دستگاه های CNC چیست؟

تاریخچه ماشین های CNC
جان تی پارسونز (1913-2007) از شرکت پارسونز در شهر تراورس، MI، پیشگام کنترل عددی، پیشرو ماشین CNC مدرن در نظر گرفته می شود.جان پارسونز را برای کارهایش پدر انقلاب صنعتی دوم نامیده اند.او نیاز به ساخت پره های پیچیده هلیکوپتر داشت و به سرعت متوجه شد که آینده تولید، اتصال ماشین ها به کامپیوترها است.امروزه تقریباً در هر صنعتی می توان قطعات تولید شده با CNC را یافت.به دلیل ماشین‌های CNC، ما کالاهای ارزان‌تر، دفاع ملی قوی‌تر و استاندارد زندگی بالاتری نسبت به دنیای غیرصنعتی داریم.در این مقاله، منشاء دستگاه CNC، انواع مختلف دستگاه‌های CNC، برنامه‌های دستگاه CNC و روش‌های رایج در فروشگاه‌های ماشین‌های CNC را بررسی می‌کنیم.

ماشین ها با کامپیوتر ملاقات می کنند
در سال 1946، کلمه "کامپیوتر" به معنای ماشین محاسباتی با کارت پانچ بود.اگرچه شرکت پارسونز قبلاً فقط یک پروانه ساخته بود، جان پارسونز هلیکوپتر سیکورسکی را متقاعد کرد که می‌تواند الگوهای بسیار دقیقی برای مونتاژ و ساخت پروانه تولید کند.او در نهایت یک روش کامپیوتری با کارت پانچ برای محاسبه امتیازات روی تیغه روتور هلیکوپتر اختراع کرد.سپس او از اپراتورها خواست که چرخ ها را به آن نقاط در ماشین فرز سینسیناتی بچرخانند.او یک مسابقه برای نام این فرآیند جدید برگزار کرد و 50 دلار به فردی که "کنترل عددی" یا NC را ابداع کرد، داد.

در سال 1958، او حق اختراعی را برای اتصال کامپیوتر به دستگاه ثبت کرد.درخواست ثبت اختراع او سه ماه قبل از MIT که در حال کار بر روی مفهومی بود که شروع کرده بود، رسید.MIT از مفاهیم خود برای ساخت تجهیزات اصلی استفاده کرد و دارنده مجوز آقای پارسونز (Bendix) مجوز فرعی را به IBM، Fujitusu و GE و غیره داد.کانسپت NC به کندی شکل گرفت.به گفته آقای پارسونز، افرادی که این ایده را می فروختند، به جای تولید افراد، افراد کامپیوتر بودند.با این حال، در اوایل دهه 1970، ارتش ایالات متحده استفاده از کامپیوترهای NC را با ساختن و اجاره دادن آنها به تولیدکنندگان متعدد رایج کرد.کنترلر CNC به موازات کامپیوتر تکامل یافت و بهره وری و اتوماسیون بیشتر و بیشتر را به فرآیندهای تولید، به ویژه ماشینکاری سوق داد.

ماشینکاری CNC چیست؟
ماشین‌های CNC تقریباً برای هر صنعتی در سرتاسر جهان قطعات می‌سازند.آنها چیزهایی را از پلاستیک، فلز، آلومینیوم، چوب و بسیاری از مواد سخت دیگر ایجاد می کنند.کلمه CNC مخفف Computer Numerical Control است، اما امروزه همه آن را CNC می نامند.بنابراین، چگونه یک دستگاه CNC را تعریف می کنید؟تمام ماشین های کنترل حرکت خودکار دارای سه جزء اصلی هستند - یک عملکرد فرمان، یک سیستم درایو/حرکت و سیستم بازخورد.ماشینکاری CNC فرآیند استفاده از ماشین ابزار کامپیوتری برای تولید بخشی از مواد جامد به شکلی متفاوت است.

CNC به دستورالعمل‌های دیجیتالی بستگی دارد که معمولاً روی نرم‌افزارهای Computer Aided Manufacturing (CAM) یا طراحی به کمک رایانه (CAD) مانند SolidWorks یا MasterCAM ساخته می‌شوند.نرم افزار G-code را می نویسد که کنترل کننده روی دستگاه CNC می تواند آن را بخواند.برنامه کامپیوتری روی کنترلر، طرح را تفسیر می کند و ابزار برش و/یا قطعه کار را روی چند محور حرکت می دهد تا شکل مورد نظر را از قطعه کار برش دهد.فرآیند برش خودکار بسیار سریعتر و دقیق تر از حرکت دستی ابزارها و قطعات کار است که با اهرم ها و چرخ دنده ها روی تجهیزات قدیمی انجام می شود.دستگاه‌های CNC مدرن ابزارهای متعددی را در خود نگه می‌دارند و انواع مختلفی از برش‌ها را انجام می‌دهند.تعداد سطوح حرکت (محورها) و تعداد و انواع ابزارهایی که ماشین می تواند به طور خودکار در طول فرآیند ماشینکاری به آنها دسترسی داشته باشد، تعیین می کند که یک قطعه کار چقدر می تواند یک CNC بسازد.

