دستگاه cnc چیست؟ معرفی کامل انواع سی ان سی

ماشین آلات و تجهیزات -> لیزر برش و حکاکی 702 شهرام شریفی

اگر علاقه مند به ساخت و خلق چیزهای جدید هستید احتمالا با دستگاه cnc آشنایی دارید. یکی از سازه‌های چوبی یا فلزی که در اطرافتان وجود دارد را در نظر بگیرید. یا به محصولات شیشه‌ای و پلاستیکی اطرافتان نگاهی بیندازید. فرایند ساخت این محصولات قبل از ظهور دستگاه cnc با سختی و پیچیدگی‌های زیادی همراه بوده است. ظهور سی ان سی انقلابی در صنایع مختلف مثل صنعت چوب و مبلمان، طلا و جواهرات، سازه‌های پلاستیکی، شیشه، ساخت محصولات فلزی و ... ایجاد کرد.

در این مطلب ابتدا به معرفی کامل این ماشین همه کاره می‌پردازیم و سپس با انواع مختلف آن آشنا می‌شویم. همچنین اگر به فکر خرید یک کیت مینی سی ان سی هستید و نحوه مونتاژ آن را نمی‌دانید با مطالعه این مطلب می‌توانید به راحتی کیت خود را بسازید و از آن برای ساخت محصولات دلخواهتان استفاده کنید. دستگاه سی ان سی از بخش‌های مختلفی تشکیل شده است که به توضیح هر کدام می‌پردازیم و در نهایت به معرفی مهمترین فاکتورهایی که باید قبل از خرید یک دستگاه cnc در نظر گرفته شود می‌پردازیم.

نحوع عملکرد دستگاه cnc

 

دستگاه cnc چیست؟

CNC مخفف عبارت Computer Numerical Control به معنی کنترل عددی کامپیوتری است. سی ان سی دستگاهی است که به کمک آن می‌توان به محورهای مختلف دستور داد حرکات تعیین شده در جهت‌های گوناگون را بر روی قطعه کار انجام دهند. در گذشته تقریبا همه‌ی این کار توسط اپراتور انجام می‌شده است. فرض کنید یک قطعه فلزی یا چوبی در دست دارید و می‌خواهید با برش دادن آن، شکل دلخواهتان را از آن استخراج کنید. برای این کار باید قطعه مورد نظر را زیر ابزار برش فیکس کنید تا بتوانید تغییرات لازم را روی آن انجام دهید. پس از هر برش باید محل قرارگیری قطعه یا ابزار برش را تغییر دهید تا بتوانید برش بعدی را انجام دهید. علاوه بر زمان زیادی که با این کار از دست خواهید داد احتمالا دقت و ظرافت محصول نهایی به دلیل تاثیر نیروی انسانی در این فرایند چندان جالب نخواهد بود؛ مثلا ممکن است اپراتور دستگاه، به قسمتی از قطعه کار فشار کمتر یا بیشتری وارد کند و در نتیجه اندازه برش در قسمت‌های مختلف ناهمگن باشد. علاوه بر این ممکن است قطعه مورد نظر، برای برش خوردن نیازمند دمای بسیار بالایی باشد و عملا نیروی انسانی توانایی کار با این دما را نداشته باشد. همه‌ی این سختی‌ها باعث شد تا در اوایل دهه 1940 میلادی، دستگاهی ساخته شود که با کمترین مداخله انسان، عملیات براده برداری، حکاکی ، فرزکاری، تراشکاری و ... بر روی سطوح مختلف انجام شود. این دستگاه، دستگاه cnc است. دستگاه سی ان سی در صنایع مختلف کاربرد دارد. دستگاه cnc را می‌توان به ربات بزرگی تشبیه کرد که دستورات را دریافت می‌کند و پس از پردازش، آن‌ها را اجرا می‌کند. در ادامه با نحوه عملکرد انواع دستگاه cnc بیشتر آشنا خواهیم شد.

اولین دستگاه سی ان سی

 

نحوه عملکرد دستگاه سی ان سی

اساس عملکرد دستگاه cnc بر پایه‌ی پردازش دستورات دریافت شده از اپراتور دستگاه است. هر تغییری که لازم است بر روی سطح مورد نظر انجام شود ترکیبی از حرکت در جهت‌های مختلف است. مثلا برای نفوذ ابزار کار در سطح مورد نظر، ابزار کار باید در محور y به سمت پایین حرکت کند؛ و یا مثلا برای برش افقی، ابزار کار باید در محور x به سمت چپ یا راست حرکت کند. به طور کلی با حرکت دادن ابزار کار در سه محور اصلی یعنی z , y , x می‌توان حرکت‌های مختلفی را برای ابزار کار ایجاد کرد. تعداد محورهایی که یک دستگاه cnc قادر به حرکت در آن‌ها است یک معیار تقسیم بندی برای این دستگاه‌ها است. مثلا ماشین cnc های پیشرفته‌تر قادر به ایجاد حرکت چرخشی برای ابزار کار و یا میزی که سطح مورد نظر بر روی آن قرار گرفته هستند. هر چه تعداد محورهای دستگاه بیشتر باشد، اپراتور آزادی عمل بیشتری برای تولید محصول نهایی دارد.

