عصر حکمرانی CNC در عرصه ساخت قطعات صنعتی و غیرصنعتی

CNC

تا قبل از شروع سرسام آور سرعت صنعت CNC کلیه امور مربوط به تراشکاری ، لایه برداری و انواع برش کاری ها بوسیله دستگاه های فرز انجام می گردید . در آن زمان این دستگاه ها تا حدی پاسخگوی تقاضای آن دوره بودند. با پیشرفت صنایع مختلف و تغییر شکل و شمایل نیازمندی به قطعات، حجم نیاز به قطعات تخصصی به حدی رسید که دانشمندان و متخصصین عرصه طراحی وساخت ماشین آلات صنعتی را به فکر ابداع نسل جدیدتر و توانمند تری از ماشین آلات ماشین کاری و براده برداری واداشت.

 ماشین آلات ماشینکاری تا قبل از پیدایش CNC ها پاسخگوی پیچیدگی قطعات مورد نیاز در صنایع گوناگون نبود . به همین دلیل روند پیدایش و شکل گیری CNC آغاز شد. تا قبل از شکل گیری این دستگاه ها ، دستگاه های موجود عمدتا NC بودند که در بخش بعدی به اختصار به آنها خواهیم پرداخت .

CNC  چیست؟

 CNC  مخفف عبارت Computer numerical control است. این نوع دستگاه ها بر مبنای کدهای برنامه نویسی شده کامپیتوری عمل می کنند که قبل از آن فقط NC بودند . کامپیوتر و برنامه های متنوع نوشته شده بوسیله آنها جایی در ماشین آلات نداشتند.

مبنای عمل ماشین آلات CNC ، برنامه های نوشته شده توسط متخصصین برنامه نویسی در این بخش می باشد که نحوه کار و عمل دستگاه بوسیله این برنامه ها در اختیار دستگاه قرار گرفته است . دخالت نیروی انسانی به کمترین حد ممکن رسیده و کار ساخت قطعات با بالاترین حد دقت انجام می شود. در کنار ساخت دستگاه های CNC برای تولید قطعات پیچیده از کاربرد برنامه های توانمند کامپیوتری برای ساخت دستگاههای برش نیز استفاده شد که امروز انواع متنوعی از دستگاه های برش CNC نیز به بازار عرضه شده است.

شیوه کار CNC

تمامی دستگاه های CNC شباهت زیادی به رباتها دارند . در مبنای کار، این برنامه های کامپیوتری هستند که دستگاه ها را به عمل وا می دارند . همانطور که در سطور بالا گفته شد اگر نقش حیاتی برنامه نویسان را کنار بگذاریم، نقش نیروی انسانی در خطوط کار CNC بسیار کمرنگ است. برنامه نویس این دستگاه حتی در مواقعی که دستگاه باید برش ها و حرکت هایی در جهات متفاوت و معکوس را ایجاد کند نیز سیستم را بی نقص در نظر می گیرد.

این دستورات از طریق دستگاه به ابزارهای برش و لایه بردار آن منتقل شده و به مرحله اجرا گذاشته می شوند. برنامه نویس کدها را نوشته و در دستگاه ذخیره می سازد. تمامی کدها ورودی توسط دستگاه CNC ویرایش و بازنویسی می شوند . چراکه این دستگاه ها قدرت محاسباتی بسیار بالایی دارند. از این گذشته کدهای مورد استفاده در این دستگاه به هیچ عنوان ثابت نیستند و با روی کار آمدن تکنولوژی ها و ابزارهای جدید امکان افزودن کدهای جدید حین عملیات به برنامه وجود دارد.

تمامی امور در این دستگاه به صورت اتوماتیک انجام می شود. همین امر سبب شده است که علاوه بر سرعت، دقت برش ها و تراشکاری های حاصل از این دستگاه به مراتب بالاتر از دستگاه های سنتی باشد. با استفاده از CNC ها می توان در مدت زمان بسیار کوتاهی در مقایسه با ساخت انسانی، قطعات بسیار پیچیده ای از فلز ، چوب  ، پلاستیک و دیگر مواد جامد با قابلیت ماشین کاری را ساخت. شکل این قطعات از پیش توسط یک برنامه که در سیستم کم (CAM) یا توسط استفاده کننده به صورت دستی (Manual) تولید شده مشخص می‌ گردد.