چگونه از دستگاه CNC استفاده کنیم؟
ماشین‌کاران CNC باید در برنامه‌نویسی و فلزکاری مهارت کسب کنند تا از قدرت یک دستگاه CNC استفاده کامل کنند.مدارس فنی بازرگانی و برنامه‌های کارآموزی اغلب دانش‌آموزان را با ماشین‌های تراش دستی شروع می‌کنند تا درک کنند که چگونه فلز را برش دهند.ماشین‌کار باید بتواند هر سه بعد را تصور کند.امروزه نرم افزار ساخت قطعات پیچیده را آسان تر از همیشه می کند، زیرا شکل قطعه را می توان به صورت مجازی ترسیم کرد و سپس مسیرهای ابزار را توسط نرم افزار برای ساخت آن قطعات پیشنهاد کرد.

نوع نرم افزاری که معمولاً در فرآیند ماشینکاری CNC استفاده می شود
طراحی به کمک کامپیوتر (CAD)
نرم افزار CAD نقطه شروع برای اکثر پروژه های CNC است.بسته های نرم افزاری مختلف CAD بسیار زیادی وجود دارد، اما همه آنها برای ایجاد طرح ها استفاده می شوند.برنامه های معروف CAD عبارتند از AutoCAD، SolidWorks و Rhino3D.راه‌حل‌های CAD مبتنی بر ابر نیز وجود دارد و برخی از آنها توانایی‌های CAM را ارائه می‌دهند یا بهتر از سایرین با نرم‌افزار CAM ادغام می‌شوند.

تولید به کمک کامپیوتر (CAM)
ماشین های CNC اغلب از برنامه های ایجاد شده توسط نرم افزار CAM استفاده می کنند.CAM به کاربران اجازه می دهد تا قبل از اینکه دستگاه برش واقعی انجام دهد، یک "درخت کار" را برای سازماندهی گردش کار، تنظیم مسیرهای ابزار و اجرای شبیه سازی های برش تنظیم کنند.اغلب برنامه‌های CAM به عنوان افزودنی برای نرم‌افزار CAD کار می‌کنند و کد g تولید می‌کنند که به ابزارهای CNC و قطعات متحرک قطعه کار می‌گوید کجا باید بروند.جادوگران در نرم افزار CAM برنامه ریزی یک دستگاه CNC را آسان تر از همیشه می کنند.نرم افزار محبوب CAM شامل Mastercam، Edgecam، OneCNC، HSMWorks و Solidcam است.طبق گزارش سال 2015، Mastercam و Edgecam تقریبا 50 درصد از سهم بازار CAM رده بالا را به خود اختصاص داده اند.

کنترل عددی توزیع شده چیست؟
کنترل عددی مستقیم که به کنترل عددی توزیع شده (DNC) تبدیل شد.
برای مدیریت برنامه های NC و پارامترهای ماشین از کنترل های عددی مستقیم استفاده شد.این برنامه به برنامه ها اجازه می داد تا از طریق یک شبکه از یک کامپیوتر مرکزی به رایانه های داخلی موسوم به واحدهای کنترل ماشین (MCU) حرکت کنند.در ابتدا "کنترل عددی مستقیم" نامیده می شد، نیاز به نوار کاغذی را دور زد، اما وقتی کامپیوتر از کار افتاد، تمام ماشین های آن از کار افتاد.

کنترل عددی توزیع‌شده از شبکه‌ای از رایانه‌ها برای هماهنگ کردن عملکرد چندین ماشین با تغذیه یک برنامه به CNC استفاده می‌کند.حافظه CNC برنامه را نگه می دارد و اپراتور می تواند برنامه را جمع آوری، ویرایش و برگرداند.

برنامه های مدرن DNC می توانند کارهای زیر را انجام دهند:
● ویرایش – می تواند یک برنامه NC را در حالی که بقیه در حال ویرایش هستند اجرا کند.
● مقایسه – برنامه های NC اصلی و ویرایش شده را در کنار هم مقایسه کنید و ویرایش ها را ببینید.
● راه اندازی مجدد – هنگامی که ابزاری خراب می شود، می توان برنامه را متوقف کرد و از جایی که متوقف شد مجدداً راه اندازی کرد.
● ردیابی کار – اپراتورها می توانند به عنوان مثال کارها را بررسی کنند و تنظیم و زمان اجرا را دنبال کنند.
● نمایش نقشه ها – نمایش عکس ها، نقشه های CAD ابزارها، وسایل و قطعات تکمیلی.
● رابط های صفحه نمایش پیشرفته - ماشینکاری با یک لمس.
● مدیریت پایگاه داده پیشرفته - داده ها را سازماندهی و نگهداری می کند که بتوان آنها را به راحتی بازیابی کرد.

