارند، میتوانند در بازه های مختلف سرعت به طور منظم و بدون افت گشتاور کار کنند. این موضوع یک مزیت بسیار مهم برای این نوع موتور هاست. سرو موتورها ابعاد کوچکی دارند و در شرایط سخت محیط نیز قابل استفاده هستند.

قیمت این موتور ها نسبت به استپ موتور بیشتر است. فاکتورهایی مانند برند و کشور سازنده موتور و گشتاور روی قیمت آن تاثیر گذارند . همچنین دور موتور و توان موتور از عوامل دیگر تاثیر گذار بر روی قیمت موتور هستند. اما تفاوت سرو موتور با استپ موتور چیست؟ غالبا از استپ موتور برای کاربردهای با سرعت کمتر و همچنین دقت کمتر استفاده می شود. از سروموتورها برای کاربرد سرعت و دقت بالاتر بهره می برند. چنانچه این موتورها را به منظور سرعت و دقت بالا نیاز دارید و یا اینکه گشتاور و اینرسی بار به شکلی ست که ممکن است موتور از موقعیت خود خارج است، توصیه می شود از سرو موتور استفاده کنید.

جهت آشنایی با دستگاه برش پلاسما و خرید برش cnc پلاسما کلیک کنید.