اجزای اصلی دستگاه cnc چوب و کاربرد آن ها

اجزای اصلی دستگاه cnc چوب نیز به مانند اجزای دستگاه های سی ان سی سنگ و سی ان سی خیاطی و فلز و سایر دستگاه های سی ان سی از دو قسمت اصلی سخت افزار و نرم افزار ( نرم افزار کنترلر)تشکیل شده است .

بخش سخت افزاری دستگاه سی ان سی از موتور های محرکه ، اسپیندل ، تابلو برق ، حسگرها شاسی  و … تشکیل شده است .

در ادامه قصد داریم مروری گذرا بر دستگاه سی ان سی ، تاریخچه ی سی ان سی ، کاربرد های ماشین سی ان سی ئ اجزای این دستگاه نماییم . برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص ماشین های سی ان سی راهنمای خرید دستگاه سی ان سی را مطالعه کنید

دستگاه سی ان سی 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.

مروری بر تاریخچه سی ان سی

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.

اجزای اصلی دستگاه cnc چوب 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.

تفاوت دستگاه NC و CNC  در چیست

دستگاه NC پیش از دستگاه cnc چوب 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.

کنترل عددی NC چیست

کنترل یک ماشین ابزار بوسیله یک برنامه تهیه شده را کنترل عددی (NC) می نامند. یک سیستم کنترل عددی توسط (Electronic Industrial Association) EIA بصورت زیر تعریف می گردد:

سیستم کنترل عددی سیستمی است که حرکات در آن بوسیله وارد کردن اطلاعات بصورت عددی در هر نقطه صورت می گیرد و این سیستم می باید این اطلاعات را به عنوان فرمان به صورت اتوماتیک اجرا کند.

در یک سیستم NC اطلاعات عددی مورد نیاز برای تولید یک قطعه بصورت برنامه قطعه به ماشین داده می شود که این برنامه در گذشته بوسیله نوار پانچ به ماشین وارد می شد.

برنامه یک قطعه به صورت بلوکهایی از اطلاعات مرتب می شود که هر بلوک حاوی اطلاعات عددی مربوط به تولید یک قسمت از قطعه کار مانند: طول قطعه، سرعت برش، نرخ پیشروی و … می باشد.

اطلاعات ابعادی (طول، عرض، شعاع دوایر) و نوع درونیابی (خطی، دایره ای، در راستای منحنی) با توجه به طراحی قطعه مشخص می گردند. همچنین سرعت برش، نرخ پیشروی و توابع کمکی مانند خاموش و روشن کردن مایع خنک کننده جهت چرخش اسپیندل و … با توجه به پرداخت نهایی سطح و تلرانسهای مورد نیاز در برنامه قطعه کار وارد می گردند.

در مقایسه با ماشینهای ابزار سنتی، سیستم NC جایگزین عملیاتی می شود که اپراتور بصورت دستی انجام می دهد. در ماشینکاری سنتی یک قطعه با حرکت ابزار در طول قطعه کار بوسیله چرخاندن دستگیره متصل به پیچهای راهنما توسط اپراتور تولید می شود. بنابراین نیاز به اپراتوری با تجربه و زبردست می باشد که بتواند قطعه مورد نظر را ماشینکاری کند. اما در ماشین های NC نیازی به اپراتور با مهارت نیست در حقیقت اپراتور فقط می باید مراقب درست انجام شدن روند ماشینکاری با توجه به دستورات منتقل شده به ماشین باشد.

کلیه ابعادی که در برنامه وارد می گردند بر اساس واحد طول-مبنی (Basic Length Unit) BLU مقیاس بندی شده و به محورها ارسال می گردند. واحد طول – مبنی (BLU) به عنوان اندازه نمو نیز شناخته می شود که در عمل مربوط به دقت سیستم NC می شود و در حقیقت کوچکترین اندازه نموی می باشد که هر یک از محورهای می توانند حرکت کنند.

در سیستم NC برای صدور فرمان حرکت هریک از محورها ابتدا طول حقیقی بر واحد-طول مبنی تقسیم می گردد. بعنوان مثال در یک سیستم NC که در آن BLU=0.0001 است برای حرکت ۰٫۷ mm محور x در جهت مثبت دستور حرکت x+700 صادر می شود.

در ماشینهای NC هریک از محورهای حرکت مجهز به یک وسیله محرک جداگانه می باشند. این وسیله محرک می تواند یک dc موتور، یک عمل کننده هیدرولیکی و یا یک موتور پله ای باشد که بر اساس قدرت مورد نیاز دستگاه انتخاب می شوند.

اجزای اصلی دستگاه cnc چوب

یک ماشین ابزار CNC چوب از سه قسمت اصلی تشکیل شده است:

• واحد مکانیکی ماشین ابزار
• واحد تولید قدرت (شامل موتورها و تقویت کننده ها)
• واحد CNC چوب

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

موتور محرکه های از اجزای اصلی دستگاه cnc چوب می باشند. موتور دستگاه cnc چوب  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.

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.

 

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.

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.

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.

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.