معمولاً برای این منظور غالباً از استاندارد (EIA-274-D (ISO6983 استفاده می‌شود که کد جی (G-Codes) هم نامیده می ‌شود. در این استاندارد فایلها حرکت ابزارها و عملکرد ترتیبی دستگاه را مشخص می‌کنند. در استانداردهای جدیدتر دستگاه‌های سی ان سی ISO 10303 و ISO 14649 فایل ورودی عملیات لازم برای تولید قطعه کار را تعریف می‌کنند . هر دستگاه با توجه به ابزارها و قابلیت‌های خود، مسیر حرکت را تولید می‌کند.

منطق دریافت اطلاعات بصورت کدهایی می باشد که با G شروع می شوند . به عنوان مثال کد G01 حرکت خطی است G02 و G03 حرکت دورانی می باشند و G90 نوع مختصات را از نظر مطلق بودن یا نسبی بودن مشخص می نماید . کدهای عنوان شده کدهای عمومی می باشند و در کدهای خاص با توجه به نوع کنترلر شاید شماره کد فرق کند. به عنوان مثال G20 در زیمنس بمنظور انتخاب سیستم اندازه گیری متریک می باشد ولی در هایدن هاین کد G70 این کار را انجام میدهد.

در کنار این زبان برنامه نویسی برخی از تیم های تولیدی با توجه به نیاز های منحصر به فرد خود از زبان برنامه نویسی متفاوتی استفاده می کنند که نیازهای آنها را تامین خواهد کرد.ماشن های CNC  با بهبود نرم افزارهای مادر ارتقا می یابند.

کنترلر، قلب تپنده CNC

کنترلر قسمت اصلی یک دستگاه CNC  می باشد . نبض حرکتی هر نوع دستگاه با هر کارایی که برای آن تعریف شده است توسط کنترلر جریان یافته و تنظیم می گردد. آموزشهای اصلی به اپراتورهای دستگاه ها بر اساس نحوه کار قلب تپنده است . کنترلرهای مختلفی برای دستگاه های CNC  موجود است مانند فانوک - هایدن هاین، زیمنس - C39 - 2P22 -C15 – فاگورو، میتسوبیشی و...

در کنار این قسمت بد نیست که به بدنه و شاکله عمومی دستگاه های CNC  هم اشاره کنیم . شاکله عمومی دستگاه ها از فرزها و بازوهای برنامه پذیری تشکیل شده است که ابزارهای مختلف و عمدتا گران قیمتی بر روی آنها نصب می شود و با دریافت برنامه از بخش کنترلر کار برش و یا لایه برداری و ماشینکاری را انجام می دهند.

کاربردهای CNC

امروزه در تمامی بخشهای صنعت و تولید ، دستگاه های CNC کاربرد پیدا کرده و از خدمات آنها استفاده می شود. در صنعت مقطع کاری با فلزات، CNC ها از ارکان اساسی ساخت قطعات پیچیده هستند. آنجا که پیچیدگی قطعات و یا کمبود زمان عرصه را بر تولید کنندگان تنگ کرده است این دستگاه ها کار را بخوبی در می آورند.

در بخش تولید قطعات با استفاده از چوب نیز امروزه این دستگاه ها کاربرد بیشتری دارند . در ساخت قطعات پلاستیکی نیز از دستگاه های مخصوص به این کار استفاده می شود. در کارهای مینیاتوری با سنگ های قیمتی و تزئینی نیز دستگاه های CNC  به کمک تولید کنندگان آمده اند. انواع برش های لیزری و معمولی نیز بر روی مواد فوق با استفاده از این دستگاه ها انجام می شود.