پس برای کار بر روی سطح مورد نظر کافیست حرکت‌هایی که ابزار کار باید روی سطح داشته باشد را شناسایی کنیم و آن‌ها را به زبان کامپیوتر دستگاه سی ان سی تبدیل کنیم. البته فاکتور دیگری که باید توسط اپراتور تعیین شود سرعت حرکت ابزار کار است. مثلا اگر دستوری مبنی بر حرکت ابزار کار در محور y به اندازه 5 میلی متر داریم باید مدت زمانی که باید ابزار کار این مسیر را طی کند هم به دستگاه داده شود. زبان برنامه نویسی دستگاه سی ان سی، G-Code نام دارد. اپراتور دستگاه، دستورات را به زبان G-Code می‌نویسد و کامپیوتر دستگاه، این کدها را به زبانی قابل فهم برای دستگاه cnc تبدیل می‌کند و آن‌ها را یکی پس از دیگری اجرا می‌کند و به این ترتیب عملیات لازم روی سطوح مورد نظر انجام می‌شود.

اپراتور دستگاه سی ان سی

دستگاه‌های سی ان سی انواع مختلفی دارند که در ادامه با آن‌ها آشنا خواهیم شد اما بهتر است ابتدا به بررسی تفاوت بین دستگاه NC و CNC بپردازیم.

 

تفاوت NC و CNC

دستگاه NC پیش از دستگاه CNC به وجود آمد. می‌توان CNC را شکل تکامل یافته‌ی NC دانست. با پیشرفت تکنولوژی امکان استفاده از کامپیوتر در دستگاه‌های NC میسّر شد. یکی از مهمترین و حساس ترین مراحل کار با دستگاه‌های NC، محاسبات عددی مربوط به میزان جابجایی محورها بوده است. با استفاده از کامپیوتر، این محاسبات با دقت و سرعت بالاتری انجام می‌شود و همین امر مزیت بزرگ دستگاه CNC در مقایسه با NC است.

ایجاد ورودی برای دستگاه سی ان سی و تبدیل این ورودی به خروجی نیازمند نرم افزارهای CAD (Computer Aided Design) و CAM (Computer Aided Manufacturing) است. از نرم افزارهای CAD برای طراحی یک سازه استفاده می‌شود در حالی که از نرم افزارهای CAM برای تولید یک سازه از روی یک طرح استفاده می‌شود.

مراحل تولید یک محصول در سی ان سی

 

انواع دستگاه CNC

ماشین‌های سی ان سی از جنبه‌های گوناگون انواع مختلفی دارند. مثلا با توجه به سطوح مختلف می‌توان آن‌ها را به دستگاه cnc چوب و ام دی اف، فلزات، پلاستیک، شیشه، سنگ و ... تقسیم کرد. و یا مثلا بر اساس نوع عملکرد می‌توان آن‌ها را به دستگاه cnc تراش، فرز، لیزر،برش واترجت، وایرکات و ... تقسیم کرد. از لحاظ اندازه می‌توان آن‌ها را به cnc کوچک رومیزی و cnc بزرگ صنعتی تقسیم بندی کرد. برای استفاده‌های خانگی می‌توان اقدام به خرید کیت cnc کرد و سپس آن را مونتاژ کرد. در ادامه ابتدا با انواع ماشین سی ان سی بر اساس نوع عملکرد و بعد با انواع آن طبق جنس قطعه کار آشنا خواهیم شد. 

 

دستگاه فرز cnc

ممکن است عملکرد دستگاه فرز و تراش را به اشتباه یکسان در نظر بگیرید. اساس عملکرد فرز و تراش متفاوت است؛ به این صورت که به طور کلی تعریف تراش زمانی است که قطعه در حرکت و یا دوران است و ابزار به صورت ثابت خواهد بود و تعریف فرز زمانی خواهد بود که قطعه ثابت و ابزار متحرک است. یکی از کاربردهای اصلی دستگاه‌های cnc استفاده در فرزکاری (به انگلیسی: milling ) است.

 

دستگاه  cnc تراش

این ماشین یکی از پرکاربردترین ماشین‌های سی ان سی محسوب می‌شود. در دستگاه cnc تراش ( به انگلیسی: lathe )، سطح مورد نظر با سرعت زیادی می‌چرخد و با حرکت ابزار کار بر روی سطح، براده برداری با سرعت و دقت بسیار بالایی انجام می‌شود. دستگاه تراش cnc معمولا در دو محور x و z حرکت می‌کند. برای مشاهده انواع مینی تراش و خرید آن‌ها به صفحه خرید دستگاه مینی تراش مراجعه کنید.