جمع آوری داده های تولیدی (MDC)
نرم افزار MDC ممکن است شامل تمام عملکردهای نرم افزار DNC به علاوه جمع آوری داده های اضافی و تجزیه و تحلیل آن برای اثربخشی کلی تجهیزات (OEE) باشد.اثربخشی کلی تجهیزات به موارد زیر بستگی دارد: کیفیت - تعداد محصولاتی که استانداردهای کیفیت را از همه محصولات تولید شده مطابقت می‌دهند در دسترس بودن - درصد زمان برنامه‌ریزی‌شده که تجهیزات مشخص شده در حال کار یا تولید قطعات هستند. عملکرد - سرعت واقعی در مقایسه با اجرای برنامه‌ریزی شده یا ایده‌آل نرخ تجهیزات

OEE = کیفیت x در دسترس بودن x عملکرد
OEE یک معیار عملکرد کلیدی (KPI) برای بسیاری از ماشین آلات است.

راه حل های نظارت بر ماشین
نرم افزار مانیتورینگ ماشین را می توان در نرم افزارهای DNC یا MDC تعبیه کرد یا به صورت جداگانه خریداری کرد.با راه‌حل‌های نظارت بر ماشین، داده‌های ماشین مانند راه‌اندازی، زمان اجرا و خرابی به طور خودکار جمع‌آوری می‌شوند و با داده‌های انسانی مانند کدهای دلیل ترکیب می‌شوند تا هم درکی تاریخی و هم در زمان واقعی از نحوه اجرای مشاغل فراهم کنند.ماشین‌های مدرن CNC حدود 200 نوع داده را جمع‌آوری می‌کنند و نرم‌افزار مانیتورینگ ماشین می‌تواند این داده‌ها را برای همه از طبقه مغازه تا طبقه بالا مفید کند.شرکت‌هایی مانند Memex نرم‌افزار (Tempus) را ارائه می‌کنند که داده‌ها را از هر نوع ماشین CNC می‌گیرد و در قالب پایگاه داده استاندارد شده قرار می‌دهد که می‌تواند در نمودارها و نمودارهای معنی‌دار نمایش داده شود.استاندارد داده ای که توسط اکثر راه حل های مانیتورینگ ماشین استفاده می شود و در ایالات متحده به دست آورده است MTConnect نام دارد.امروزه بسیاری از ماشین‌آلات جدید CNC برای ارائه داده‌ها در این فرمت مجهز شده‌اند.ماشین های قدیمی هنوز هم می توانند اطلاعات ارزشمندی را با آداپتورها ارائه دهند.نظارت بر ماشین برای ماشین‌های CNC فقط در چند سال اخیر رایج شده است و راه‌حل‌های نرم‌افزاری جدید همیشه در حال توسعه هستند.

انواع ماشین های CNC چیست؟
امروزه انواع مختلفی از دستگاه های CNC وجود دارد.ماشین‌های CNC ماشین‌هایی هستند که طبق برنامه‌ریزی شده بر روی کنترلر، همانطور که در بالا توضیح داده شد، مواد را برش داده یا جابجا می‌کنند.نوع برش می تواند از برش پلاسما گرفته تا برش لیزری، فرز، مسیریابی و تراش متفاوت باشد.ماشین های CNC حتی می توانند اقلام را در یک خط مونتاژ جمع آوری و جابجا کنند.

در زیر انواع اصلی دستگاه های CNC آورده شده است:
ماشین تراش:این نوع CNC قطعه کار را چرخانده و ابزار برش را به قطعه کار منتقل می کند.یک ماشین تراش پایه 2 محوره است، اما می توان محورهای بیشتری را برای افزایش پیچیدگی برش اضافه کرد.این ماده روی یک دوک می چرخد ​​و روی ابزار سنگ زنی یا حکاکی فشار داده می شود که شکل مورد نظر را می سازد.از ماشین تراش برای ساخت اجسام متقارن مانند کره، مخروط یا استوانه استفاده می شود.بسیاری از دستگاه های CNC چند کاره هستند و همه انواع برش را ترکیب می کنند.

روترها:روترهای CNC معمولاً برای برش ابعاد بزرگ در چوب، فلز، ورق و پلاستیک استفاده می شوند.روترهای استاندارد بر روی مختصات 3 محوری کار می کنند، بنابراین می توانند سه بعدی برش دهند.با این حال، شما همچنین می توانید ماشین های 4، 5 و 6 محور را برای نمونه های اولیه و اشکال پیچیده خریداری کنید.