دستگاه های CNC

1- برش CNC

این دستگاه ها از این توانمندی برخوردارند که با ورودی عدد و حروف عمل کنند. در این حالت ابزارها در فاصله های متفاوت  دستور به حرکت و کنترل می شوند. در حالت کلی دستگاه های برش CNC از سه محور X، Y و Z استفاده می کنند. اما بیشتر دستگاه های برش امروزی سه محور دیگر را نیز در برش های خود مد نظر قرار می دهند.

2- ماشین تراش CNC

در ماشین های تراشکاری CNC ، قطعات در مسیرهای دایره ای برش می خورند. سوای مسیرهای دورانی برنامه ها بصورتی به دستگاه ها داده می شود که حرکات عمودی و افقی نیز داشته باشند . با وجود تکنولوژی CNC تراش هایی که در ماشین تراش انجام می شود بسیار دقیق و ظریف هستند. به همین دلیل از این دستگاه ها در طراحی های پیچیده استفاده می شود. درست مانند دستگاه برش، دستگاه های تراش نیز با استفاده زبان برنامه نویسی G-Code  یا زبان برنامه نویسی مورد نظر تیم تولید راه اندازی می شود.اگرچه دستگاه تراش CNC تنها از دو محور X و Z استفاده می کنند.

در طبقه بندی این نوع دستگاه ها ارائه اطلاعات زیر ضروری است :

• فرزهای cnc عمودی یا vmc
• فرزهای cnc افقی یا hmc
• فرزهای cnc تراش یا lthe
• وایرکات ها
• برش ها
• خم ها،گیتین ها، و پانچ ها

مجتمع تولیدی صنعتی آلومینات از دیرباز به عنوان تولید کننده مواد اولیه مورد نیاز دیگر صنایع شناخته می شده است . با رویکرد جدید مدیریت مبنی بر خروج از وضعیت خام فروشی از آذرماه سال 96 سنگ بنای واحد  CNC  با پشت سر گذاردن مطالعات و تحقیق های و فراوان گذاشته شد . در حال حاضر این بخش یکی از مجهزترین و بروز ترین واحدهای CNC صنعت آلومینیوم ایران به حساب می آید . در این بخش با تجهیزات و قابلیت های واحد  CNC  بیشتر آشنا می شوید.

دستگاه های موجود در بخش  CNC و قابلیت های هر کدام از آنها در مجتمع آلومینات :

• دستگاه CNC 3 محور با برند Mah Deckel ساخت کشور آلمان
• دستگاه CNC 5 محور با برند Maho Deckel ساخت کشور آلمان
• دستگاه cnc  فرز تراش milltern   5 محور با قابلیت ماشینکاری مقاطع تا قطر 1000 میلیمتر و طول 1000 میلیمتر با برند Moriseiki  ساخت کشور ژاپن
• دستگاه cnc  تراش  با قابلیت ماشینکاری مقاطع تا قطر 250 میلیمتر و طول 500 میلیمتر با برند Spiner  
• دستگاه cnc  فرز تراش9  محور با قابلیت ماشینکاری مقاطع تا قطر 550 میلیمتر و طول 1000 میلیمتر با برند Index G300  ساخت کشور آلمان
• دستگاه cnc  فرز 4 محور با قابلیت ماشینکاری به طول 2000 میلیمتر و عرض 600 میلیمتر با برند Hitachi  ساخت کشور ژاپن
• دستگاه cnc  تراش با قابلیت ماشینکاری مقاطع تا قطر کارگیر 620 میلیمتر و طول 2000 میلیمتر با برند Ajax  ساخت کشور انگلستان
• دستگاه واتر جت با عرض کارگیر 3000 میلیمتر و طول کارگیر 6000 میلیمتر ساخت کشور اتریش
•  

3- دستگاه های  CNC برش پلاسما

در برش پلاسما، موارد مورد نظر با مشعل پلاسما بریده می شوند. این پروسه معمولا روی موادی از جنس فلز انجام می شود اما روی مواد دیگر نیز انجام پذیر است. پلاسما به منظور ایجاد سرعت و حرارت مورد نیاز برای برش فلز از ترکیبی از گاز های فشرده و محورهای الکترونیکی انجام می شود. همانند تمامی دستگاه های CNC این دستگاه ها نیز با استفاده از یک برنامه مادر عمل کرده و بدون برنامه این دستگاه ها کارایی ندارند.