دستگاه سی ان سی تراش

 

دستگاه cnc لیزر

برش لیزر به کمک دستگاه سی ان سی یک فرایند ساخت بدون تماس و مبتنی بر حرارت است که برای سطوح فلزی و غیر فلزی قابل استفاده است. استفاده از دستگاه cnc لیزر هم مثل هر روش دیگری مزایا و معایبی دارد. یکی از مزایای این روش برای برش این است که به کمک آن می‌توان انواع سطوح مختلف مثل سرامیک، پلاستیک، چوب، شیشه و فلز را برش داد. مورد دیگر اینکه بر خلاف روش‌های دستی و سنتی که محصول خروجی دقت چندان مناسبی نداشت، در این روش دقت برش بسیار بالاست؛ به همین دلیل در صنایعی که نیاز به برش دقیق قطعات وجود دارد می‌توان از روش برش لیزر استفاده کرد. همچنین در این روش، بین سطح کار و نازل هیچ ارتباط مستقیمی وجود ندارد؛ به همین دلیل احتمال آلودگی سطح کار کاهش می‌یابد.

از معایب برش به کمک سی ان سی هم می‌توان به عدم توانایی در برش برخی فلزات ضخیم اشاره کرد. همچنین وجود پرتوی لیزر برای کارگران انسانی مضر است و ممکن است باعث سوختگی شود. علاوه بر موارد فوق، هزینه برش لیزری معمولا بیشتر از سایر روش‌های برش است.

 

دستگاه واترجت (برش با آب)

دستگاه واترجت (waterjet) همانطور که از نامش پیداست برای برش سطوح مختلف از آب استفاده می‌کند. آب با فشار قوی توانایی برش سخت‌ترین سطوح را دارد. برای برش سطوح گرانیتی و فلزی می‌توان از دستگاه واترجت استفاده کرد.

یکی از مشکلاتی که در برش فلزات با لیزر وجود دارد این است که برخی فلزات توانایی مقاومت در برابر حرارت بالای ایجاد شده در این روش را ندارند و گرمای زیاد موجب ذوب شدن و تغییر شکل فلز می‌شود. در این موارد بهترین راه، استفاده از دستگاه واترجت است. هر چه قطر نازل در روش واترجت کمتر باشد فشار آب خروجی از آن بیشتر خواهد بود و در نتیجه دقت برش افزایش می‌یابد. در برخی موارد که سطح کار، مقاومت بالایی داشته باشد موادی مانند سنگریزه در آب حل می‌کنند تا قدرت برش آب افزایش یابد. از دستگاه واترجت در صنایع مختلفی مانند هوا فضا، شیشه، چوب و خودروسازی استفاده می‌شود.

 

برش واترجت (waterjet)

 

دستگاه سی ان سی وایرکات

دستگاه cnc وایرکات (به انگلیسی: wirecut) یکی دیگر از ابزارهای برش سطوح است. در این دستگاه، سطح کار بین دو الکترود قرار می‌گیرد و با تخلیه جریان الکتریکی بین دو الکترود، این امکان فراهم می‌شود که سطح مورد نظر را به شکل دلخواه درآورد. با دور و نزدیک کردن الکترودها می‌توان شدت میدان الکتریکی را افزایش و کاهش داد و به این ترتیب میدان الکتریکی مناسب برای برش هر سطح را فراهم کرد.

دستگاه‌های سی ان سی را بر اساس جنس سطح کار مورد نظر نیز دسته بندی می‌کنند. مثلا دستگاه cnc چوب، فلز، سنگ، پلاستیک و ... . در ادامه با انواع این دستگاه‌ها آشنا خواهیم شد.

 

دستگاه cnc فلزات

فلزات در مقایسه با سطوحی مثل چوب، پلاستیک و ... از مقاومت بالاتری برخوردار هستند؛ به همین دلیل برش و شکل دادن آن‌ها به صورت دستی سختی مضاعفی دارد. امروزه از دستگاه cnc فلزات برای کارهایی مثل حکاکی، برش، تراش، جوش و ... استفاده می‌شود.

 

دستگاه cnc چوب و ام دی اف

محصولات چوبی کاربردهای فراوانی دارند. ساخت این سازه‌ها در گذشته به صورت دستی انجام می‌شده است اما با تولید دستگاه سی ان سی می‌توان همان سازه‌ها را با دقت و سرعت بالایی تولید کرد. تنوع سازه‌های چوبی موجب شده است که دستگاه cnc چوب یکی از پرکاربردترین‌های این حوزه محسوب شود.

دستگاه cnc چوب

 

سی ان سی سنگ

سنگ‌هایی که برای مصرف در صنایع مختلف استفاده می‌شوند انواع مختلفی دارند. یکی از سنگ‌های پرکاربرد گرانیت است. برای برش و شکل دهی به سنگ‌ها از روش‌های مختلفی می‌توان استفاده کرد. یکی از بهترین روش‌ها استفاده از دستگاه cnc سنگ است. مثلا استفاده از روش واترجت که در بالا تشریح شد در برش گرانیت کاربرد دارد.

تا اینجا با انواع دستگاه سی ان سی بر مبنای نوع عملکرد و جنس سطح کار آشنا شدیم. از نگاهی دیگر می‌توان دستگاه‌های cnc را به دستگاه‌های بزرگ صنعتی که در کارگاه‌ها و کارخانه‌های بزرگ استفاده می‌شوند و دستگاه‌های کوچک رومیزی که قابل استفاده در محیط‌های کوچکتر هم هستند تقسیم کرد. در ادامه با خصوصیات هر کدام از این دستگاه‌ها آشنا خواهیم شد.

