دپارتمان مهندسی مکانیک ایران

انجمن مهندسی مکانیک

انجمن تست های غیر مخرب

انجمن علمی مهندسی پزشکی

انجمن بیومکانیک

آموزش تعمیر تجهیزات پزشکی

آموزش تعمیرات تجهیزات پزشکی

دوره های مهندسی پزشکی

دوره های آموزشی مهندسی پزشکی

انجمن مهندسی پزشکی

آموزش تعمیر تجهیزات دندانپزشکی

آموزش بازرسی جوش

آموزش پایپینگ


             
آشنایی مقدماتی با اتوماسیون و دستگاههای CNC
نوشته شده توسط علی قربانزاده   
دوشنبه ، 15 اسفند 1390 ، 22:59

 

 

 

آشنایی مقدماتی با

اتوماسیون و دستگاههای CNC

آنچه در این مقاله می خوانید :

·        آشنایی با دستگاههای   CNC

·        اجزای اصلی ماشینهای CNC

·        تفاوتهای اساسی ماشینهای NC و CNC 

·        دانستنیها ومهارت های لازم برای اپراتورCNC

·        مزایای و معایب دستگاه های CNC

·        آشنایی با دستگاههای CMM

 

 

 

                       

                           بهمن ماه 1387

 

 تاریخچه و روند توسعه اتوماسیون :

همزمان با پیشرفت و توسعه تکنولوژی،نیاز انسان به ماشینهای خودکار احساس گردید و اولین ماشین حساب چرخ دنده ای توسط پاسکال در سال 1642 میلادی اختراع شد.

 پس از آن در سال 1804 ژاکارد یک دستگاه ماشین بافندگی ساخت که توسط کارتهای مخصوصی هدایت می شد.

در سال 1946 اولین کامپیوتر ENIAC برای ارتش آمریکا ساخته شد.

در سال 1947 ترانزیستور اختراع گردید.

در سال 1947 و بعد از جنگ جهانی دوم ، نیروی هوایی آمریکا احساس نیاز به تولید قطعات پیچیده و دقیقی کرد که تولید آن توسط دستگاههای معمولی آن زمان امکان پذیر نبود ، لذا کمپانی PARSONS در ایالت میشیگان اولین قدمها را برای ساخت یک دستگاه فرز با قابلیتهای بیشتر  برداشت ، که نتیجه این تحقیقات در سال 1949 و در آزمایشگاه انسیتو تکنولوژی ماساچوست (MIT) به بار نشت و اولین فرز  با قابلیت کنترل اتوماتیک سه محور در سال 1952 ساخته شد.

در سال 1958 زبان برنامه نوسی APT ابداع شد.

در سال 1972 اولین ماشین CNC اختراع گردید.

درسال 1975 اولین کنترلهای فانوک سیستمهای 5 و 6 به بازار آمد.

در سال 1981 کنترلر3  Sinnmerik System  تولید شد.

در سال 1982 کنترلر  Sinnmerik System7  با میکروپروسسور 4 بیتی بوجود آمد.

در اواخر سال 1982 کنترلر8 System Sinnmerik با میکروپروسسور 16 بیتی ساخته شد.

در  سال 1985 کنترلر  810 Sinnmerik    سری 800 آنالوگ ساخته شد. در  سال 1986 کنترلر 850 Sinnmerik   به بازار آمد .

در  سال 1988 کنترلر 880 Sinnmerik   به بازار آمد .

در  سال 1996 کنترلهای زیمنس 810 و 840  سری دیجیتال به بازار عرضه شد.

و اکنون با کمک گرفتن از کامپیوتر و توسعه فن آوری ساخت ، کنترلهایی با سرعت پردازش و قابلیتهای بالا توسط کمپانیهای مختلف با سلایق متنوع ساخته میشود ودر اختیار صنایع مختلف قرار می گیرد. 

 آشنایی با دستگاههای   CNC:

CNC مخفف حروف اول کلمات (Computer Numerical Control ) به معنای کنترل عددی کامپیوتر  می باشد  که در ایران این ماشینهای به اختصارCNC خوانده می شود . دستگاههایCNC ٬ دستگاههای هستند که حرکت کلیه محورها و عملیات ماشین کاری آنها توسط کامپیوتر کنترل می شود بدین معنا که کلیه دادهها و اطلاعات با استفاده از کامپیوتر و امکانات حافظه ای آن ابتدا پردازش وسپس توسط  ریز پردازنده ها(Micro Processor )به علائم الکتریکی(pulse) تبدیل و به موتور محورهای محرکه منتقل می شوند.