آسیاب:ماشین های فرز دستی از چرخ های دستی و پیچ های سربی برای اتصال ابزار برش بر روی قطعه کار استفاده می کنند.در آسیاب CNC، CNC پیچ های توپی با دقت بالا را به مختصات دقیق برنامه ریزی شده حرکت می دهد.دستگاه های CNC فرز در طیف گسترده ای از اندازه ها و انواع هستند و می توانند روی چندین محور کار کنند.

دستگاه های برش پلاسما:برش پلاسما CNC از یک لیزر قدرتمند برای برش استفاده می کند.اکثر دستگاه های برش پلاسما اشکال برنامه ریزی شده را از ورق یا صفحه برش می دهند.

چاپگر سه بعدی:یک چاپگر سه بعدی از این برنامه استفاده می کند تا به آن بگوید که تکه های کوچکی از مواد را در کجا قرار دهد تا شکل مورد نظر را بسازد.قطعات سه بعدی لایه به لایه با لیزر ساخته می شوند تا با رشد لایه ها مایع یا نیرو را جامد کنند.

ماشین انتخاب و قرار دادن:دستگاه CNC "انتخاب و قرار دهید" شبیه به روتر CNC کار می کند، اما به جای مواد برش، دستگاه دارای نازل های کوچک زیادی است که با استفاده از خلاء اجزا را جمع می کند، آنها را به محل مورد نظر منتقل می کند و آنها را می گذارد.از اینها برای ساخت میزها، مادربردهای کامپیوتر و سایر مجموعه های الکتریکی (از جمله موارد دیگر) استفاده می شود.

ماشین های CNC می توانند کارهای زیادی انجام دهند.امروزه فناوری رایانه را می توان تقریباً در ماشین تصور کرد.CNC جایگزین رابط انسانی مورد نیاز برای جابجایی قطعات ماشین برای رسیدن به نتیجه دلخواه می شود.CNC های امروزی می توانند با مواد خام مانند یک بلوک فولادی شروع کنند و یک قطعه بسیار پیچیده با تلرانس های دقیق و تکرارپذیری شگفت انگیز بسازند.

کنار هم قرار دادن همه چیز: چگونه مغازه های ماشین آلات CNC قطعات را می سازند
راه اندازی CNC شامل کامپیوتر (کنترل کننده) و تنظیم فیزیکی می شود.یک فرآیند معمولی ماشین‌فروشی به این صورت است:

یک مهندس طراح طرح را در برنامه CAD ایجاد می کند و آن را برای یک برنامه نویس CNC ارسال می کند.برنامه نویس فایل را در برنامه CAM باز می کند تا در مورد ابزارهای مورد نیاز تصمیم بگیرد و برنامه NC را برای CNC ایجاد کند.او برنامه NC را به دستگاه CNC می فرستد و لیستی از تنظیمات صحیح ابزار را به اپراتور ارائه می دهد.اپراتور راه اندازی ابزارها را طبق دستور بارگیری می کند و مواد خام (یا قطعه کار) را بارگیری می کند.سپس او قطعات نمونه را اجرا می کند و آنها را با ابزارهای تضمین کیفیت اندازه گیری می کند تا تأیید کند که دستگاه CNC قطعات را مطابق با مشخصات می سازد.به طور معمول، اپراتور راه‌اندازی اولین قطعه مقاله را به بخش کیفیت ارائه می‌کند که تمام ابعاد را تأیید می‌کند و روی راه‌اندازی امضا می‌کند.دستگاه CNC یا دستگاه‌های مربوطه با مواد خام کافی برای تولید تعداد قطعه مورد نظر بارگیری می‌شوند و اپراتور دستگاه برای اطمینان از ادامه کار دستگاه آماده است و قطعات را مطابق با مشخصات می‌سازد.و دارای مواد اولیه است.بسته به شغل، اغلب می‌توان دستگاه‌های CNC را با چراغ خاموش و بدون حضور اپراتور اجرا کرد.قطعات تمام شده به طور خودکار به یک منطقه تعیین شده منتقل می شوند.

تولیدکنندگان امروزی می توانند تقریباً هر فرآیندی را با توجه به زمان، منابع و تخیل کافی، خودکار کنند.مواد اولیه می‌تواند به داخل ماشین برود و قطعات تکمیل‌شده می‌توانند به صورت بسته‌بندی آماده به کار خارج شوند.تولیدکنندگان برای ساخت سریع، دقیق و مقرون به صرفه به طیف وسیعی از ماشین‌های CNC وابسته هستند.