 

دستگاه cnc بزرگ

از این دستگاه‌ها معمولا در کارخانه‌های بزرگ استفاده می‌شود. برای تولید در مقیاس بزرگ، ممکن است نیاز باشد برخی دستگاه‌ها عملکرد شبانه روزی داشته باشند زیرا در برخی خطوط تولید، ممکن است کوچکترین وقفه در عملکرد دستگاه، فرایند تولید سایر محصولات را تحت تاثیر قرار دهد. دستگاه‌های cnc بزرگ مناسب برای استفاده در چنین مواردی هستند. یکی از ویژگی‌های اصلی این دستگاه‌ها این است که به نحوی ساخته شده اند که توانایی عملکرد صحیح و بدون نقص شبانه روزی دارند. البته کار با چنین دستگاه‌هایی پیچیده تر از کار با دستگاه‌های سی ان سی کوچک است و نیاز به آموزش تخصصی دارد.

 

دستگاه مینی cnc رومیزی

دستگاه‌های سی ان سی بزرگ علاوه بر اینکه بخش بزرگی از محیط را اشغال می‌کنند قیمت بالایی هم دارند. اگر به فکر تولید محصولی با استفاده از دستگاه سی ان سی هستید و محدودیت بودجه و فضا دارید بهتر است به سراغ دستگاه مینی cnc بروید. با استفاده از این دستگاه‌ها می‌‌توان با سرعت و دقت بالا به تولید محصولات مورد نظر پرداخت.mini cnc desktop

 

کیت دستگاه مینی cnc

همانطور که ذکر شد قیمت مینی سی ان سی کمتر از دستگاه‌های صنعتی بزرگ است. اگر به دنبال خرید دستگاهی ارزان هستید بهتر است به سراغ کیت مینی cnc بروید. کیت‌ها پکیجی کامل از تمام ابزار و قطعات لازم برای ساخت یک دستگاه سی ان سی کوچک رومیزی هستند. پس از تهیه کیت، باید بخش‌های مختلف آن را مونتاژ کنید تا بتوانید به تولید محصولات مورد نظرتان بپردازید.برای مشاهده و خرید کیت کامل مینی cnc رومیزی کلیک کنید.

تعداد محورهای یک دستگاه مشخص می‌کند که دستگاه مورد نظر تا چه اندازه آزادی حرکت داشته باشد و آن دستگاه مناسب چه نوع برش‌هایی باشد. متناسب با نوع دستگاه CNC ممکن است ابزار، قطعه کار یا هر دوی آنها در یک یا چند محور، قابلیت چرخش و جابجایی داشته باشند که مجموع آنها درجات آزادی دستگاه را تعیین میکنند. در ادامه با انواع دستگاه cnc با تعداد محورهای مختلف آشنا خواهید شد.

 

سی ان سی دو محوره

دستگاه cnc دو محوره به دستگاهی می‌گویند که یکی از حالات زیر را داشته باشد:

  • قطعه کار ثابت باشد و ابزار در دو محور x و y توانایی جابجایی داشته باشد. اکثر دستگاه‌های برشکاری لیزر یا واترجت از این نوع هستند.
  • اگر ابزار ثابت باشد و قطعه کار دو دور محور x و y جابجا شود. ماشین برشکاری فوم با سیم داغ از این نوع است.

 

سی ان سی سه محوره

این دستگاه نسبت به سی ان سی دو محوره آزادی حرکت بیشتری دارد. دیدیم که در سی ان سی دو محوره، دستگاه قادر به حرکت در دو محور بود اما در cnc سه محوره می‌توانیم حرکاتی در سه محور مختلف داشته باشیم. اگر دستگاه قادر به حرکت همزمان در سه محور باشد، دستگاه سه محوره است اما اگر حرکت دستگاه در سه محور به صورت ناهمزمان باشد دستگاه را دو و نیم محوره می‌گویند. منظور از حرکت ناهمزمان در سه محور این است که در هر لحظه فقط حرکت در دو محور مجاز است و اگر نیاز به حرکت در محور سوم باشد، باید حرکت در دو محور دیگر متوقف شود تا محور سوم فعال شود.

 

cnc روتاری (چهار محوره)

در جریان حرکت در سه محور اصلی طول، عرض و ارتفاع، امکان دستیابی به برخی نقاط محصول وجود ندارد. حرکت چرخشی حرکتی است که این نقیصه را رفع می‌کند. cnc روتاری به دستگاه‌هایی می‌گویند که علاوه بر حرکت در سه محور اصلی x، y و z توانایی ایجاد حرکت چرخشی را هم دارند.

دستگاه‌های cnc روتاری معمولا بیش از یک هد (head) یا کله‌گی دارند. مثلا 4کله، 6کله، 8کله و ... از cnc های رایج هستند. دلیل این امر این است که تعامل چهار محور با یکدیگر منجر به کاهش سرعت کلی دستگاه می‌شود. برای جبران این نقیصه، تعداد هد (head) دستگاه را بیشتر می‌کنند. این دستگاه‌ها چون به زوایای زیادی از محصول دسترسی دارند در صنعت چوب و مبلمان و در صنایع سنگ و فلز به طور گسترده برای پیکرتراشی مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای مشاهده و خرید دستگاه CNC سه محوره و چهار محوره از فروشگاه اینترنتی پارتینه کلیک کنید.

