loading

اجزای ماشین های سی ان سی

یک ماشین ابزار CNC از سه قسمت اصلی تشکیل شده است: واحد مکانیکی ماشین ابزار، واحد تولید قدرت (شامل موتورها و تقویت کننده ها) و واحد CNC .

واحد مکانیکی ماشین شامل بستر، ستونها، اسپیندل و سیستم محرک پیشروی می باشد. همچنین موتورهای محرک، تقویت کننده ها، منبع تغذیه ولتاژ بالا، سویچ های حدی از اجزای واحد الکترونیکی دستگاه می باشند. قسمت CNC دستگاه که بعنوان مرکز محاسبه و صدور فرمان حرکت محورها مطرح می گردد شامل حس گرهای موقعیت و سرعت و واحد کنترل دستگاه می باشد. شکل (۱-۲) واحد های مختلف یک ماشین ابزار CNC را نمایش می دهد.واحد MCU از دو قسمت اصلی به نامهای واحد پردازش اطلاعات DPU[2] و واحد حلقه های کنترل CLU[3] تشکیل شده است وظیفه DPU رمزگشایی اطلاعات رسیده از برنامه قطعه کار و انتقال آن به CLU می باشد این اطلاعات شامل موقعیت ها و سرعت های مورد نیاز هر یک از محورها و همچنین سیگنالهای کنترل توابع کمکی می باشد از طرف دیگر CLU نیز به محض اتمام عملیات لازم برای ماشینکاری یک قسمت، اطلاعات لازم برای ماشینکاری قسمت بعدی را با فرستادن یک سیگنال درخواست می کند. همچنین CLU موتورهای هر یک از محورهای ماشین دارای یک موتور محرک و یک وسیله پس خور مجزا می باشند در سیستم های NC کل واحد MCU بصورت مدارهای سخت افزاری می باشند در حالیکه در CNC وظیفه قسمت DPU را نرم افزار انجام می دهد اما CLU همانند سیستم های NC از قطعات سخت افزاری تشکیل شده است.

 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

سی ان سی روتاری 8 کله

سی ان سی روتاری 8 کله

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. شکل (۲-۲) سیستم مختصات در یک ماشین سوراخکاری، فرزکاری و تراش را نمایش می دهد. 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:

  • با توجه به نوع ماشین: ماشینکاری نقطه به نقطه در مقابل ماشینکاری پیوسته.
  • بر اساس ساختمان کنترلر: سخت افزار یا NC در مقابل CNC .
  • بر اساس روش برنامه سازی: روش نموی در مقابل روش مطلق.
  • بر اساس نوع حلقه های کنترل: حلقه باز در مقابل حلقه بسته.

 ماشینکاری نقطه به نقطه[۴] در مقابل ماشینکاری پیوسته[۵]

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 (شکل (۴-۲)) 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.

روشهای درونیابی مختلفی به صورت Real-Time در ماشینکاری پیوسته بکار گرفته می شود که از جمله مهمترین آنها که در همه ماشینهای CNC یافت می شود درونیابی خطی و درونیابی دایره ای می باشد که با دستورات G01 برای حالت خطی و G03 , G02 برای حالت دایره ای در ماشینهای ابزار بکار گرفته می شوند.

در درونیابی خطی (G01) سرعت هر محور به نحوی کنترل می گردد که ابزار در امتداد یک مسیر مستقیم در صفحه حرکت قرار گیرد. بعنوان مثال شکل (۵-۲) یک مسیر خطی فرزکاری را نمایش می دهد در این شکل به منظور اینکه ابزار در راستای خط مستقیم P2,P1 با سرعت مطلوب حرکت نماید می باید فرمان درونیابی G01 در برنامه قطعه کار بکار گرفته شود به عنوان مثال دستور ایجاد چنین مسیری می تواند به شکل زیر باشد:

N0010     G90   G01   X60.00       Y37.0                   f300

در درونیابی دایره ای (G02 , G03) سرعت هر یک از محورها در صفحه حرکت برای ایجاد یک کمان می باید متفاوت باشند. فرمان درونیابی دایره ای در ماشینهای CNC به دو صورت به کار گرفته می شود. بعضی سیستم های CNC نیاز به دانستن مرکز کمان و نقطه انتهایی کمان دارند و برخی دیگر احتیاج به شعاع دایره و نقطه انتهایی کمان دارند. شکل (۶-۲) یک نمونه مسیر فرزکاری بصورت کمانی از دایره را نشان می دهد.