 

 نسل اول این ماشینها  NC بودند بدین مفهوم که فاقد کامپیوتر بوده و دستگاه طبق منطقی خاص٬ از جمله نوار یا کارتهای    پانچ شده کار می کرده است .                                                    

 به طور مثال برای حرکت سوپورت دستگاههای معمولی این امر توسط اپراتور با چرخاندن ورنیه سوپورت صورت   میگیرد  ولی در سیستمهای  NC این امر توسط کارت مخصوصی که در دستگاه جا گذاری می شد انجام  می گرفت و اکنون این عمل در اکنون این عمل در  دستگاههای CNC توسط کدهای مخصوصی  G) کد و  M کد )  که در برنامه نوشته می شود صورت می گیرد .        

بدنه سخت افزاری دستگاههای CNC تفاوتهای چندانی با بدنه دستگاههای معمولی ندارد آنچه این دو را از هم متفاوت سازد  باشد اصلی ترین بخش یک دستگاه CNC ٬ کنترلر آن می باشد که معمولا دستگاهها از هر نوعی              ( تراش ،  فرز ٬ سنگ و .....) که باشند با نوع کنترلشان شناخته می شوند و آموزشهای اپراتوری و خدمات پس از فروش آن عموماً  بر پایه سیستم کنترل استوار می باشد .

اجزای اصلی ماشینهای CNC

1- برنامه ماشین

2- واحد کنترل ماشین

3- نرم افزار ماشین

4- موتورها

5- اجزای مکانیکی

6- سیستم اندازه گیری

 

 برنامه ماشین ( واحد ورودی )

برنامه شامل مجموعه های از اعداد، حروف و نشانه های است که به ماشین می گوید چه عملی را باید انجام دهد . مجموعه این اعداد حروف وعلائم که به صورت کدهای رمزبندی شده می باشند توسط واحد کنترل                    ماشین ( MCU ) تقسیم می شوند این برنامه علاوه بر اطلاعات مسیر قطعه کار شامل اطلاعات تکنولوژی کیفی         ( مقادیر سرعت و پیشروی ) و اطلاعات کمکی ( مثل و خاموش کردن سه نظام ، قطع و وصل                                 جریان سیال خنک کننده ) نیز می باشد .

برنامه می تواند علاوه بر تایپ مستقیم از طریق صفحه کلید دستگاه ( MDI ) از طریق Flash و کامپیوتر به ماشین ارسال شود .

 

واحد کنترل ماشین :

سیستم کنترل   سیستم کنترل در  ماشینهای کنترل عددی عبارت است از سیستمی که می تواند یک یا چند محور را در حین کار کنترل کرده و در موقعیت مکانی  خاص و مورد نظر قرار دهد و از بخشهای موتور٬ درایو ٬ کارتهای الکترونیکی ٬ مانیتور ٬ تابلوی فرمان و سیستم  اندازه گیری شامل سنسورهای اپتیکی (خط کش و انکودر ) تشکیل شده است .

واحد کنترل CNC که بر روی ماشین های ابزار به منظور اتوماسیون استفاده می شود دارای سه سیستم کنترل جهت کنترل واحد ورودی ، واحد پردازشگر و کنترل واحد خروجی می باشد .

اجزای واحد کنترل عبارتند از : نوار خوان ، میکروپروسور ، CPU ، حافظه RAM ، حافظه ROM ، Buffers  

PLC ، تقویت کننده تابلوهای کنترل و ....

واحد کنترل ماشین در نوع مدار باز ( open loop ) و مدار بسته ( closed loop ) وجود دارد .

واحد کنترل مدار باز Open loop

در این نوع کنترل ، عملیات کنترل به صورت خطی انجام می شود و تنها ورودی سیستم باعث تغییر در مقدار خروجی میگردد . به عبارتی میزان جابجائی هر محور توسط واحد کنترل تعیین می شود . اما اطلاعات از خروجی سیستم ( محرکه ) در مورد وضعیت هر محور به واحد کنترل ارسال نمی گردد . در نتیجه اگر خطایی در میزان جابجائی محورها رخ دهد سیستم قادر به کشف و جبران آن نخواهد بود امروزه از سیستمهای کنترل مدار باز تنها در ماشینهای CNC آموزشی استفاده می شود که نیاز به دقت بالایی در محصول نمی باشد .