4- دستگاه برش واترجت CNC

واترجت های CNC  ابزارهایی هستند که برش های دقیقی را روی مواد مقاوم نظیر فلز و گرانیت ایجاد می کنند. در این دستگاه از انرژی آب با فشار بسیار بالا استفاده می شود. در برخی از موارد، آب با شن یا دیگر مواد مستحکم ترکیب می شود. قطعات ماشین های کارخانه ها غالبا با استفاده از این دستگاه ها تولید می شوند. دستگاه برش واترجت برای ایجاد برش روی موادی ساخته شد که توانایی مقاومت در برابر حرارت ناشی از دستگاه های CNC نداشتند. واترجت عملکرد بسیار خوبی در زمینه ایجاد برش و تورفتگی در مواد دارد.

5- تخلیه الکتریکی CNC

این ماشین ها که با نام EDM  نیز شناخته می شوند با استفاده از جرقه های الکترونیکی مواد را ذوب می کنند. در دستگاه های EDM  امروزی تخلیه بار الکتریکی میان دو الکترود صورت می گیرد .  به این ترتیب بخش هایی از ماده مورد نظر ذوب می شوند. زمانی که فاصله دو الکترود کم شود شدت تخلیه بار الکتریکی به مراتب بیشتر می شود.

6- برش  CNC چوب

در این حالت دستگاه CNC  از محور های متعددی استفاده می کند و چوب را درست مانند یک دستگاه برش حفر می کند. اما در این حالت دستگاه CNC به صورت انحصاری برای استفاده در قطعات چوبی طراحی و اجرا می شود.

7- برش ، قطعه سازی و حکاکی بر روی سنگ

با استفاده از این نوع دستگاه ها برنامه های خاصی بمنظور برش و شکل دهی سنگ های ترئینی و مینیاتوری مورد استفاده قرار گرفته که پیچیدگی های صنعت سنگ را بخصوص در بازارهای سنگ های تزئینی از بین برده است . برش سنگ های معدنی نیز امروزه با استفاده از CNC  ها انجام می شود که در زمان بری کار تغییرات شگرفی ایجاد نموده است .

مزایای CNC

• سرعت عمل بسیار بالا ، مزیت سرعت عمل CNC برای تولیدکنندگان در این است که می توانند در مدت زمان مشخصی تناژ یا تیراژ تولیدی خود را افزایش داده بدون اینکه میزان خطا و ضایعات آن افزایش دهند.
• کاهش دخالت نیروی انسانی خطا پذیر، هرچه دخالت نیروی انسانی در حین تولید کمتر باشد میزان خطای منتج به حوادث مالی و جانی نیز کاهش می یابد.
• دقت فوق العاده ، به دلیل دقت بسیار بالای این دستگاه ها هزینه های دوباره کاری و قطعات معیوب به شکل چشمگیری کاهش می یابد.
• قابلیت کار بر روی مواد غیر فلزی مانند چوب ، فوم ، فایبرگلاس ، تفلون ، پارچه و انواع پلاستیک .
• عبور از قطعات پیچیده ، بسیاری از ناتوانایی های صنعت در تولید قطعات پیچیده با تلرانس خطای نزدیک به صفر با استفاده از این دستگاه ها برطرف شده است.
• کنترل فوق العاده عملیات، یکی از مهمترین کارایی های CNC کنترل پیوسته عملیات با استفاده از داده های کامپیوتری خروجی از دستگاه می باشد، آماری قابل استناد و بسیار کاربردی. به دلیل کنترل پیوسته و بدون خطای عملیات می توان از خطاهای انسانی منتج به حوادث جانی و مالی نیز پیشگیری کرد .
• صرفه جویی در ابزارالات مصرفی، با استفاده از این دستگاه ها و به دلیل کاهش دخالت نیروی انسانی طبیعتا عمر مفید ابزارآلات مصرفی تولید نیز بالا رفته و از پرتی های ناخواسته بر اثر بی دقتی نیروی انسانی کاسته می شود.