CNC فرض می کند که ابزار در نقطه شروع کمان P1 قرار دارد. با توجه به صفحه حرکت و نسبت به جهت حرکت قبلی ابزار، ماشینکاری یک کمان می تواند در جهت عقربه های ساعت (G02) و یا خلاف جهت عقربه های ساعت (G03) صورت گیرد. در شکل (۶-۲) ابزار می باید در جهت خلاف عقربه های ساعت با یک سرعت پیشروی ثابت حرکت کند. هریک از خطوط فرمان زیر می توانند برای ایجاد این شکل با توجه به نوع واحد درونیابی CNC بکار گرفته شوند.

N010                G90   G03   Xx2 , Yy2 , Rrc , Ff

N010                G90   G03   Xx2 , Yy2 , Iic , Jjc , Ff

که در دستور اول مختصات نقطه انتهایی و شعاع کمان به ماشین وارد می شود و در دستور دوم ماشینکاری کمان به کمک مختصات مرکز و نقطه انتهایی صورت می گیرد. در دستور دوم مقادیر jc , ic مختصات مرکز دایره نسبت به نقطه شروع می باشند که بصورت jc=yc-y1 و ic=xc-x1 تعریف می گردند.

در ماشینهای CNC جدیدامکان درونیابی در راستای یک منحنی نیز فراهم شده است این نوع درونیابی با دستور G05 در یک ماشین بکار گرفته می شود [۳]. جزئیات مربوط به این نوع درونیابی در فصلهای آینده به تفصیل بحث خواهد شد.

 کنترل سخت افزاری (NC) در مقابل کنترل نرم افزاری (CNC)

سیستم های NC که در دهه ۶۰ برای اولین بار بکار گرفته شدند از سخت افزارهای الکترونیکی بر اساس مدارهای دیجیتالی استفاده می کنند. سیستم های CNC که در دهه ۷۰ معرفی شده اند از یک مینی کامپیوتر و با یک میکرو کامپیوتر برای کنترل ماشین ابزار استفاده می کنند.

انعطاف پذیری سیستم و امکان تصحیح برنامه مربوط به یک قطعه، همچنین کم کردن تعداد مدارات سخت افزاری از جمله عواملی است که باعث تمایل استفاده روزافزون از سیستم های CNC به جای سیستم های NC می شود.

کنترلر های دیجیتال سخت افزاری در سیستم های NC از پالسهای ولتاژ استفاده می کنند که هر پالس باعث حرکتی به اندازه ۱BLU در محور مربوطه می شود. در این سیستم ها یک پالس معادل ۱BLU می باشد.

Puls = BLU

این پالسها باعث بکار انداختن موتورهای پله ای در سیستم های کنترل حلقه باز و یا سرو موتورهای DC در سیستم های کنترل حلقه بسته می شوند. تعداد پالسهایی که به هر محور منتقل می گردند معادل نمو حرکت مورد نیاز و فرکانس آنها نمایانگر سرعت هر محور می باشد.

در کامپیوتر اطلاعات به شکل کلمات در مبنای دو مرتب و ذخیره می گردند. هر کلمه از تعداد ثابتی بیت تشکیل می گردد که تعداد آنها معمولاً ۸ یا ۱۶ بیت می باشند. در کامپیوتر CNC هر بیت (یک رقم در مبنای دو) نمایانگر ۱BLU می باشد.

Bit = BLU

بنابراین به عنوان مثال یک کلمه ۱۶ بیتی می تواند تا ۶۵۵۳۶ = ۲۱۶ حرکت متفاوت محوری را نشان دهد (با احتساب صفر). اگر توانایی سیستم برای مثال BLU = 0.01mm باشد این عدد حرکتی به اندازه ۶۵۵٫۳۵ mm را نشان می دهد.

سیستم های CNC در ترکیبهای مختلف می توانند طراحی شوند ساده ترین آنها که به عنوان دیدگاه reference-pulse معرفی می گردد با سیستم های سخت افزاری NC برابری نموده و همانند آنها پالسها را به عنوان خروجی منتقل می کنند. بنابراین در این سیستم ها می توان نوشت:

Bit = Pulse = BLU

در شکل دیگر ماشینهای CNC کلمات در مبنای دو [۶] به عنوان خروجی منتقل می شوند. با وجود این موقعیت واقعی در این سیستم ها توسط یک وسیله دیجیتالی که آن نیز پالسهایی تولید می کند نمایش داده می شود. بنابراین در همه سیستم های مبتنی بر CNC عبارات بیت و پالس و BLU هم ارزند.

