انواع دستگاه های CNC بر اساس درجات آزادی

براساس دستگاه CNC ممکن است ابزار , قطعه کار و یا هر دوی آن ها در یک یا چند محور می چرخند و جابه جا می شوند که مجموع آن ها درجات آزادی را مشخص می کند. این دستگاه ها براساس درجات آزادی  به انواع زیر تقسیم می شوند:

دستگاه CNC دو محوره

در دو حالت دستگاه های CNC را دو محوره می نامند.

حالت اول : اگر این دستگاه ها مانند سایر دستگاه های برش کاری لیزر یا واترجت قطعه کار ثابت باشد و ابزار در دو راستای X و Yجابه جایی خطی داشته باشد.

حالت دوم : اگر این دستگاه ها مانند ماشین برش کاری فوم با سیم داغ ثابت بمانند و قطعه کار در راستای دو محور جابه جایی خطی داشته باشند.

دستگاه CNC دو و نیم محوره

در حالت های زیر دستگاه های CNC را دو و نیم محوره می نامند.

 زمانی که قطعه کار ثابت باشد و ابزار بتواند در دو راستا به صورت هم زمان جا به جا شود و حول یک راستا به صورت غیرهم زمان دوران کند.

اگر قطعه کار ثابت باشد و ابزار بتواند در دو راستا به صورت هم زمان و در یک راستا به صورت غیر هم زمان جا به جا می شود.

 زمانی که قطعه کار در دوراستا حرکت خطی هم زمان داشته باشد و ابزار بتواند به صورت غیرهم زمان دور یک محور بچرخد.

زمانی که قطعه کار در دو راستا حرکت خطی هم زمان داشته باشد و ابزار بتواند به صورت غیرهم زمان دور یک محمور جابه جا شود.

حالت های زیر مانند حالت های بالا است :

ابزار کار ثابت و قطعه در دوراستا به صورت همزمان جابه جا شود و دور یک راستا به صورت غیر هم زمان بچرخد.

ابزار ثابت و قطعه در دوراستا به طور همزمان و در یک راستا به طور غیرهم زمان جابه جا شود.

ابزار کار در دو راستا حرکت خطی داشته باشد و قطعه به طور غیرهم زمان دور یک محور بچرخد.

ابزار کار در دو راستا حرکت خطی به طور هم زمان داشته باشد و قطعه به طور غیر هم زمان دور یک محور جابه جا شود.

دستگاه CNC سه محوره

در حالت های زیر دستگاه CNC از نوع سه محوره هستند.

قطعه کار ثابت باشد و ابزار در سه راستا حرکت خطی به طور هم زمان داشته باشد و یا در دو راستا حرکت خطی و در یک راستا حرکت دورانی به طور هم زمان داشته باشد.

قطعه در یک راستا حرکت دورانی به طور هم زمان و ابزار در دو راستا حرکت خطی داشته باشد.

قطعه در دو راستا حرکت خطی به طور هم زمان و ابزار در یک راستا حرکت خطی داشته باشد.

قطعه در دو راستا حرکت خطی هم زمان و ابزار دور یک راستا حرکت دورانی داشته باشد.

ابزار ثابت باشد و قطعه در سه راستا حرکت خطی هم زمان داشته باشد و یا قطعه در دو راستا حرکت خطی و یک راستا حرکت دورانی داشته باشد.

دستگاه CNC چهار محوره

همان فرآیندهای به کار رفته در حالت های بالا در این بخش هم وجود دارد اما به دلیل طولانی بودن آن ها از ذکر آن ها اجتناب می کنیم. به طور کلی در این نوع دستگاه ها درجات آزادی قطعه و ابزار چهار است که اگر امکان حرکت هم زمان آن ها وجود داشته باشد چهار محور واقعی نامیده می شود. برای دستگاه های چهار محوره ترکیب های مختلفی استفاده می شوند که شامل سه راستای حرکت خطی و محور دورانی برای قطعه کار و یا ابزار , یک محور دورانی برای قطعه کار و سه حرکت خطی برای ابزار و غیره می باشند.

