محورها در ماشین آلات CNC
ماشین هایی که به کمک کامپیوتر کنترل می شوند، “CNC: Computer Numerical Control” نام دارند. به کمک ماشین آلات CNC دقت مورد نیاز برای تولید در صنایع مختلف حاصل می شود. با ساخت ابزار هایی با دقت بالا، شرایط برای بالا بردن نرخ تولید نیز بهبود می یابد. برای دست یابی به قابلیت ماشین کاری با سرعت های بالا باید در زمینه های مختلف مانند طراحی سازه، کنترل ارتعاشات خود برانگیخته، یافتن بهترین نرخ براده برداری و کنترل حرکت و سرعت در راستای خواسته ی مورد نظر به پیشرفت هایی دست یافت.
تعداد محور های حرکت در ماشین آلات CNC معمولی عموماً تا پنج محور و در ماشین های سنگ زنی تا چهارده محور نیز می رسد. ماشین های ابزار در دستگاه مختصات کارتزین برنامه ریزی می شوند. سه محور اصلی حرکت در ماشین آلات CNC با نام های X و Y و Z است که محور Z عمود بر X و Y است و سه محور یک سیستم مختصاتِ دست راست را تشکیل می دهند.
حرکت مثبت محور Z، باعث دور شدن ابزار برش از قطعه کار می شود. جهت های مشخص شده در هر شکل نمایانگر جهت مثبت محورها در هر یک از ماشین آلات CNC می باشد. در فرزکاری و سوراخ کاری دو محور X و Y در صفحه افقی قرار دارند. در ماشین سوراخ کاری حرکت مثبت محور Z باعث بالا رفتن اسپیندل می شود، در حالیکه در فرز این حرکت بر عکس است.
در تراش فقط دو محور برای ایجاد حرکت و ماشین کاری کافی است و چون اسپیندل بصورت افقی قرار دارد محور Z نیز افقی است. همچنین حروف A و B و Z نیز برای حرکت زاویه ای به ترتیب حول محورهای X و Y و Z بکار می روند.
ساختمان یک برنامه NC در ماشین آلات CNC
یک برنامه NC در ماشین آلات CNC، مراحل ماشین کاری یک قطعه را نمایش می دهد. این برنامه از بلوک هایی حاوی اطلاعات تشکیل شده است که هر بلوک با حرف N شروع شده و با شماره خط مشخص می گردد. بعنوان مثال یک بلوک معمولی از یک برنامه NC می بتواند به شکل زیر باشد:
N0040 G91 X25 Y10 Z-12.55 F150 S1100 T06 M03 M07
هر بلوک از چندین کلمه تشکیل شده است و هر کلمه با یک حرف شروع می شود که عدد بعد از آن نمایانگر فرمان مشخصی برای ماشین می باشد. کلماتی که با حروف M و G شروع می شوند به ترتیب به عنوان مقدماتی و توابع متفرقه معرفی می گردند.
حروف مورد استفاده در ماشین آلات CNC :
N شماره خط برنامه
G توابع مقدماتی
Xحرکت در راستای محور x
Y حرکت در راستای محور y
Z حرکت در راستای محور z
A حرکت زاویه ای حول محور x
B حرکت زاویه ای حول محور y
C حرکت زاویه ای حول محور z
F نرخ پیشروی
M توابع کمکی
S سرعت اسپیندل
T شماره ابزار
R حرکت سریع محور z
انواع کلمات مجاز در ماشین آلات CNC و توابع مربوط به آنها را می توان در استاندارد بین المللی ISO1056 یافت.
طبقه بندی سیستم های کنترل عددی در ماشین آلات CNC
سیستم های کنترل عددی را می توان بر اساس چهار گروه زیر طبقه بندی کرد:
با توجه به نوع ماشین: ماشین کاری نقطه به نقطه در مقابل ماشین کاری پیوسته
بر اساس ساختمان کنترلر: سخت افزار یا NC در مقابل CNC
بر اساس روش برنامه سازی: روش نموی در مقابل روش مطلق
بر اساس نوع حلقه های کنترل: حلقه باز در مقابل حلقه بسته
ماشین کاری نقطه به نقطه در مقابل ماشین کاری پیوسته
ساده ترین مثال از ماشین آلات CNC نقطه به نقطه (PTP) ماشین سوراخ کاری است. در سوراخ کاری، قطعه کار در راستای محورها به حرکت در می آید تا محلی که می خواهد مرکز سوراخ در آنجا واقع شود دقیقاً زیر ابزار قرار گیرد. سپس اسپیندل بصورت اتوماتیک به سمت قطعه کار حرکت کرده و عملیات سوراخ کاری انجام می شود. پس از اتمام سوراخ مورد نظر ماشین بدون کنترل پیشروی و با حرکت سریع به سمت بالا حرکت می کند و قطعه کار به نقطه ی جدیدی که می باید سوراخ شود منتقل شده و عملیات تکرار می گردد.
در یک سیستم PTP مسیر ابزار برش و نرخ پیشروی آن هنگام عبور از یک نقطه به نقطه بعدی اهمیت چندانی ندارد و مسیر حرکت از نقطه ابتدا تا نقطه انتهایی احتیاج به کنترل ندارد. بنابراین سیستم فقط احتیاج به کنترل موقعیت در نقطه نهایی دارد؛ یعنی محدوده یا نقطه ای از قطعه که باید سوراخ شود. این نوع عملیات PTP، بوسیله ی تابع G00 صورت می گیرد.
در سیستم ماشین کاری در ماشین آلات CNC، در حالیکه ابزار عملیات برش را انجام می دهد، محورها نیز قطعه کار را در مسیر خاصی حرکت می دهند. همه محورها می باید قادر باشند که بطور همزمان و با سرعت های متفاوت حرکت کنند تا پروفیل مسیر مورد نظر را ایجاد کنند. مخصوصاً وقتی یک مسیر غیر خطی مورد نظر باشد تغییر سرعت هر یک از محورها بسیار مهم است.
ماشین کاری پیوسته
در سیستم های پیوسته، موقعیت ابزار برشی در انتهای هر قسمت به همراه نسبت بین سرعت های محوری، مسیر صحیح را در ماشین کاری قطعه ی مورد نظر معین می کنند. همچنین پیشروی منتجه بر کیفیت سطح نهایی تأثیر می گذارد. به دلیل اینکه در این سیستم ها خطا در سرعت یک محور باعث ایجاد خطا در مسیر ماشین کاری می گردد، سیستم می باید دارای حلقه های کنترل موقعیت پیوسته نیز باشد.
در ماشین آلات CNC، هر محور مجهز به یک حلقه کنترل موقعیت جداگانه و یک شمارنده برای دریافت اطلاعات ابعادی قطعه می باشد که این اطلاعات به همراه نرخ پیشروی مورد نظر به واحد پردازش داده ها (DPU) برای درونیابی مناسب منتقل می گردند.