 سیستم های نموی و مطلق در CNC

یک سیستم نموی سیستمی است که در آن نقطه مرجع دستور بعدی، نقطه انتهایی عملیات در حال اجرا می باشد. در این سیستم ها هر قسمت از اطلاعات ابعادی به صورت یک اندازه نموی به ماشین منتقل می گردد.

به عنوان مثال در شکل (۷-۲) می باید پنج سوراخ در قطعه ایجاد گردد. فواصل از نقطه صفر تا هر سوراخ در شکل مشخص است. برای سوراخکاری با حرکت نموی می توان مختصات در راستای محور X را به ترتیب برای نقاط ۱ تا ۵ x+500 , x+200 , x+600 , x-300 , x-700 , x-300 در برنامه قطعه وارد کرد. دقت شود که وقتی یک سیستم نموی در نظر گرفته می شود هم روش برنامه نویسی و هم وسایل پس خور[۷] می بایستی بصورت نموی باشند.

یک سیستم مطلق سیستمی است که در آن همه حرکتها بر مبنای یک نقطه مرجع صورت می گیرد که این نقطه به عنوان مبدا بوده و نقطه صفر نام دارد. فرمانهای حرکت به صورت یک فاصله مطلق از نقطه صفر بیان می شوند. نقطه صفر ممکن است یک نقطه در خارج از قطعه کار یا یک گوشه از آن در نظر گرفته شود. اگر از فیکسچر برای ماشینکاری استفاده می شود بهتر است که نقطه ای بر روی آن به عنوان نقطه صفر در نظر گرفته شود. در شکل (۷-۲) برای سوراخکاری با حرکت مطلق می توان مختصات در راستای محور x را برای نقاط ۱ تا ۵ بصورت: x+500 , x+700 , x+1300 , x+1000 , x+300 , x=0 وارد نمود. نقطه صفر می تواند یک نقطه ثابت و یا یک نقطه شناور باشد. با استفاده از نقطه صفر شناور کاربر می تواند هر نقطه را در محدوده میز دستگاه بعنوان صفر انتخاب کند و این قابلیت به کاربر اجازه می دهد که فیکسچر را در هر جایی از میز که مناسب است قرار دهد.

سیستم ها مطلق را به دو دسته سیستم های مطلق خالص و سیستم های با برنامه نویسی مطلق تقسیم می کنند. درسیستم های مطلق خالص هم برنامه نویسی و هم سیگنالهای پس خور به یک نقطه مرجع اشاره می کنند اما چون استافده از وسایل پس خور مطلق پرهزینه است مانند (انکدر دیجیتال چند کاناله) از سیستم هایی با برنامه نویسی مطلق استفاده می شود. در این سیستم ها وسایل پس خور به صورت نموی عمل می کنند ولی برنامه نویسی قطعه کار بر مبنای سیستم مطلق است.

مزیت قابل توجهی که سیستم های مطلق نسبت به سیستم های نموی دارند در حالتهایی است که عملیات ماشینکاری در حین کار متوقف می شود. این وقفه ممکن است به دلایل مختلفی مانند شکستن ابزار یا چک کردن یک پارامتر اتفاق بیافتد. در چنین مواقعی می باید میز ماشین به صورت دستی حرکت داده شود تا مشکل بوجود آمده بر طرف گردد. برای از سرگیری ادامه عملیات ماشینکاری سیستم های مطلق قادرند به راحتی و بصورت دقیق به محلی که در آنجا عملیات متوقف شده بازگشته و ماشینکاری را ادامه دهند. اما در سیستم های نموی در چنین شرایطی کاربرمی باید میز را به صورت دقیق به محلی که در آنجا عملیات متوقف شده بازگشته و ماشینکاری را ادامه دهند. اما در سیستم های نموی در چنین شرایطی کاربر می باید میز را بصورت دستی دقیقاً به همان محل قبلی بازگرداند که این کار غیر ممکن است. لذا مجبور است که برنامه را مجدداً از ابتدا اجرا کند و این کار زمان زیادی را در تولید تلف می کند.