 

سی ان سی پنج محوره

دستگاه cnc پنج محوره همه محورهای دستگاه چهار محوره را دارد و علاوه بر آن، میز دستگاه هم قابلیت حرکت دارد. در این دستگاه در صورتی که ابزار ثابت باشد، دستگاه سه درجه آزادی برای حرکت خطی و دو محور دورانی دارد که در مجموع پنج محور حرکتی ایجاد می‌شود. همچنین ممکن است حرکت در برخی از این پنج محور برای قطعه کار و برخی دیگر برای ابزار در نظر گرفته شده باشد. قیمت این دستگاه‌ها از نمونه‌های قبلی که در بالا ذکر شد بیشتر است. همچنین به دلیل آزادی حرکتی بیشتری که دارند دقت و ظرافتی که این دستگاه‌ها فراهم می‌کنند بیشتر از نمونه های قبلی است.

 

بخش های مختلف دستگاه سی ان سی

دستگاه‌های سی ان سی در هر نوعی که باشند از بخش‌های مشترکی تشکیل شده‌اند. یک دستگاه cnc از سه بخش اصلی تشکیل شده است: بخش مکانیک، کنترل و برق قدرت.هر کدام از این بخش‌ها شامل قطعات مختلفی هستند که در ادامه با آن‌ها آشنا خواهیم شد. در عکس زیر قطعات مربوط به هر بخش از دستگاه سی ان سی را مشاهده می‌کنید.

اجزای داخلی دستگاه cnc

در ادامه قطعات مربوط به بخش مکانیک دستگاه را معرفی می‌کنیم.

بدنه یا شاسی دستگاه

بدنه یا شاسی دستگاه یکی از قسمت‌های مهم دستگاه cnc محسوب می‌شود. در واقع همه قطعات دیگر مثل ریل و واگن، موتورها، بال اسکرو، دنده شانه و ... بر روی بدنه دستگاه سوار می‌شوند. جنس شاسی می‌تواند چدن یا فولاد باشد. در مقایسه بدنه فولادی و چدنی می‌توان گفت بدنه‌های فولادی به هزینه کمتری ساخته می‌شوند در حالی که بدنه‌های چدنی به دلیل ساختار خاصشان توانایی بیشتری در جذب ارتعاشات دستگاه دارند.

 

موتورهای دستگاه

دستگاه‌های cnc از دو نوع موتور حرکتی استفاده می‌کنند: سروو موتور و استپ موتور.

سروو موتور (servo motor) یک موتور الکتریکی است که با هدف استفاده در سیستم کنترل فیدبک (feedback) طراحی می‌شود. فیدبک در دستگاه cnc مفهوم مهمی است. دستورات دستگاه یکی پس از دیگری به قطعات منتقل شده و قطعات طبق این دستورات عمل می‌کنند. حال فرض کنید یکی از این دستورات به درستی اجرا نشود و حرکت مربوط به آن دستور انجام نشود. اگر دستور بعدی اجرا شود در حالی که یکی از دستورات قبلی انجام نشده باشد احتمالا همه حرکات بعدی قطعات تحت تاثیر یک دستور اجرا نشده قرار خواهند گرفت و به این ترتیب عملکرد کل دستگاه نامطلوب خواهد بود. برای جلوگیری از چنین وضعیتی از سیستم فیدبک استفاده می‌شود.

سیستم‌های فیدبک به نحوی طراحی شده‌اند که پس از ارسال دستور، سیستم بر اجرای صحیح آن دستور هم نظارت می‌کند و پس از اطمینان از اجرای صحیح آن دستور، فرمان بعدی را صادر می‌کند. در واقع سیستم فیدبک، یک ارتباط دو طرفه بین کامپیوتر دستگاه سی ان سی و قطعات دستگاه ایجاد می‌کند و از این طریق احتمال خطا در فرایند را کاهش می‌دهد.یکی از مزایای سرووموتورها این است که لختی یا اینرسی پایینی دارند؛ به همین دلیل به سرعت می‌توانند دستورات حرکت و توقف متوالی را اجرا کنند. برای آشنایی بیشتر با این الکتروموتور به صفحه سروو موتور چیست مراجعه کنید.

استپ موتور (step motor) موتور دیگری است که در دستگاه‌های cnc قابل استفاده است. استپ موتور یا موتور پله‌ای یک حرکت دورانی 360 درجه را به تعدادی حرکت کوچک با اندازه یکسان تقسیم می‌کند. مثلا یک استپ موتور 200 استپ در هر دوران (در هر پله) 1.8 درجه می‌چرخد. استپ موتورها بدون استفاده از سیستم فیدبک عمل می‌کنند. استپ موتورها براشلس یا بدون جاروبک هستند و به همین دلیل هنگام اعمال پالس به ترمینال‌های آن، موقعیت شفت به اندازه از پیش تعیین شده‌ای دوران می‌کند در حالی که موتورهای DC جاروبک دار، تا وقتی که به ترمینال‌های آن‌ها ولتاژ اعمال شود پیوسته به حرکت دورانی ادامه می‌دهند و اصطلاحا حرکت پله‌ای ندارند. برای آشنایی بیشتر با این الکتروموتور به صفحه استپ موتور چیست مراجعه کنید.

