اجزا اصلی دستگاه CNC

دستگاه‌های CNC (Computer Numerical Control) به دلیل تنوع کاربردها و مزایایی که دارند، در صنایع مختلف به ابزاری ضروری تبدیل شده‌اند. این ماشین‌های همه کاره از کنار هم قرار گرفتن تعداد زیادی قطعه کوچک و بزرگ تشکیل شده‌اند. کیفیت و ویژگی‌های هر کدام از این قطعات در میزان دقت و عملکرد دستگاه تاثیرگذار است.

به طور کلی، تجهیزات دستگاه CNC در سه دسته زیر قرار می‌گیرند:

• بخش مکانیک: شامل شاسی، موتورها، مکانیزم حرکتی، اسپیندل، ریل و واگن و سیستم روغن کاری
• واحد کنترل: شامل برد کنترلر، منبع تغذیه، سنسورها و …
• برق قدرت: شامل موتورها، اینورتر و …

1.    بخش مکانیک دستگاه CNC

• شاسی:

شاسی یا بدنه دستگاه یکی از مهم‌ترین قطعات دستگاه CNC آن است. وظیفه شاسی، تحمل وزن سایر قطعات و حفظ استحکام و پایداری دستگاه است. جنس شاسی می‌تواند از چدن یا فولاد باشد. شاسی‌های چدنی به دلیل ساختار خاصشان، توانایی بیشتری در جذب ارتعاشات دارند، اما سنگین‌تر و گران‌تر از شاسی‌های فولادی هستند.

• موتورها:

دو نوع موتور در دستگاه‌های CNC استفاده می‌شود:

1. استپ موتور: این موتورها حرکت دورانی را به گام‌های کوچک و دقیق تبدیل می‌کنند. استپ موتورها به سیستم فیدبک نیاز ندارند، اما دقت آنها به اندازه سروو موتورها بالا نیست.
2. سروو موتور: این موتورها از سیستم فیدبک برای کنترل دقیق حرکت استفاده می‌کنند. سروو موتورها دقت و سرعت بالاتری نسبت به استپ موتورها دارند، اما قیمت آنها نیز بیشتر است.

• اسپیندل:

اسپیندل موتور الکتریکی است که وظیفه ایجاد حرکت چرخشی با دور بالا را بر عهده دارد. اسپیندل‌ها در دو نوع کلی هوا خنک و آب خنک تولید می‌شوند. اسپیندل‌های آب خنک کارایی بهتری دارند، اما نیاز به نگهداری بیشتری دارند.

• ریل و واگن:

ریل و واگن برای ایجاد حرکت خطی رفت و برگشتی در دستگاه CNC استفاده می‌شود. ریل‌ها از جنس فولاد یا آلومینیوم هستند و واگن‌ها از جنس پلاستیک یا فلز ساخته می‌شوند.

• سیستم حرکتی:

سیستم حرکتی وظیفه تبدیل حرکت چرخشی موتورها به حرکت خطی را بر عهده دارد. سه نوع سیستم حرکتی رایج در دستگاه‌های CNC عبارتند از:

1. بال اسکرو: بال اسکرو یک پیچ و مهره با دقت بالا است که حرکت چرخشی را به حرکت خطی تبدیل می‌کند. بال اسکروها دقت و طول عمر بالایی دارند، اما قیمت آنها نیز بیشتر است.
2. تسمه تایم: تسمه تایم از جنس لاستیک یا فلز ساخته شده و برای انتقال قدرت از یک پولی به پولی دیگر استفاده می‌شود. تسمه تایم‌ها ارزان‌تر از بال اسکروها هستند، اما دقت و طول عمر آنها پایین‌تر است.
3. دنده شانه‌ای: دنده شانه‌ای از دو چرخ دنده با دندانه‌های مورب تشکیل شده است که برای تبدیل حرکت چرخشی به حرکت خطی استفاده می‌شود. دنده شانه‌ای‌ها دقت و طول عمر بالایی دارند، اما به دلیل اصطکاک زیاد، نیاز به روغن کاری مداوم دارند.

نکاتی در مورد انتخاب قطعات:

• انتخاب جنس استراکچر: پروفیل مهندسی انتخاب مناسب و رایجی است.
• انتخاب ریل و واگن و شفت و محور: با توجه به نیاز و کاربرد دستگاه
• انتخاب سیستم حرکتی: لید اسکرو، بال اسکرو، پولی و تسمه و یا دنده شانه‌ای
• انتخاب اسپیندل موتور و قطعات مربوطه: با توجه به نوع کاربری
• انتخاب موتور الکتریکی: استپ موتور یا سروو موتور
• انتخاب سایر تجهیزات: منبع تغذیه سوئیچینگ، سنسورها، برد کنترلر cnc و …

2.    واحد کنترل دستگاه CNC مغز متفکر ماشین

واحد کنترل دستگاه CNC، به عنوان مغز متفکر این ماشین‌های دقیق و کارآمد، نقشی حیاتی در عملکرد آنها ایفا می‌کند. این واحد وظایف متعددی را بر عهده دارد که از جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• دریافت و پردازش برنامه: واحد کنترل، برنامه‌های نوشته شده در زبان G-Code یا M-Code را دریافت و پردازش می‌کند. این برنامه‌ها حاوی اطلاعات مربوط به حرکات و وظایف مختلف دستگاه هستند.
• کنترل حرکت محورها: واحد کنترل با توجه به برنامه دریافتی، حرکت موتورها و محورهای دستگاه را به طور دقیق کنترل می‌کند.
• کنترل سرعت و دور موتور: سرعت و دور موتور اسپیندل و سایر موتورها توسط واحد کنترل تنظیم می‌شود.
• کنترل ابزار: واحد کنترل وظیفه تعویض ابزار و تنظیمات مربوط به آن را بر عهده دارد.
• مدیریت سیستم خنک کننده: واحد کنترل سیستم خنک کننده دستگاه را برای حفظ دمای مناسب قطعات و موتورها مدیریت می‌کند.
• نمایش اطلاعات: واحد کنترل اطلاعات مربوط به وضعیت دستگاه، مانند موقعیت محورها، سرعت و دور موتور، خطاها و هشدارها را بر روی صفحه نمایش نشان می‌دهد.

اجزای اصلی واحد کنترل:

• برد کنترلر: قلب واحد کنترل، برد کنترلر است که از پردازنده، حافظه، مدارهای الکترونیکی و سایر قطعات تشکیل شده است. وظیفه اصلی برد کنترلر، پردازش برنامه، کنترل حرکت محورها، مدیریت ابزار و سایر وظایف مربوط به عملکرد دستگاه است.
• منبع تغذیه: منبع تغذیه، برق مورد نیاز برد کنترلر و سایر اجزای واحد کنترل را تامین می‌کند.
• سنسورها: سنسورها برای جمع‌آوری اطلاعات مربوط به وضعیت دستگاه، مانند موقعیت محورها، سرعت و دور موتور، ولتاژ و جریان، و دمای قطعات به کار می‌روند.
• صفحه نمایش: صفحه نمایش برای نمایش اطلاعات مربوط به وضعیت دستگاه، مانند موقعیت محورها، سرعت و دور موتور، خطاها و هشدارها به کار می‌رود.
• کیبورد: کیبورد برای ورود اطلاعات و دستورات به دستگاه به کار می‌رود.

انواع سیستم‌های کنترل CNC:

• سیستم‌های کنترل حلقه باز: در این سیستم‌ها، موقعیت و سرعت محورها به طور مستقیم توسط برنامه کنترل می‌شود. سیستم‌های کنترل حلقه باز ساده و ارزان هستند، اما دقت آنها به اندازه سیستم‌های حلقه بسته بالا نیست.
• سیستم‌های کنترل حلقه بسته: در این سیستم‌ها، از سنسورها برای اندازه‌گیری موقعیت و سرعت محورها استفاده می‌شود. این اطلاعات به واحد کنترل بازگردانده می‌شود و در مقایسه با مقادیر مورد نظر در برنامه قرار می‌گیرد. در صورت وجود اختلاف، واحد کنترل برای اصلاح خطا اقدام می‌کند. سیستم‌های کنترل حلقه بسته دقت بالایی دارند، اما پیچیده‌تر و گران‌تر از سیستم‌های حلقه باز هستند.

3.    بخش برق قدرت دستگاه CNC

بخش برق قدرت دستگاه CNC وظیفه تامین و کنترل توان الکتریکی مورد نیاز موتورها، اسپیندل و سایر اجزای الکترومکانیکی دستگاه را بر عهده دارد. این بخش شامل اجزای زیر است:

موتورها:دو نوع موتور در دستگاه‌های CNC استفاده می‌شود:

• موتورهای الکتریکی: وظیفه تامین حرکت چرخشی را بر عهده دارند.
• سرو موتورها: نوعی موتور الکتریکی هستند که با استفاده از سیستم فیدبک، دقت و سرعت بالایی را در حرکت ارائه می‌کنند.

انتخاب نوع موتور به عوامل مختلفی مانند نوع کاربری دستگاه، نیازهای سرعت و دقت، و گشتاور مورد نیاز بستگی دارد.

اینورتر:اینورتر برق AC ورودی را به برق DC با ولتاژ و فرکانس قابل تنظیم تبدیل می‌کند. این امر امکان کنترل دقیق سرعت و گشتاور موتورها را فراهم می‌کند.

تابلو برق:تابلو برق شامل تجهیزات حفاظتی مانند فیوز، کنتاکتور و رله است که از موتورها و سایر اجزای الکتریکی در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه محافظت می‌کنند.

کابل‌ها:کابل‌ها برای انتقال برق از تابلو برق به موتورها و سایر اجزای الکتریکی استفاده می‌شوند. انتخاب نوع و سایز کابل‌ها به عوامل مختلفی مانند جریان عبوری، ولتاژ و طول کابل بستگی دارد.

سیستم خنک کننده:سیستم خنک کننده وظیفه دفع حرارت تولید شده توسط موتورها و سایر اجزای الکتریکی را بر عهده دارد. این امر برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد و افزایش طول عمر تجهیزات ضروری است.

نکات مهم در طراحی و انتخاب بخش برق قدرت:

• انتخاب موتور مناسب: موتور باید با توجه به نوع کاربری دستگاه، نیازهای سرعت و دقت، و گشتاور مورد نیاز انتخاب شود.
• انتخاب اینورتر مناسب: اینورتر باید با توجه به توان موتور و ولتاژ برق ورودی انتخاب شود.
• استفاده از تجهیزات حفاظتی مناسب: برای محافظت از موتورها و سایر اجزای الکتریکی در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه باید از تجهیزات حفاظتی مناسب مانند فیوز، کنتاکتور و رله استفاده شود.
• انتخاب کابل مناسب: کابل‌ها باید با توجه به جریان عبوری، ولتاژ و طول کابل انتخاب شوند.
• استفاده از سیستم خنک کننده مناسب: برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد و افزایش طول عمر تجهیزات باید از سیستم خنک کننده مناسب استفاده شود.

علاوه بر موارد فوق، بخش برق قدرت دستگاه CNC باید به گونه‌ای طراحی و اجرا شود که:

• راندمان بالایی داشته باشد.
• تداخل الکترومغناطیسی (EMI) را به حداقل برساند.
• ایمنی کاربر را تضمین کند.

نحوه عملکرد دستگاه :CNC

برنامه‌ریزی: برنامه ماشینکاری با استفاده از نرم‌افزار CAM نوشته می‌شود و به کامپیوتر CNC منتقل می‌شود.

کنترل: کامپیوتر CNC برنامه را تجزیه و تحلیل می‌کند و سیگنال‌های کنترلی را به کنترلر ارسال می‌کند.

حرکت: کنترلر سیگنال‌های کنترلی را به موتورها ارسال می‌کند و موتورها محورها را به حرکت در می‌آورند.

برش: ابزار با سرعت و دقت تعیین شده در برنامه، قطعه کار را برش می‌دهد.

خنک‌کاری: سیستم خنک کننده حرارت تولید شده توسط اسپیندل و سایر اجزای دستگاه را دفع می‌کند.

منبع : کافه الکترونیک