 

واحد کنترل مدار بسته Close loop

در کنترل مدار بسته عملیات کنترل به صورت یک حاقه بسته انجام شده و علاوه بر ورودی ، خروجی نیز از طریق قسمتی به نام فیدبک در تغییر مقدار خروجی مؤثر خواهد بود . در این سیستم کنترل اطلاعات موقعیت هر محور از طریق فیدبک به واحد کنترل ارسال می شود و پس از بررسی و مقایسه با میزان صحیح ، چنان چه بیاز به اصلاح داشته باشد توسط واحد کنترل تصیح و به سیستم ارسال میگردد . سیستمهای کنترل مدار بسته که سرعت و موقعیت را کنترل می کند سرو مکانیزم نام دارد و به موتورهایی که در این سیستم به کار میروند سرو موتور                 می گویند . کنترل مدار بسته از دقت بالایی برخوردار می باشد .

 

ماشین افزار 

برنامه NC پس از رمز گشایی و تبدیل به زبان ماشین در حافظه ذخیره می شود ، محاسبات لازم انجام می پذیرد و سپس به شکل اطلاعات مسیر و اطلاعات فنی به سیگنالها خروجی قطع و وصل  تبدیل و به موتورها فرمان                می دهد . موتورها حرکت چرخشی را به پیچهای ساچمه ای منتقل کرده و پیچهای ساچمه ای حرکت دورانی را به حرکت خطی تبدیل می کنند . در نهایت حرکت خطی از طریق کشویی و راهنما ها تحت کنترل سیستم اندازه گیری به ابزار منتقل می شود . 

سیستم کنترل   سیستم کنترل در  ماشینهای کنترل عددی عبارت است از سیستمی که می تواند یک یا چند محور را در حین کار کنترل کرده و در موقعیت مکانی  خاص و مورد نظر قرار دهد و از بخشهای موتور٬ درایو ٬ کارتهای الکترونیکی ٬ مانیتور ٬ تابلوی فرمان و سیستم  اندازه گیری شامل سنسورهای اپتیکی (خط کش و انکودر ) تشکیل شده است .

در دنیا کمپانیهای مختلفی کنترلر می سازند و روی دستگاههای CNC قرار می دهند که از آن جمله می توان کنترلهای زیمنس ٬ ٬  فانوک ، هایدن هاین٬  میتسوبیشی٬ فاگور٬ فیدیا٬ انگل هارد٬ هاست٬ تسلا  و..... را نام برد که در ایران سه نوع کنترل های زیمنس ٬ فانوک ٬ هایدن هاین مورد توجه بیشتر صنعت گران و صنایع مختلف  می باشد . و طبعاً  تعداد دستگاههای CNC موجود و فعال  با کنترلهای فوق الذکر بیشتر از دیگر کنترلها است .

 

لازم به یاد آوری است افراد یا شرکتهای که می خواهند در امر آموزش ٬ تعمیرات و یا واردات لوازم یدکی کنترلها صرف وقت و هزینه کنند به امر فوق توجه کافی داشته باشند .

با پیشرفت و توسعه دستگاههای NC تلاشهای زیادی برای ارتقاء قابلیتهای آنها صورت گرفت که با ورود کامپیوتر ، در تکنولوژی ساخت  سیستم های NC تحولی شگرف به وجود آمد  و اولین ماشین CNC در سال 1972 ساخته شد . در ذیل به چند تفاوت اساسی دستگاههای NC و CNC  اشاره میگردد .

 

 

 

تفاوتهای اساسی ماشینهای NC و CNC 

 

1- خواندن برنامه

در ماشینهای NC برنامه به صورت خط به خط خوانده و اجرا می شود و در نتیجه اگر اشتباهی در خطوط جلوتر وجود داشته باشد واحد کنترل قادر به تشخیص آن می باشد .

 

2- تست نمودن برنامه

در بسیاری از ماشینهای CNC می توان برنامه را بصورت آزمایشی اجرا نمود و مسیر حرکت ابزار را به صورت گرافیکی در روی مانیتور دستگاه و یا PC مشاهده کرد و چنانچه نیاز به اصلاح داشته باشد برنامه را اصلاح نمود .

 

3- برنامه نویسی پارامتریک

عملیات تکراری مانند سیکل ها را به راحتی با این نوع برنامه می توان نوشت و نیز برنامه نویسی پارامتریک قطعات پیچیده و سطوح هندسی را ممکن و راحت میسازد  و علاوه بر این نوشتن برنامه قطعات فوق را توسط زبان APT و نرم افزار  CAD/CAM  میسر میسازد .  

 

4- اصلاح برنامه

چون در ماشینهای CNC برنامه به صورت نرم افزاری است هر گونه تغییر و اصلاح به راحتی ممکن است . همچنین              می توان تغییرات را ذخیره نموده و نیز برنامه های نوشته شده را به راحتی به هم متصل نمود .

 

5- جبران شعاع ابزار

جبران شعاع ابزار برای مسیرهای شیب دار و منحنی به راحتی انجام می شود . و حجم محاسبات را به طور قابل توجهی از بین میبرد . این مزیت از مهم ترین تفاوتهای بین ماشین NC و CNCمی باشد ، ماشینهای NC به دلیل اینکه برنامه را خط به خط می خوانند قادر به جبران شعاع ابزار نیستند .

 

6- سادگی ارتباط با مجموعه های دیگر

در ماشین های CNC به راحتی می توان  برنامه ماشین کاری را از طریق DNC  و از راه دور به ماشین ها منتقل کرده و نیز روبات به راحتی به این ماشینها متصل می شود و می تواند در سیستم های تولید یکپارچه CMIC قرار گیرد . به طور کلی استفاده از CNC به طور مجزا صحیح نمی باشد و این ماشینها بهتر است  در سیستم های                                                                                                        Fixlble Manufacturing Systems )) FMS  و   CIMS(Computer Integrated Manufacturing Systems ) مورد استفاده قرار گیرند .

 

اجزا ماشینهای  CNC

- سخت افزار ماشین درای سه جز اصلی میباشد :

1- محرکه ها ( موتورها )

2- اجزای مکانیکی

3- سیستم اندازه گیری

محرکه ها ( موتورها )

در ماشین CNC از سه نوع سیستم محرکه الکتریکی ، هیدرولیکی و پنوماتیکی استفاده می شود . از محرکه های پنوماتیکی به دلیل قدرت کم آنها کمتر استفاده می شود .

 

محرکه های الکتریکی :

 

  1. موتورهای پله ای  Stpping Motors :

این موتورها دارای ساختمان ساده ، کم حجم و قیمت مناسب می باشد . از آنها در CNC های ساده با دقت محدود و گشتاورهای نسبتاً کم و قدرت کمتر از 1hp استفاده میشود . این موتور ها در مدارهای باز قابل استفاده اند .                  ( به ازای هر پالس ورودی به موتور ، چرخشی به اندازه زاویه گام مشخصی وجود دارد . این زاویه گام در موتورهای مختلف متفاوت است و دارای محدوده وسیعی از زاویه نام ( 1.8 ، 2.5 ، 2.81 ، 5 ،7.5 ،  45  ،90 درجه ) می باشد و در نوع جدید این موتورها  زاویه گام کوچکتر از یک درجه نیز وجود دارد . از آنجا که کنترل این موتور های دیجیتالی ساده              می باشد با واحد کنترل ماشین ، سازگاری خوبی دارد .

با چرخش موتور به اندازه زاویه  مشخص ، پیچ ساچمه ای چرخانده می شود و متناسب با گام پیچ ساچمه ای  میز جابه جا می گردد .

به طور مثال اگر گام پیچ بال اسکرو 6 میلیمتر و دقت اینکودر به ازای هر پالس 1.8 درجه باشد برای پیشروی میز به اندازه 12 میلیمتر (دو دور کامل محور پیچ) نیازمند ارسال 400 پالس الکتریکی می باشیم .

از این موتورها علاوه بر حرکت میز در راستای Y ، X ،Z در چرخش صفحه گردان نیز استفاده می شود . این موتورها دارای شروع و توقف سریع می باشند و نیاز به گرم شدن موتور ندارند و چنانچه نیاز باشد از این موتور ها در گشتاوردهای بالا استفاده شود از موتورهای الکتروهیدرولیکی که ترکیبی از موتورهای پلهای و یک سیستم هیدرولیکی می باشد استفاده می شود این موتورها با قطع شدن پالس سریعاً متوقف می شوند و نیاز به کلاچ و ترمز ندارند دارای دقت کافی از لحاظ صحت چرخش مورد نظر می باشند در نتیجه نیاز به فیدبک و کنترل مدار بسته ندارند به دلیل عدم استفاده از کنترل مدار بسته و فیدبک چنانچه ، به هر دلیل ارسال  پالس ها ادامه یافته باعث ایجاد عدم دقت در اندازه ها می شود .

  1. موتورهای جریان مستقیم ( DC ) :

موتورهای DC بیشترین استفاده را در ماشینهای CNC دارند این موتورها دارای قدرت بالا ، سرعت یکنواخت و عکس العمل سریع نسبت به تغییرات سرعت میباشند با تغییرات ولتاژ می توان سرعت دورانی و با تغییرات جریان می توان گشتاور موتور را کنترل کرد . تعمیر و نگهداری موتورهای DC به دلیل وجود کلکتور و جاروبک حائز اهمیت است و در بعضی مواقع به دلیل وجود کلکتور و جاروبک پارازیت در موتور ایجاد می شود که این امر در کیفیت سطح قطعه تاثیر بسزایی دارد .

 

  1. موتورهای جریان متناوب ( AC  ):

در موتور های AC کنترل دور با تغییر فرکانس می باشد این امر هزینه بسیار بالایی را نسبت به موتورهای DC در بر دارد عدم نیاز به یک سو کننده تعمیر و نگهداری ارزانتر به دلیل نداشتن کلکتور و جاروبک از مزایای این موتورها می باشد . این موتورها حجم زیادی را اشغال می کنند . این موتورها تا قبل از سال 1991 برای حرکت میزها و اسپیندل استفاده می شده است .

 

محرکهای هیدرولیکی :

کنترل قدرتهای زیاد با نیروی کم سادگی کنترل سرعت و نیرو به طور پله ای و عکس العمل سریع در برابر تغییر جهت از ویژگی های محرکهای هیدرولیکی می باشند . از معایب آنها نشتی و قیمت گرانشان می توان نام برد و نیز این سیستم ها دارای سرعت عمل کمتری نسبت به محرکه های الکتریکی می باشند از محرکه های هیدرولیکی بیشتر در کنترل های مدار بسته استفاده می گردد . محرکه های هیدرولیکی در دو نوع دورانی  ( موتورها ) و رفت و برگشتی ( سیلندرها و پیستونها ) مورد استفاده واقع می شوند . برای حرکتهای طولی کم از سیلندر و پیستون و برای حرکتهای طولی بلند از موتورهای هیدرولیکی به همراه پیچهای ساچمه ای استفاده می شود .

 

اجزای مکانیکی :

دسترسی به دقت بال و قابلیت تکرار این دقت ها با تلرانس های محدود و اطمینان بالا از انجام عملیات خواسته شده از جمله مواردی است که در طراحی ماشین های CNC باید در نظر گرفته شود . از این رو ساختار فیزیکی و مکانیکی ماشینهای CNC با ماشینهای سنتی دارای تفاوت هایی می باشند . در ماشین های سنتی مهارت ماشین کار نقص طراحی و عدم دقت ماشین را جبران می کند . اما در ماشین های CNC به دلیل عدم حضور مستقیم اپراتور در فرایند ماشین کار ی حرکات باید با دقت و اطمینان بالا انجام شود .

اجزای مکانیکی شامل قسمت های زیر می باشد :

1- بستر ماشین

2- بلبرینگ ها

3- پیچ ساچمه ای ( Ball Screw )

4- کشویی

5- نگهدارنده ابزار ( Turret , Tool Changer )

 

پیچ های ساچمه ای Ball Screw

در ماشین های سنتی معمولاً از پیچ های رزوه ذوزنقه ای برای تامین حرکت پیشروی کشویی و میز استفاده  می شود ولی در ماشینهای CNC از پیچ های ساچمه ای استفاده می گردد . قلب یک سیستم پیشروی در ماشینهای CNC پیچ و مهره ساچمه ای می باشد . هنگامی که حرکت دورانی از موتور به پیچ منتقل می شود ، میز ماشین از طریق مهره ، حرکت خطی پیدا می کند . پیچ ساچمه ای نسبت به پیچ های معمولی دارای راندمان بسیار بالاتری می باشند که این راندمان معمولاً به

 
سامانه هوشمند ژورنال مقالات