تفاوت سروو موتور و استپ موتور

اسپیندل

اسپیندل (spindle) یک موتور الکتریکی است که وظیفه ایجاد حرکت چرخشی با دور بالا و همچنین نگهداشتن ابزار کار را بر عهده دارد. اسپیندل موتورها به دلیل تولید حرکت چرخشی با دور بالا به سرعت گرم می‌شوند. برای کاهش دمای این الکتروموتورها از دو نوع سیستم خنک کنندگی استفاده می‌شود: هوا خنک و آب خنک. استفاده از سیستم آب خنک برای اسپیندل‌ها کارایی بهتری در خنک کردن آن‌ها دارد. البته اسپیندل‌های آب خنک نیاز به دقت بیشتری در نگهداری دارند.

 سرعت حرکت این موتورهای الکتریکی را می‌توان به کمک اینورتر (inverter) تنظیم کرد. اینورتر با افزایش و کاهش فرکانس دریافتی اسپیندل، سرعت آن را کنترل می‌کند. اسپیندل‌ها از لحاظ تعویض ابزار دو دسته هستند: اسپیندل‌های تول چنج و اسپیندل‌های دستی. در نوع تول چنج، فرایند تعویض ابزار به صورت اتوماتیک انجام می‌شود و به این ترتیب در زمان صرفه جویی می‌شود. برای آشنایی بیشتر با انواع و نحوه عملکرد این الکتروموتور به صفحه اسپیندل چیست مراجعه کنید.

اسپیندل دستگاه سی ان سی

ریل و واگن (لینیرگاید)

حرکت خطی رفت و برگشتی در دستگاه cnc یکی از حرکات پر تکرار است. برای ایجاد این حرکت از ریل و واگن (linear guide) استفاده می‌شود. لینیرگاید مکانیزم حرکتی مهمی برای پشتیبانی از بار مکانیکی برای هدایت در مسیر حرکت خطی با کمترین اصکاک محسوب می‌شود. نکته مهمی که باید به آن توجه شود این است که ریل‌ها باید روی یک سطح کاملا صاف و هموار قرار بگیرند؛ در غیر این صورت شاهد استهلاک سریع ریل و واگن خواهیم بود.

ریل و واگن

 

سیستم حرکتی دستگاه سی ان سی

موتورها حرکت چرخشی ایجاد می‌کنند. تبدیل حرکت چرخشی به حرکت خطی بر عهده قطعات سیستم حرکتی دستگاه شامل بال اسکرو، تسمه تایم، دنده شانه و چرخ دنده است.

 

بال اسکرو

کاربرد بال اسکرو (ball screw) در دستگاه سی ان سی، تبدیل حرکت چرخشی به حرکت خطی و همچنین روان کردن حرکت مهره‌ها با کمترین لقی و اصکاک است. وجود لقی و اصکاک بین مهره‌ها در دستگاه cnc تاثیر نامطلوبی بر عملکرد آن خواهد گذاشت. ساختار بال اسکرو از سه قسمت اصلی پیچ، مهره و ساچمه تشکیل شده است. حرکت پیچ و مهره در کنار یکدیگر منجر به ایجاد اصکاک و در نتیجه انحراف حرکت می‌شود. برای جبران این نقیصه، تعداد زیادی ساچمه بین پیچ و مهره قرار می‌گیرد. حرکت ساچمه‌ها بین پیچ و مهره، اصطکاک را به حداقل می‌رساند و به این ترتیب حرکاتی دقیق خواهیم داشت.

کاربرد بالسکرو در دستگاه سی ان سی

تسمه تایم

روش دیگر تبدیل حرکت چرخشی به حرکت خطی در دستگاه cnc، استفاده از تسمه تایم (Timing belt) است. تسمه تایم از ترکیب مواد پلیمری انعطاف پذیر به همراه الیاف‌های کشش ناپذیر جهت انتقال قدرت از یک پولی به پولی دیگر تشکیل شده است. تسمه تایم مناسب دستگاه‌های سبک و بدون بار مثل پرینتر و دستگاه لیزر است. استفاده از تسمه تایم در دستگاه‌ها یک عیب مهم هم دارد: اینکه در مسیرهای بلند و پس از مدتی، لاستیک تسمه دچار کشیدگی می‌شود و این امر منجر به کاهش دقت کل سیستم خواهد شد.

تسمه تایم

دنده شانه ای

استفاده از چرخ دنده (gear) یکی دیگر از راه‌های تبدیل حرکت چرخشی به حرکت خطی است. برای دستگاه cnc چوب و ام دی اف، بهترین گزینه استفاده از دنده شانه‌ای می‌باشد زیرا دنده شانه‌ای نسبت به گرد و غبار حساست کمی دارد و در کارگاه‌های چوب، هنگام براده برداری و شکل دهی به چوب، گرد و غبار زیادی تولید می‌شود. پس بهترین گزینه برای افزایش عمر دستگاه cnc چوب و ام دی اف، استفاده از سیستم دنده شانه‌ای است.