دستگاه CNC پنج محوره

زمانی که دستگاه ثابت باشد سه درجه آزادی برای جرکت خطی و دو محور دورانی دارد که به طور کلی پنج درجه آزادی را ایجاد می کند. زمانی که تمام محورها بتوانند به صورت هم زمان حرکت کنند به آن دستگاه پنج محوره واقعی یا True 5 Axis می گویند. در این نوع دستگاه سه محور اصلی و دو محور دورانی وجود دارد. احتمال دارد که یک یا دو محور فقط برای موقعیت دهی استفاده شوند و امکان جابه جایی هم زمان همه ی محورها نباشد و یا همه ی پنج محور بتوانند جابه جا و یا دوران کنند که به آن پنج محوره واقعی می گویند.

دستگاه CNC شش محوره و بیش تر

در این دستگاه ها اگر قطعه کار ثابت باشد دستگاه می تواند در راستای تمامی جهات اصلی حرکت خطی داشته باشند و دورآن ها دوران کنند. حالت های بسیار زیادی از درجات آزادی قطعه و دستگاه وجود دارد که به طور کلی شش محور حرکتی و یا دورانی شامل می شوند.  زمانی درجات آزادی در قطعه کار و دستگاه در تمامی جهات آزاد باشد به آن دستگاه و یا ماشین 12 محوره می گویند که حالت های بسیار زیادی را شامل می شوند.

دستگاه CNC چیست؟

برنامه ریزی برای خودکار کردن ماشین آلات را کنترل عددی می گویند. اگر این کار توسط کامپیوتر انجام شود به آن کنترل عددی کامپیوتری (Computer Numerical Control) و یا به طور مخفف CNC می گویند. تجهیزات CNC همان تجهیزات معمولی هستند که توسط کامپیوتر بهینه سازی شده اند.

در دهه چهارم میلادی برای اتوماسیون دستگاه های ماشین کاری پروژه ای با اهداف زیر شروع شد:

• ساختن یک قطعه در کارگاه های مختلف به صورت یکسان
• ساختن قطعات بدون حضور فیزیکی اشخاص
• کاهش میزان خطای انسانی و حذف آن
• امکان پذیر کردن ماشین کاری لبه های منحنی و غیرمنظم بدون استفاده از شابلون ها

با تلاش محققان در طول دو سال برای تحقق این اهداف ماشین های CNC یا کنترل عددی به وجود آمدند. روش کار این ماشین ها به این صورت است که هر عدد به معنی یک دستور خاص است . به عنوان مثال ماشین با عدد یک روشن شود و یا با عدد دو ابزار در راستای مثبت حرکت کند.

زمانی که این ماشین های CNC ابداع شدند خبری از سیستم عامل ویندوز نبود و برای این که کدهای عددی را بتوان به دستگاه فهماند از نوارهای بلند پانچ شده به طوری که تعداد و چیدمان سوراخ های هر ردیف به معنای عددی خاص برای دستگاه است. به عبارتی در آن زمان مهندسان به جای کامپیوتر جلوی دستگاه پانچ می نشستند و کدهای خود را به صورت سوراخ روی نوار ایجاد می کردند.

با گذشت زمان و پیشرفت کامپیوترها و سرووموتورها دیگر نیازی به نوارهای پانچ شده نبود. سرووموتورها با سیگنال خاموش و روشن می شوند و سرعت چرخش خود را تنظیم می کنند تا میان کامپیوتر و موتورها ارتباط برقرار شود. در این دستگاه های CNC جدید یک مغز متفکر یا کامپیوتر وجود داشت که اپراتور به طور مستقیم کدها را در آن وارد می کند.

این دستگاه های CNC نیز با پیشرفت نرم افزارهای CAM از رونق افتادند با استفاده از این نرم افزارها دیگر نیازی به وارد کردن دستی کدها نیست.  در تکنولوژی امروزی اپراتور فقط کافی است تا شکل قطعه اولیه و نهایی , پارامترها و مسیر حرکت ابزار را تعریف کند تا دستگاه خود کدها را تهیه کند و بعد با یک کابل کامپیوتر خود کدها را  بدون این نیاز به تایپ مجدد باشد به کامپیوتر دستگاه منتقل کند.

استفاده و انتخاب تجهیزات CNC نیاز به شناخت معایب و مزایای این دستگاه دارد .

از مزایای دستگاه های CNC می توان به موارد زیر اشاره کرد :

- تولید پیوسته قطعات بدون نیاز به حضور پیوسته اپراتور ندارد.

- دقت بالاتری در ساخت قطعات دارد و امکان ساخت قطعات پیچیده را دارد.

- ساختن قطعات یکسان در کارگاه های مختلف به دلیل تکرار پذیری بالا

- شبیه سازی فرآیند ساخت به شکل نرم افزاری برای تخمین زمان و هزینه

علاوه بر مزایایی که برای این تجهیزات نام بردیم این دستگاه ها معایبی نیز دارند که به آن ها اشاره می کنیم:

- تعمیرات و نگهداری آن ها نسبت به نمونه های سنتی بیشتر است.

- نسبت به نمونه های سنتی بسیار گران تر هستند.

- انرژی مصرفی آن ها نیز نسبت به نمونه های سنتی بیش تر است.

-در برخی موارد در برخی کارها نیازی به ابزار آلات CNC نیست و با تجهیزات سنتی هم می توان کار را با کیفیت انجام داد. بنابراین در این شرایط استفاده از تجهیزات سنتی خیلی مقرون به صرفه تر است .ما در این جا شرایطی که نیاز به استفاده از تجهیزات CNC است را بررسی می کنیم:

- زمانی که دقت محصولات بالا و تیراژ کم باشد: برخی از قطعات دقت بالایی دارند که نمی توان آن ها را با دستگاه های سنتی ساخت در این موارد از دستگاه های CNC استفاده می کنند. البته استفاده از این دستگاه ها در حد نمونه سازی توجیه پذیر است و اگر بخواهیم این قطعات را با تیراژ بالاتر تولید کنیم باید از فرآیندهای ورق کاری و آهنگری استفاده کنیم تا علاوه بر بالا بودن کیفیت قطعات قیمت تمام شده نیز پایین تر باشد.

- زمانی که شکل قطعات پیچیده باشد: برخی از قطعات دارای شکل های پیچیده هستند به طوری که شکل لبه ها و یا سطوح منحنی در آن ها را نمی توان در قالب نقشه های دو بعدی اندازه گذاری کرد که در این حالت کنترل ابزار برای ماشین کاری این قطعات غیرممکن است. در تجهیزات CNC نرم افزارهای CAM این قسمت ها را شناسایی کرده و به آسانی ابزار را در جهت ساخت این لبه ها هدایت می کند.

با توجه به شرایطی که بررسی کردیم استفاده از تجهیزات CNC در کارگاه های قالب سازی, فیکسچرسازی, مدل سازی, مهندسی معکوس و غیره کاملا ضروری است. البته علاوه بر محل هایی که ذکر کردیم در آزمایشگاه های پژوهشی نیز اگر زمان کمی دارید و تعداد اپراتور برای کار با دستگاه های سنتی کم است می توانید از این تجهیزات بهره ببرید و سرعت نمونه سازی خود را افزایش دهید.

شیوه ی ارتباط دستگاه CNC با کامپیوتر

جی کد از پرکاربردترین زبان های دستگاه سی ان سی است که از سال 1950 در دانشگاه MIT استفاده شده و در سال های بعد با نام RS274D کامل تر و ارایه شده است. نرم افزارهای CAM تحت کنترل اپراتور برنامه ساخت را به زبان جی کد ترجمه می کند و به کامپیوتر دستگاه CNC منتقل می کند. بنابراین برای ساخت قطعات لازم است که یک فایل دوبعدی و یا سه بعدی با نرم افزارهای CAD ساخته شده و به نرم افزار CAM برای تهیه دستورالعمل تولید انتقال داده شود.

اکثر دستگاه های CNC از زبان جی کد پشتیبانی می کنند اما برخی از آن ها ممکن است از این زبان پشتیبانی نکنند که برای حل این مشکل  و ایجاد ارتباط مناسب بین دستگاه های CNC و نرم افزارهای CAM از نرم افزاری به نام Postprocessor که خود بخشی از نرم افزارهای CAM استفاده می شود . با استفاده از این نرم افزار با انتخاب نام و مدل دستگاه کدنویسی متناسب آن انجام می گیرد.