دانلود مقاله ماشينهاي كنترل عددي(CNC) با فرمت ورد و در 72 صفحه قابل ویرایش

قسمتی ازمتن مقاله

 

کلمهCNC به چه معناست ؟

CNC مخفف حروف اول کلمات (Computer Numerical Control ) به معنای کنترل عددی کامپیوتر می باشد که 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 .

دستگاههاي CNC بوسيله كامپيوتر هدايت مي شوندوازلحاظ ظاهر شبيه همان دستگاههاي تراش وفرز هستند بااين تفاوت كه تمام امكانات ازقبيل مته هاي مختلف ، تيغه هاي متنوع و... درپيكره دستگاه گنجانده شده وهيچ گونه كاري بادست انجام نمي شود ومستقيما بافرمان كامپيوترعمل ميكند .كامپيوتر خط به خط برنامه را به وسيله سيگنال هاي بسيار سريع و زياد به دستگاه منتقل مي كند و دستگاه با صرف كمترين وقت عمليات تراش را روي قطعه انجام مي دهد وپس از تحويل ، چشمان را خيره به دقت، كيفيت و صرف هزينه كم مي كند

در مقایسه با ماشین ابزار معمولی , (Computer NumericalControl) CNC جانشین كارهای دستی اپراتور می شود. در ماشینكاری معمولی با هدایت ابزار برنده در طول قطعه كار توسط یك چرخ دستی، قطعه کار براده برداری می شود كه این چرخ دستی توسط اپراتور كنترل می گردد. به عبارت دیگر برش محدوده جسم توسط یك اپراتور ماهر بوسیله كنترل چشمی انجام می گیرد.ولی در ماشین CNC كلیه عملیات لازم در یك برنامه گنجانده می شود كه بتواند با حداقل نیاز به ورودهای بعدی نتیجه لازم را بگیرد .

در این سیستم كلیه دستورهای كنترل كننده , مانند اطلاعات مسیر و وظایف سوییچ ها در قالب كدهای عددی ریخته می شوند. كامپیوتر این كدها را شناسایی و پردازش کرده و سپس آنها را به ماشین ارسال می نماید . كامپیوتر می تواند در عرض چند ثانیه مجموعه ای از دستورها را به فرمانهای قابل فهم ماشین تبدیل نماید. در سیکل های زمانی بسیار کوتاه ، سیستم کنترل از نتایج عملکرد گزارش می گیرد (فید بک) و پس از مقایسه با مقادیر تنظیمی ، اصلاخات لازم را انجام می دهد.اطلاعات فوق الذكر را می توان در حافظه ماشین یا روی حافظه خارجی (دیسكتها) حفظ نمود.

كنترل عددي توسط كامپيوتر (cnc) شامل مراحل ساختي مي شود كه در آن ماشين براده برداري فرمانهاي لازم براي انجام كارهاي مختلف بر روي يك قطعه كار را توسط برنامه كامپيوتري نوشته شده توسط شخص عملگر (اپراتور) از كامپيوتر دريافت مي كند و به آن فرامين عمل مي نمايد.

كنترل كننده موجود در اين سيستم ها در حقيقت سه وظيفه اصلي زير را بر عهده دارد:

1) كنترل جهت دوران ابزار براده برداري يا قطعه كار

2) كنترل سرعت دوران ابزار براده برداري يا قطعه كار

3) كنترل مدت زمان دوران ابزار براده برداري يا قطعه كار

لازم به ذكر است كه در بعضي از ماشين هاي CNC قطعه كار ثابت بوده و ابزار براده برداري دوران مي نمايدبه اين ماشين ها فرز و عمليات انجام گرفته را MILING مي گويند و در بعضي ديگر از ماشينهاي براده برداري ابزار براده برداري ثابت بوده و قطعه كار دوران مي نمايد، به اين ماشين ها تراش و عمليات انجام گرفته را TURNING مي گويند

1-1- مقدمه

سيستم هاي توليد پيشرفته و رباتهاي صنعتي سيستم هاي اتوماتيك پيشرفته اي هستند كه از كامپيوترها به عنوان واحد كنترل استفاده مي كنند. كامپيوترها امروزه اصلي ترين قسمت اتوماسيون مي باشند كه سيستم هاي مختلف توليد مانند ماشينهاي ابزار پيشرفته، ماشين هاي جوشكاري دستگاههاي برش ليزري و غيره را كنترل مي كنند.

پس از اينكه مكانيزم توليد اتوماتيك و توليد انبوه در اواخر قرن 18 توسعه يافت اولين ماشينهاي ابزار اتوماتيك مانند ماشينهاي كپي تراش بوجود آمدند. نخستين ماشين ابزار كنترل عددي بوسيله شركت پارسونز و MIT در سال 1952 ساخته شد. اولين نسل ماشين هاي كنترل عددي از مدارهاي الكترونيكي ديجيتال استفاده مي كردند و در حقيقت در آنها هيچ واحد پردازش مركزي وجود نداشت. در دهه 1970 با بكارگيري ميني كامپيوترها به عنوان واحد كنترل ماشين هاي ابزار با كنترل عددي به كمك كامپيوتر (CNC) گسترش يافتند.

اين ماشينها تواناي ماشينكاري انواع شكلهاي پيچيده در صنعت قالب سازي و هوافضا را به خوبي دارا بودند. از اواسط دهه 80 با توسعه صنعت ساخت ابزارهايي با سختي بالا ماشينكاري با سرعتهاي بالا (HSM[1]) به منظور افزايش نرخ توليد رواج يافت. بكارگيري اين قابليت در CNC نياز به داشتن اطلاعات ويژه اي درباره نرخ براده برداري بهينه ، پيش بيني وقوع ارتعاشات خود برانگيخته ، طراحي سازه اي و نحوه كنترل محورها را بيش از پيش ضروري ساخت. امروزه علاوه بر اين موارد انتخاب صحيح نرخ پيشروي و شتاب گيري محورها در ماشينكاري با سرعت بالا حايز اهميت مي باشد بطوري كه سعي مي شود به نحوي مقادير بهينه آنها در ماشينكاري بكار گرفته شود.

هم اكنون با پيشرفت در صنعت الكترونيك و كامپيوتر ماشينهاي CNC با بكارگيري چندين ميكروپرسسور و كنترل كننده منطقي بطور موازي قابليتهاي بسياري را دارا مي باشند بطوري كه اين ماشينها قابليت كنترل موقعيت و سرعت چندين محور و قابليت برنامه ريزي بصورت Real-Time و نمايش گرافيكي مراحل مختلف كار و پروسه برش و نمايش تغيير اندازه قطعه در حل ماشينكاري را دارا مي باشند.

در اين فصل ضمن بيان مباني كنترل عددي و معرفي اجزاي CNC و ساختار برنامه اي آن به طبقه بندي سيستم هاي NC و معرفي HSM نيز پرداخته مي شود.

مزایا و كاربردهای CNC

I. مزایا:

1- توانائی ماشینکاری قطعات پیچیده (انعطاف پذیری )

2- دقت بالا

3- تکرارپذیری

4- عدم نیاز به ماشینكار با تجربه

5- خطر كمتر برای اپراتور

6- سرعت بالا در ماشینكاری و به تبع آن كاهش زمان تولید

7- كاهش ضایعات

8- كاهش امكان خطای انسانی

9- كاهش هزینه ساخت قید وبست

10- كاهش زمان تنظیم اولیه ماشین

11- كاهش زمان اندازه گیری و كنترل

12- افزایش قابل توجه راندمان تولید

1. معایب:

1-قیمت نسبتا زیاد

2-تعمیر و نگهداری پیچیده تر و پرهزینه تر

3-هزینه پرسنلی بیشتر

III. موارد كاربرد ماشین CNC

1- تولید قطعات متنوع در تیراژ نسبتا زیاد

2- -ساخت قطعات پیچیده هر چند تیراژ كمی داشته باشند(قالبها)

3- اگر تعداد قطعات بیش از 100000 در سال باشد (قطعات خودرو)،استفاده از ماشینهای مخصوص (Special Purpose Machines) صحیح تر است.

2-1- مباني كنترل عددي NC:

كنترل يك ماشين ابزار بوسيله يك برنامه تهيه شده را كنترل عددي (NC) مي نامند. يك سيستم كنترل عددي توسط (Electronic Industrial Association) EIA بصورت زير تعريف مي گردد :

سيستم كنترل عددي سيستمي است كه حركات در آن بوسيله وارد كردن اطلاعات بصورت عددي در هر نقطه صورت مي گيرد و اين سيستم مي بايد اين اطلاعات را به عنوان فرمان به صورت اتوماتيك اجرا كند.

در يك سيستم NC اطلاعات عددي مورد نياز براي توليد يك قطعه بصورت برنامه قطعه به ماشين داده مي شود كه اين برنامه در گذشته بوسيله نوار پانچ به ماشين وارد مي شد. برنامه يك قطعه به صورت بلوكهايي از اطلاعات مرتب مي شود كه هر بلوك حاوي اطلاعات عددي مربوط به توليد يك قسمت از قطعه كار مانند: طول قطعه، سرعت برش، نرخ پيشروي و ... مي باشد. اطلاعات ابعادي (طول، عرض، شعاع دواير) و نوع درونيابي (خطي، دايره اي، در راستاي منحني) با توجه به طراحي قطعه مشخص مي گردند. همچنين سرعت برش، نرخ پيشروي و توابع كمكي مانند خاموش و روشن كردن مايع خنك كننده جهت چرخش اسپيندل و ... با توجه به پرداخت نهايي سطح و تلرانسهاي مورد نياز در برنامه قطعه كار وارد مي گردند.

در مقايسه با ماشينهاي ابزار سنتي، سيستم NC جايگزين عملياتي مي شود كه اپراتور بصورت دستي انجام مي دهد. در ماشينكاري سنتي يك قطعه با حركت ابزار در طول قطعه كار بوسيله چرخاندن دستگيره متصل به پيچهاي راهنما توسط اپراتور توليد مي شود. بنابراين نياز به اپراتوري با تجربه و زبردست مي باشد كه بتواند قطعه مورد نظر را ماشينكاري كند. اما در ماشين هاي NC نيازي به اپراتور با مهارت نيست در حقيقت اپراتور فقط مي بايد مراقب درست انجام شدن روند ماشينكاري با توجه به دستورات منتقل شده به ماشين باشد.

كليه ابعادي كه در برنامه وارد مي گردند بر اساس واحد طول-مبني (Basic Length Unit) BLU مقياس بندي شده و به محورها ارسال مي گردند. واحد طول – مبني (BLU) به عنوان اندازه نمو نيز شناخته مي شود كه در عمل مربوط به دقت سيستم NC مي شود و در حقيقت كوچكترين اندازه نموي مي باشد كه هر يك از محورهاي مي توانند حركت كنند. در سيستم NC براي صدور فرمان حركت هريك از محورها ابتدا طول حقيقي بر واحد-طول مبني تقسيم مي گردد. بعنوان مثال در يك سيستم NC كه در آن BLU=0.0001 است براي حركت 0.7 mm محور x در جهت مثبت دستور حركت x+700 صادر مي شود.

در ماشينهاي NC هريك از محورهاي حركت مجهز به يك وسيله محرك جداگانه مي باشند. اين وسيله محرك مي تواند يك dc موتور، يك عمل كننده هيدروليكي و يا يك موتور پله اي باشد كه بر اساس قدرت مورد نياز دستگاه انتخاب مي شوند.

1-2-1- اجزاء CNC :

يك ماشين ابزار CNC از سه قسمت اصلي تشكيل شده است: واحد مكانيكي ماشين ابزار، واحد توليد قدرت (شامل موتورها و تقويت كننده ها) و واحد CNC .

واحد مكانيكي ماشين شامل بستر، ستونها، اسپيندل و سيستم محرك پيشروي مي باشد. همچنين موتورهاي محرك، تقويت كننده ها، منبع تغذيه ولتاژ بالا، سويچ هاي حدي از اجزاي واحد الكترونيكي دستگاه مي باشند. قسمت CNC دستگاه كه بعنوان مركز محاسبه و صدور فرمان حركت محورها مطرح مي گردد شامل حس گرهاي موقعيت و سرعت و واحد كنترل دستگاه MCU[2] مي باشد.واحد MCU از دو قسمت اصلي به نامهاي واحد پردازش اطلاعات DPU[3] و واحد حلقه هاي كنترل CLU[4] تشكيل شده است وظيفه DPU رمزگشايي اطلاعات رسيده از برنامه قطعه كار و انتقال آن به CLU مي باشد اين اطلاعات شامل موقعيت ها و سرعت هاي مورد نياز هر يك از محورها و همچنين سيگنالهاي كنترل توابع كمكي مي باشد از طرف ديگر CLU نيز به محض اتمام عمليات لازم براي ماشينكاري يك قسمت، اطلاعات لازم براي ماشينكاري قسمت بعدي را با فرستادن يك سيگنال درخواست مي كند. همچنين CLU موتورهاي هر يك از محورهاي ماشين داراي يك موتور محرك و يك وسيله پس خور مجزا مي باشند در سيستم هاي NC كل واحد MCU بصورت مدارهاي سخت افزاري مي باشند در حاليكه در CNC وظيفه قسمت DPU را نرم افزار انجام مي دهد اما CLU همانند سيستم هاي NC از قطعات سخت افزاري تشكيل شده است.

1-1-2-1- تفاوت سیستمهای NC و CNC

رشد فرآیند خودكار شدن تولید نیاز به ماشین هایی كه با كامپیوتر كنترل می شوند را افزایش داد و منجر به توسعه ماشین های NC تحت عنوان CNC گردید.

سیستمهای NC از سخت افزار الكترونیكی بر پایه تكنولوژی مدارهای دیجیتالی استفاده می کردند. CNC یك مینی كامپیوتر یا میكرو كامپیوتر را برای كنترل ماشین ابزار بكار می گیرد و تا حد امكان مدارهای سخت افزار اضافی را در

واحد كنترل حذف می كند. گرایش از NC بر پایه سخت افزار به CNC مبتنی بر نرم افزار انعطاف پذیری سیستم را افزایش داد و امكان تصحیح برنامه ها را در حین استفاده فراهم ساخت.

1 نوشتن یك برنامه

یعنی نوشتن مجموعه ای از دستورات قابل اجرا برای كامپیوتر است بطوریكه برنامه های كامپیوتر باید با زبانهای برنامه نویسی شوند .

تعریف برنامه نویس NC & CNC

برنامه نویس (Part Programmer) باید برای نوشتن برنامه های ماشینکاری قطعات دارای اطلاعات و تجربیاتی در زمینه مكانیك , ابزاربرشی و قید و بستها باشد . استفاده از اطلاعاتی نظیر قابلیت ماشینكاری (Machinability) و فرآیند تولید نیز از اهمیت قابل ملاحظه ای برخوردار می باشد . به منظور تهیه برنامه های پیچیده تر تسلط بر مسائل جبر و مثلثات كارساز خواهد بود

برنامه نویس كسی است كه علاوه بر مهارت ماشین افزار درجه 1 بتواند از عهده كارها زیر بر آید :

1- راه اندازی ماشین افزار معمولی CNC

2- برنامه نویسی و انجامعملیات ساخت قطعات مورد نظر در ماشینهای CNC

3- اطلاعات تكنولوژی قطعات

4-بررسی اجزا كامپیوتر و ساختار نرم افزار آن

5- اطلاعات ریاضی در حد مورد نیاز

6- اطلاعات رسم فنی

تعریف برنامه NC & CNC

دستورات و اطلاعات مورد نیاز در قالب حروف و ارقام برای تولید یك قطعه كار را یك برنامه NC& CNC گفته می شود . کنترلر های مختلفی برای دستگاه های CNC موجود میباشد مانند فانوک – هایدن هاین، زیمنس – C39 - 2P22 –C15 – فاگورو میتسوبیشی و...

زیمنس و هایدن هاین از مارک هایی می باشند که در ایران فراوان استفاده می شوند اما تفاوت های اینها به چگونه است

منطق دریافت اطلاعات بصورت کد هائی 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 تماید به عنوان مثال G20 در زیمنس منظور انتخاب سیستم اندازه گیری متریک می باشد ولی این در هایدن هاین کد G70 این کار را امجام میدهد پس همانطور که گفته شد آموزش کدها باید با توجه به نوع کنترلر صورت گیرد .

اصول اولیه از بدنه دستگاه و فرمت آنها

اصول اولیه ای از کدها : به عنوان مثال کدها چگونه عمل می نمایند. ساده ترین مثال باز هم کد G01 می باشد

مثلا در خط فرمان دستگاه تراش تایپ می شود

G01 X20 Z-30 F10 S100 M7

دستگاه ابزار را به این نقطه ،با سرعت 10 با هر واخد از پیش تعیین شده با سرعت اسپیندل هزار و...می برد

آشنائی اولیه با منطق ها مثلا باید انتخاب شود که سیستم اندازه گیری مطلق باشد یا نسبی و یا حتی قطبی متریک باشد یا نه کدهای جانبی برای مشخص کردن سرعت و غیره

چگونه زیر گروه کاری انتخاب می شود مثلا برنامه ای نوشته شود که دستگاه باید به نقاط مختلف برود و بعد از انجام عملیات در ان محل یک عمل با یک گروه عمل خاص را تکرار کند مثلا برای این کار یک زیر برنامه نوشته میشود که باید هربار دستگاه در ان موقعیت آنها را انجام دهد

معرفی M کدها که کارهای جانبی مانند روشن کردن پمپ ماده خنک کننده و .

حل چند مثال از قطعات مختلف در تراش و فرزو حتی الامکان در یک دستگاه دیگر نظیر سنگ یا پرس،مثال ها باید به گونه ای باشد که کاربر به سادگی درکی از نحوه انجام کار بدست بیاورد.

توضیح مختصری در مورد کدهای CNC

كدهاي CNC بر دو نوع G (عمومي) و M (عملگرهاي ماشين) مي‌باشند. در هر سطر از برنامه يك G‌كد و يك M كد قابل استفاده است.

G كدها، كد فرمان بوده و كار آن‌ها بستگي به نوع سيستم دارد و در سيستم‌هاي مختلف متفاوت است. هر G كد بسته به طراح سيستم به عنوان فرمان خاصي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. ولي بعضي G كدها براي كار ( فرمان) خاصي استاندارد شده‌اند؛ به عنوان مثال G01 براي حركت تغذيه و G00 براي حركت سريع استاندارد شده‌اند.

لازم به ذكر است كه سازندگان بعضي از سيستم‌ها امكان تغيير و تعريف كدهاي جديد را تعبيه كرده‌اند و برنامه‌نويس مي‌تواند كدهاي فرمان پيش‌فرض را تغيير دهد و يا كدهاي جديدي را تعريف نمايد.

Mكدها مربوط به ماشين بوده و در ماشينهاي همنوع مشتركند. بعضي از M كدها نيز براي كارهاي خاصي استاندارد شده‌اند؛ به عنوان مثال كد M03 حركت ساعت گرد و M04 حركت پادساعت گرد محور را موجب مي‌شود و M05 جريان را از خروجي M03وM04 در سيستم قطع كرده و باعث توقف دوران محور مي‌شود.

M كدها از نظر نوع كاركرد و تقدم اجرايي به چند دسته تقسيم مي‌شوند:

از نظر نوع كاركرد در دو دسته كدهاي ميكرو و كدهاي ماكرو قرار مي‌گيرند؛

كدهاي ميكرو: كدهايي هستند كه هر كدام فقط يك كار انجام مي‌دهند مثل M03 كه فقط موجب دوران ساعت گرد محور مي‌شود.

كدهاي ماكرو: كدهايي هستند كه حاوي چند M كد بوده و با اجراي آن مجموعه‌اي از عمليات انجام مي‌شود. به عنوان مثال كد M06 در ماشين‌ هاي سنتر و فرز مجموعه‌ كارهاي مربوط به تعويض ابزار را انجام مي‌دهد. اين كد در ماشين Dekel FP5 به حالت مجموعه‌اي از M‌ كدهاي زير عمل مي‌كند:

۱) توقف محور(M05)

۲) اورينت محور(M19)

۳) قرار دادن ماشين در موقعيت تعويض ابزار(M21)

۴) قفل كردن ابزارهاي روي محور و انباره در بازو(M22)

۵) باز كردن ابزار از محور (M24)

۶) باز كردن ابزار از انباره (M26)

۷) بيرون آمدن بازو (M28)

۸) چرخش بازو (M31 ,32) (به حالت فليپ فلاپ عمل مي‌كنند.)

۹) بازگشت بازو (M29)

۱۰) قفل كردن ابزار در انباره (M27)

۱۱) قفل كردن ابزار در محور (M25)