 

راهنمای خرید دستگاه cnc

اگر قصد خرید دستگاه cnc دارید باید لیستی از فاکتورهای مهم یک دستگاه cnc مناسب کارتان داشته باشید. در این قسمت موارد مهم یک دستگاه سی ان سی ذکر می‌شود.

 

ابعاد مورد انتظار

با توجه به سطوحی که قرار است در دستگاه قرار بگیرند باید در رابطه با ابعاد دستگاه cnc تصمیم بگیرید. این ابعاد شامل مساحت میز و ارتفاع محور z است. البته برخی شرکت‌های تولید کننده دستگاه سی ان سی می‌توانند ابعاد دستگاه را متناسب با نیازتان تولید کنند.

 

نوع عملکرد دستگاه

به طور کلی می‌توان عملکرد دستگاه‌های سی ان سی را به سه دسته تقسیم کرد: حکاکی، برشکاری و سوراخکاری. بسته به هدفی که از کاربرد دستگاه سی ان سی دارید می‌توانید انواع مختلف را انتخاب کنید. مثلا cnc چوب می‌تواند یک یا هر سه مورد ذکر شده را داشته باشد.

 

سیستم حرکتی دستگاه cnc

موتورها حرکت چرخشی تولید می‌کنند. این حرکات باید به حرکت خطی تبدیل شوند که این وظیفه بر عهده سیستم حرکتی دستگاه سی ان سی است. برای این منظور می‌توان از بال اسکرو، تسمه تایم و یا چرخ دنده استفاده کرد. معمولا بهترین گزینه برای محورهای طولانی تر مثل x و y ، دنده شانه‌ای است و برای محور z که طول کمتری در مقایسه با دو محور قبلی دارد بال اسکرو مناسب‌تر است. اگرچه بال اسکرو در مقایسه با دیگر موارد، سرعت کمتری دارد اما گشتاور و دقت بالاتری را فراهم می‌کند.

 

کنترلر دستگاه

دستوراتی که به دستگاه داده می‌شود باید به زبان قابل فهم دستگاه باشد. کنترلر، واسطه‌ای است بین اپراتور و دستگاه که پس از دریافت دستورات اپراتور که به زبان G-Code نوشته می‌شوند، آن‌ها را به موتورهای متصل به بازوها منتقل می‌کند.

برد کنترلر cnc

نوع موتور

در دستگاه cnc از دو نوع موتور استفاده می‌شود: استپ موتور و سروو موتور. در مقایسه این دو می‌توان گفت سروو موتورها دقت و گشتاور بیشتری از استپرموتورها دارند و از سیستم فیدبک استفاده می‌کنند. از طرف دیگر معمولا استپ موتورها قیمت کمتری از سروو موتورها دارند.

 

اسپیندل موتور

اسپیندل در cnc وظیفه تولید حرکت چرخشی و همینطور نگهداشتن ابزار کار را بر عهده دارد. دور موتور اسپیندل یکی از عناصر تعیین کننده دقت براده بردای در دستگاه سی ان سی است. در خرید اسپیندل برای دستگاه سی ان سی به تول چنجر بودن یا دستی بودن آن توجه کنید. اگر در حین کار نیاز است که ابزار کار به دفعات زیاد تعویض شود بهتر است از نوع تول چنج استفاده شود. یکی دیگر از موارد مهم در انتخاب اسپیندل توان دستگاه است. با توجه به سطحی که قرار است در دستگاه سی ان سی قرار بگیرد باید انتخابی متفاوت داشته باشید. مثلا برای استفاده از اسپیندل در cnc چوب، بهتر است از سرعت 18000 تا 36000 دور در دقیقه استفاده شود؛ سرعت‌های بالاتر منجر به سوختن و تغییر رنگ چوب می‌شود. برای کار روی قطعات ظریف‌تر مثل طلا و جواهرات به سرعت بیشتری نیاز است؛ مثلا 60000 دور در دقیقه. برای کار بر روی سنگ و اجسام سخت هم سرعت 18000 تا 24000 دور در دقیقه مناسب است. این اعداد، بازه‌های پیشنهادی هستند و ممکن است بنا به ویژگی‌های خاص سطح مورد نظر، نیاز به توان‌های متفاوتی داشته باشید.

اسپیندل سی ان سی

 

تعداد محور دستگاه cnc

آزادی حرکت دستگاه به تعداد محورهای آن وابسته است. هر چه تعداد محورها بیشتر باشد راحت‌تر می‌توان به قسمت‌های مختلف جسم مورد نظر دسترسی داشت. دستگاه‌های cnc در انواع دو محوره، سه محوره، چهار محوره، پنج محوره و بیشتر تولید می‌شوند. دستگاه چهار و پنج محوره علاوه بر سه بعدی اصلی، دارای دو بعد چرخشی هم هستند که این امر دسترسی به زوایای مختلفی از سطح جسم را ممکن می‌کند.