در عوض سیستم های نموی نیز در بعضی موارد از قبیل چک کردن بسیار راحت مسیر، اطمینان از صحت برنامه، اجرای راحت عملیاتی مثل mirror در اشکال متقارن، بر سیستم های مطلق ارجحیت دارند.

اکثر CNC های پیشرفته هر دو روش برنامه نویسی بصورت مطلق (G90) و نموی (G91) را پشتیبانی می کنند و مزیتهای هر دو روش را در اختیار کاربران قرار می دهند.

 سیستم های حلق باز و حلقه بسته

هر سیستم کنترلی از جمله سیستم های NC ممکن است بصورت کنترل حلقه باز یا بسته طراحی شوند. کنترل حلقه باز به این مفهوم است که هیچ پس خوری در سیستم وجود نداشته و هیچ اطلاعاتی از سیگنالهایی که کنترلر تولید کرده به آن برگردانده نمی شود. سیستم های حلقه باز NC از نوع دیجیتال بوده و از موتورهای پله ای برای به حرکت در آوردن پیچهای راهنما استفاده می کنند.

موتورهای پله ای ساده ترین روش برای تبدیل پالسهای الکتریکی به حرکت مکانیکی می باشند و تقریباً راه حل ارزانی برای کنترل یک سیستم به حساب می آیند. به علت اینکه درسیستم های حلقه باز هیچ پس خوری از موقعیت میز وجود ندارد دقت سیستم تابعی از قابلیت موتورها می باشد که تا چه حدی بتوانند تعداد دقیق پالسهای ورودی را دریافت و به حرکت تبدیل کند. شکل (۸-۲) یک حلقه کنترل باز و یک حلقه کنترل بسته برای یک محور حرکت را نشان می دهد.

سیستم کنترل حلقه بسته موقعیت و سرعت واقعی محورها را اندازه گیری کرده و با مقدار مطلوب مقایسه می کند. اختلاف بین مقدار واقعی و مطلوب مقدار خطا می باشد. سیستم کنترل طوری طراحی می شود که این خطا را حذف کرده و یا به مینیمم مقدار خود برساند.

در سیستم های NC حلقه بسته هم ورودی به حلقه کنترل و هم سیگنال بازگتی توسط پس خور بصورت پالس می باشند. که هر پالس نمایانگر یک واحد BLU است. مقایسه کننده دیجیتالی پس از مقایسه این دو سیگنال مقدار خطا را مشخص کرده و آن را توسط یک تبدیل کننده دیجیتال-آنالوگ (DAC) به سروموتور منتقل می کند. لازم به ذکر است که سیگنال برگشتی توسط یک انکدر که روی پیچ راهنما سوار می شود به مقایسه کننده ها فرستاده می شود.

در مقایسه دو سیستم حلقه باز و حلقه بسته، سیستم حلقه باز قاعدتاً برای جاهایی بکار می رود که بار روی سیستم زیاد نیست. اما سیستم حلقه بسته را می توان برای انواع کاربردهای ماشینکاری بکار برد. محدودیت سیستم های حلقه باز مبتنی بر نوع ساختار سیستم و موتورهای پله ای می باشد. از خواص مهم موتورهای پله ی وابسته بودن سرعت ماکزیمم آن به بار گشتاوری وارد بر آن می باشد. در این موتور گشتاور بالاتر باعث کم شدن سرعت ماکزیمم می شود. لذا موتورهای پله ای برای بارهای گشتاورهای متغیر بکار برده نمی شوند. چون یک بار گشتاوری زیاد و غیر قابل پیش بینی در حین کار باعث از دست رفتن پالسها و در نتیجه تولید خطا می شود.

در سیستم های ماشینکاری پیوسته، گشتاور تأمین شده بوسیله موتور بر اساس نیروهای برش و وابسته به شرایط برش می باشد. بنابراین موتورهای پله ای به عنوان محرک این سیستم ها پیشنهاد نمی شوند. این موتورها قاعدتاً در برشکاری بوسیله لیزر و یا ماشینهای سوراخکاری PTP استفاده می شوند. در سیستم های حلقه بسته از موتورهای DC و یا AC به عنوان محرک استفاده می گردد.

[۱] Machine Control Unit

[۲] Digital Processing Unit

[۳] Control Loops Unit

[۴] Point – To – Point Machining

[۵] Countouring Machining

[۶] Binery Word

[۷] Feed Back device[/fusion_builder_column][/fusion_builder_row][/fusion_builder_container]

مقالات سی ان سی چوبمقاله

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *