مقاله درباره دستگاه های برش CNC
مقدمه
امروزه قطعات صنعتی دارای پیچیدگی های هندسی متفاوتی می باشند که فقط با
استفاده از ماشین ابزارهایی با دقت بالا قابل تولید اند. با پیشرفت
چشمگیری که در صنعت الکترونیک در دهه هفتاد میلادی به وجود آمد بکارگیری
مینی کامپیوتر ها در صنعت ماشینکاری مرسوم گردید «۱».
ماشین ابزارهایی که به کمک کامپیوتر هدایت می شدند CNC نام گرفتند. به
کمک CNC به تدریج دقت مورد نیاز برای تولید قطعات پیچیده در صنایع مختلف
مانند هوافضا و قالب سازی حاصل شد. با دست یابی به تلرانسهای بسیار دقیق
برای تولید یک قطعه تدریجا اندیشه بالاتر بردن سرعت تولید نیز قوت یافت. با
ساخت ابزارهایی با سختی زیاد، شرایط برای بالا بردن نرخ تولید نیز بهبود
یافت «۲». تا اینکه امروزه با بکارگیری تکنیکهای ماشینکاری با سرعتهای بالا
قطعاتی با تلرانسهای دقیق در زمان بسیار کوتاهی تولید می گردند «۳». برای
دست یابی به قابلیت ماشین کاری با سرعتهای بالا می باید در زمینه های مختلف
مانند طراحی سازه ای، کنترل ارتعاشات خود برانگیخته، یافتن بهترین نرخ
براده برداری و کنترل حرکت و سرعت در راستای مسیر مورد نظر به پیشرفتهایی
دست یافت «۲».
کنترل حرکت در راستای یک مسیر در ماشینهای CNC در واحد درونیاب صورت می
گیرد. اکثر درونیابهای CNC فقط قابلیت درونیابی در راستای خط و دایره را
دارا می باشند «۳». به دلیل اینکه برای ماشینکاری یک مسیر منحنی شکل در
حالت عمومی با بکارگیری این نوع درونیابها نیاز به شکسته شدن منحنی به
قطعاتی از خط و دایره می باشد، لذا این دو نوع درونیابی به تنهایی پاسخگوی
همه کاربردها از جمله ماشینکاری در سرعتهای بالا، نیستند «۴». بنابراین
بکارگیری نوع دیگری از درونیابها یعنی درونیابی در راستای یک منحنی ضروری
به نظر می رسد. محققین مختلفی در این زمینه به تحقیق پرداخته اند و
الگوریتمهای مختلفی را بر مبنای بکارگیری منحنی های پارامتری چند جمله ای
در حالت عمومی ارائه داده اند.
دستگاه CNC چیست و چگونه کار می کند :
دستگاه CNC چیست و چگونه کار می کند :
ماشین ابزارهایی که به کمک
کامپیوتر هدایت می شدند CNC نام گرفتند. به کمک CNC به تدریج دقت مورد نیاز
برای تولید قطعات پیچیده در صنایع مختلف مانند هوافضا و قالب سازی حاصل
شد. با دست یابی به تلرانسهای بسیار دقیق برای تولید یک قطعه تدریجا اندیشه
بالاتر بردن سرعت تولید نیز قوت یافت. با ساخت ابزارهایی با سختی زیاد،
شرایط برای بالا بردن نرخ تولید نیز بهبود یافت. تا اینکه امروزه با
بکارگیری تکنیکهای ماشینکاری با سرعتهای بالا قطعاتی با تلرانسهای دقیق در
زمان بسیار کوتاهی تولید می گردند . برای دست یابی به قابلیت ماشین کاری با
سرعتهای بالا می باید در زمینه های مختلف مانند طراحی سازه ای، کنترل
ارتعاشات خود برانگیخته، یافتن بهترین نرخ براده برداری و کنترل حرکت و
سرعت در راستای مسیر مورد نظر به پیشرفتهایی دست یافت
کنترل حرکت در راستای یک مسیر
در ماشینهای CNC در واحد درونیاب صورت می گیرد. اکثر درونیابهای CNC فقط
قابلیت درونیابی در راستای خط و دایره را دارا می باشند . به دلیل اینکه
برای ماشینکاری یک مسیر منحنی شکل در حالت عمومی با بکارگیری این نوع
درونیابها نیاز به شکسته شدن منحنی به قطعاتی از خط و دایره می باشد، لذا
این دو نوع درونیابی به تنهایی پاسخگوی همه کاربردها از جمله ماشینکاری در
سرعتهای بالا، نیستند «۴». بنابراین بکارگیری نوع دیگری از درونیابها یعنی
درونیابی در راستای یک منحنی ضروری به نظر می رسد. محققین مختلفی در این
زمینه به تحقیق پرداخته اند و الگوریتمهای مختلفی را بر مبنای بکارگیری
منحنی های پارامتری چند جمله ای در حالت عمومی ارائه داده اند.
قرارداد محورها در ماشینهای ابزار CNC
استاندارد RS-367A مربوط به EIA
تا ۱۴ محور حرکت را در انواع ماشین های مختلف مشخص می کند. تعداد محورهای
حرکت در ماشینهای ابزار معمولی عموماً تا پنج محور و در ماشینهای سنگ زنی
تا چهارده محور نیز می رسد. ماشینهای ابزار در دستگاه مختصات کارتزین
برنامه ریزی می شوند. سه محور اصلی حرکت با نامهای z,y,x شناخته می شوند که
محور z عمود بر y,x بوده و سه محور یک سیستم مختصات دست راست را تشکیل می
دهند حرکت مثبت محور z باعث دور شدن ابزار برش از قطعه کار می گردد. جهت
های مشخص شده در هر شکل نمایانگر جهت مثبت محورها در هر یک از ماشینها می
باشد. در فرزکاری و سوراخکاری دو محور x,y در صفحه افقی قرار دارند. در
ماشین سوراخکاری حرکت مثبت محور z باعث بالا رفتن اسپیندل می شود در حالیکه
در فرز این حرکت بر عکس است. در تراش فقط دو محور برای ایجاد حرکت و
ماشینکاری کافی است و چون اسپیندل بصورت افقی قرار دارد محور z نیز افقی
است. همچنین حروف C,B,A نیز برای حرکت زاویه ای به ترتیب حول محورهای
X,Y,Z بکار می روند.
ساختمان یک برنامه NC:
یک برنامه NC مراحل ماشینکاری
یک قطعه را نمایش می دهد. این برنامه از بلوکهایی حاوی اطلاعات تشکیل شده
است که هر بلوک با حرف N شروع شده و با شماره خط مشخص می گردد. بعنوان مثال
یک بلوک معمولی از یک برنامه NC می بتواند به شکل زیر باشد:
N0040 G91 X25 Y10 Z-12.55 F150 S1100 T06 M03 M07
هر بلوک از چندین کلمه تشکیل
شده است و هر کلمه با یک حرف شروع می شود که عدد بعد از آن نمایانگر فرمان
مشخصی برای ماشین می باشد. کلماتی که با حروف M,G شروع می شوند به ترتیب به
عنوان مقدماتی و توابع متفرقه معرفی می گردند. انواع حروف مورد استفاده در
ماشینهای کنترل عددی را می توان بصورت خلاصه به شکل زیر تشریح نمود:
N ………… شماره خط برنامه
G ………… توابع مقدماتی
X ………… حرکت در راستای محور x
Y ………… حرکت در راستای محور y
Z ………… حرکت در راستای محور z
A ………… حرکت زاویه ای حول محور x
B ………… حرکت زاویه ای حول محور y
C ………… حرکت زاویه ای حول محور z
F ………… نرخ پیشروی
M ………… توابع کمکی
S ………… سرعت اسپیندل
T ………… شماره ابزار
R ………… حرکت سریع محور z
انواع کلمات مجاز در NC و توابع مربوط به آنها را می توان در استاندارد بین المللی ISO1056 یافت
طبقه بندی سیستم های کنترل عددی
سیستم های کنترل عددی را می توان بر اساس چهار گروه زیر طبقه بندی کرد:
۱- با توجه به نوع ماشین: ماشینکاری نقطه به نقطه در مقابل ماشینکاری پیوسته.
۲- بر اساس ساختمان کنترلر: سخت افزار یا NC در مقابل CNC .
۳- بر اساس روش برنامه سازی: روش نموی در مقابل روش مطلق.
۴- بر اساس نوع حلقه های کنترل: حلقه باز در مقابل حلقه بسته.
ماشینکاری نقطه به نقطه در مقابل ماشینکاری پیوسته
ساده ترین مثال از ماشین ابزار
NC نقطه به نقطه (PTP) ماشین سوراخکاری است در سوراخکاری، قطعه کار در
راستای محورها به حرکت در می آید تا محلی که می خواهد مرکز سوراخ در آنجا
واقع شود دقیقاً زیر ابزار قرار گیرد. سپس اسپیندل بصورت اتوماتیک به سمت
قطعه کار حرکت کرده و عملیات سوراخکاری انجام می شود. پس از اتمام سوراخ
مورد نظر ماشین بدون کنترل پیشروی و با حرکت سریع به سمت بالا حرکت می کند و
قطعه کار به نقطه جدیدی که می باید سوراخ شود منقل شده عملیات تکرار می
گردد.
در یک سیستم PTP مسیر ابزار برش
و نرخ پیشروی آن هنگام عبور از یک نقطه به نقطه بعدی اهمیت چندانی ندارد و
مسیر حرکت از نقطه ابتدا تا نقطه انتهایی احتیاج به کنترل ندارد (شکل
(۳-۲)). بنابراین سیستم فقط احتیاج به کنترل موقعیت در نقطه نهایی دارد
یعنی جایی که در قطعه باید سوراخ شود. این نوع عملیات PTP بوسیله تابع G00
صورت می گیرد [۱].
در سیستم ماشینکاری یک مسیر
پیوسته مانند عملیات فرزکاری در حالیکه ابزار عملیات برش را انجام می دهد
محورها نیز قطعه کار را در مسیر خاصی حرکت می دهند. همه محورها می باید
قادر باشند که بطور همزمان و با سرعتهای متفاوت حرکت کنند تا پروفیل مسیر
مورد نظر را ایجاد کنند. مخصوصا وقتی یک مسیر غیر خطی مورد نظر باشد تغییر
سرعت هر یک از محورها بسیار مهم است.
در سیستم های پیوسته موقعیت
ابزار برشی در انتهای هر قسمت به همراه نسبت بین سرعت های محوری، مسیر صحیح
را در ماشینکاری قطعه مورد نظر معین می کنند. همچنین پیشروی منتجه بر
کیفیت سطح نهایی تأثیر می گذارد. به دلیل اینکه در این سیستم ها خطا در
سرعت یک محور باعث ایجاد خطا در مسیر ماشینکاری می گردد. سیستم می باید
دارای حلقه های کنترل موقعیت پیوسته نیز باشد. در ماشینهای CNC هر محور
مجهز به یک حلقه کنترل موقعیت جداگانه و یک شمارنده برای دریافت اطلاعات
ابعادی قطعه می باشد که این اطلاعات به همراه نرخ پیشروی مورد نظر به واحد
پردازش داده ها DPU برای درونیابی مناسب منتقل می گردند.