 

دقت ماشین cnc

دقت دستگاه سی ان سی تاثیر زیادی بر کیفیت محصول نهایی دارد. واحد اندازه‌گیری دقت میکرون است. این دقت با توجه به شرکت سازنده سی ان سی و متریال و ابزاری که برای ساخت آن استفاده می‌شود متفاوت است.

 

ریل و واگن (لینیرگاید) ماشین سی ان سی

ریل و واگن وظیفه پشتیبانی از هدایت بار در مسیر خطی رفت و برگشتی را بر عهده دارد. ریل و واگن، یک حرکت خطی با اصطکاک کم و روان و بدون لقی در دستگاه cnc را تضمین می‌کند. نصب صحیح لینیرگاید تاثیر زیادی در عملکرد و طول عمر آن دارد. هنگام نصب ریل و واگن حتما از صاف و صیقلی بودن سطح زیر ریل مطمئن شوید؛ در غیر این صورت ریل و واگن با عبور از مسیر ناهموار دچار آسیب دیدگی خواهد شد و عملکرد کلی دستگاه تحت تاثیر قرار خواهد گرفت.

 

فیکسچر ماشین cnc

فیکسچر (fixture) وسیله‌ای است که قطعه کار در آن قرار می‌گیرد تا آماده ماشین‌کاری شود. هدف از بکارگیری فیکسچر این است که قطعه کار با سرعت و دقت بالایی در محل درست قرار بگیرد. فیکسچر‌ها انواع مختلفی شامل صفحه‌ای، قائم الزاویه، دورانی، چند ایستگاهی و ... دارند که متناسب با نیازتان باید یکی از آن‌ها را انتخاب کنید. قدرت فیکسچر و سرعت آن در باز و بسته کردن قطعه کار اهمیت زیادی دارد. فیکسچر‌های مکشی (وکیوم) سرعت تعویض قطعه را بالا می‌برند.

کاربرد فیکسچر در سی ان سی

روش جمع‌آوری براده‌های ماشین

وقتی که دستگاه روی قطعه مورد نظر تغییرات لازم را ایجاد می‌کند، ممکن است براده‌های قطعه کار به اطراف پخش شوند. روش جمع‌آوری براده در cnc طلا اهمیت بسیار بالایی دارد. همچنین در دستگاه cnc چوب به دلیل آلودگی ناشی از پخش شدن براده‌های چوب روش جمع‌آوری براده‌ها مهم است.

 

گارانتی دستگاه

با توجه به پیچیدگی‌ها و قیمت بالایی که دستگاه cnc دارد حتما به گارانتی دستگاه توجه کنید. همچنین اگر دستگاه بزرگ باشد کار با آن پیچیده‌تر از دستگاه‌های cnc رومیزی و کوچک خانگی خواهد بود؛ پس بهتر است مسائل آموزش اپراتور را هم مد نظر قرار دهید.

 

جمع بندی

همان طور که ذکر شد دستگاه cnc یک دستگاه صنعتی است که به کمک آن می‌توان به دستگاه دستور داد حرکات تعیین شده در جهت‌های مختلف را بر روی قطعه کار انجام دهد. cnc نسخه پیشرفته‌تری از دستگاه nc است. در دستگاه nc، این اپراتور بود که باید حرکات ابزار و قطعات مختلف دستگاه را مورد توجه قرار می‌داد و حرکت بعدی دستگاه را محاسبه و تعیین می‌کرد اما در دستگاه سی ان سی، همه این فرایندها به کمک کامپیوتر انجام می‌شود که منجر به افزایش دقت و ظرافت خروجی نهایی و همچنین سرعت انجام کار شده است.

دستگاه‌های cnc انواع مختلفی دارند. طبق نوع عملکرد می‌توان آن‌ها را به دستگاه سی ان سی فرز، حکاکی، تراش، لیزر، واترجت، وایرکات و ... تقسیم کرد. با توجه به جنس قطعه کار می‌توان دسته‌های دستگاه cnc چوب و ام دی اف، فلزات، پلاستیک، شیشه، سنگ و ... را در نظر گرفت. با گذشت زمان، سی ان سی های کوچک ( mini cnc ) هم ساخته شدند و امروزه با خرید کیت سی ان سی و مونتاژ آن، می‌توان از یک سی ان سی رومیزی خانگی برای ساخت محصولات کوچک بهره برد.

تعداد محورهای دستگاه cnc تعیین کننده آزادی دستگاه در ایجاد حرکت در محورهای مختلف است.مثلا دستگاه سی ان سی سه محوره قادر به حرکت در سه محور x ، y و z است در حالی که دستگاه چهار و پنج محوره هر کدام به ترتیب یک و دو محور چرخشی هم دارند.

دستگاه سی ان سی از بخش‌های مختلفی مثل شاسی دستگاه، موتور، اسپیندل، ریل و واگن، سیستم حرکتی شامل بال اسکرو، چرخ دنده و تسمه تایم، کنترلر، فیکسچر و ... تشکیل شده است که هر کدام از این موارد، عامل مهمی در انتخاب و خرید یک دستگاه سی ان سی محسوب می‌شوند.