کنترل عددی کامپیوتری (CNC) روشی برای کنترل خودکار ماشین ابزار از طریق استفاده از نرم افزار تعبیه شده در میکرو کامپیوتر متصل به ابزار است. معمولاً در تولید برای ماشینکاری قطعات فلزی و پلاستیکی استفاده می شود.
با CNC، هر شی که باید تولید شود، یک برنامه کامپیوتری سفارشی دریافت می‌کند که معمولاً به زبان استاندارد بین‌المللی به نام G-codeنوشته می‌شود، که در واحد کنترل ماشین (MCU)، یک میکرو کامپیوتر متصل به ماشین، ذخیره و اجرا می‌شود. این برنامه حاوی دستورالعمل ها و پارامترهایی است که ماشین ابزار دنبال خواهد کرد، مانند نرخ تغذیه مواد و موقعیت و سرعت اجزای ابزار.
آسیاب، ماشین تراش، مسیریاب و لیزر ابزارهای رایجی هستند که عملیات آنها را می توان با CNC خودکار کرد. همچنین می توان از آن برای کنترل ابزارهای غیر ماشینی مانند جوشکاری، مونتاژ الکترونیکی و دستگاه های سیم پیچ فیلامنت استفاده کرد.
فرآیند CNC، مخفف ” کنترل عددی کامپیوتر” ، برخلاف محدودیت های کنترل دستی عمل می کند (درنتیجه این کنترل جایگزین کنترل دستی می شود) ، که در آن به اپراتورهای زنده نیاز است تا دستورات ابزارهای ماشین کاری را با استفاده از اهرم ها، دکمه ها و چرخ ها انجام داده و راهنمایی کنند. برای یک ناظر، یک سیستم CNC ممکن است یک مجموعه عادی از اجزای کامپیوتر به نظر برسد، اما برنامه های نرم افزاری و کنسول های به کاربرده شده در ماشین کاری CNC آن را از شکل های دیگر محاسبات کامپیوتری متمایز می کند.
اگر چه ماشین های CNC فناوری جدیدی در دنیا نیست، ولی از ورود و ظهور چشمگیر آن به صنعت چوب ایران – زمان زیادی نمی گذرد.
نیاز صنایع نظامی به ابزارهای دقیق، باعث به وجود آمدن نسل اول ماشین های کنترل عددی پس از جنگ دوم جهانی بوده است. تا پیش از سال ۱۹۴۹ ماشین ها به وسیله کارت های سوراخ دار کنترل می شدند، اما در این سال (۱۹۶۹) شرکت پارسونز» قراردادی برای ساخت اولین دستگاه کنترل عددی با نیروی هوایی آمریکا منعقد کرد.
در سال ۱۹۵۱ میلادی این قرارداد به دانشگاه MIT واگذار گردیده و در سال ۱۹۵۲ اولین ماشین کنترل عددی سه محوره ساخته شد. ماشین های کنترل عددی روز به روز پیشرفته تر شدند و با ورود سیستم های PC و ریز پردازنده ها به صنعت، در کنترل این ماشین ها نیز تحولی ایجاد شد. امروزه استفاده از کامپیوتر در واحد کنترل ماشین های CNC، باعث افزایش سرعت و دقت بیشتر ماشین ها شده است و این روند تکاملی همچنان ادامه دارد.
در این نوع ماشین ها، مراحل کار در یک برنامه ذخیره می گردد و واحد کنترل ماشین ابتدا کل برنامه و دستورات آن را مرور می کند و با نرم افزارهای خاصی، صحت و سقم آن را طی یک عملیات شبیه سازی بررسی کرده و در صورت نیاز پیام هایی را قبل از انجام و جرای برنامه برای اصلاح دستورات صادر می کند.
پس از تصحیح خطاها از قبیل برخورد ابزار، ماشین CNC برنامه را می خواند و پس از چک کردن، آن را اجرا می کند. بر خلاف ماشین های NC که تعویض یا ارتقای تولید وابسته به تعویض اجزای سخت افزاری و امکانات جدید است، در CNCها به راحتی می توان با کمک نرم افزارهای مربوطه، تولید را ارتقا داد و یا تغییراتی را در روند و روش تولید ایجاد کرد.
ماشین های CNC دارای سه محور اصلی X (طول ماشين)، Y عرض ماشین و Z ( قابلیت بالا و پائین رفتن هد) است. ماشین های CNC با توجه به کاربردشان، مخصوصا برای کاربرد در صنعت چوب ماسیو ممکن است دارای محور چهارمی نیز باشند. محور چهارم که به محور C معروف است، چرخش ابزار حول محور Z را امکان پذیر می سازد و باعث زاویه دار شدن تیغه از حالت عمودی (راستای محور y) به افقی (راستای محور X) می شود. همچنین ابزار در حالت زاویه دار بودن هم قابلیت چرخش به دور خود را دارا است که به آن قابلیت یونیورسال ابزار می گویند .
در این ماشین ها دو نوع محور وجود دارد که عبارتند از:
در ماشین هایی که محور چرخشی C دارند، قابلیت برش های مورب صفحات مرکب نیز وجود دارد و با چرخش تیغه حول محور Z امکان چنین برش هایی میسر می شود. ابزارهای یونیورسال قابلیت چرخش در همه جهات را دارند و بیشتر برای طرح های برجسته مورد استفاده قرار می گیرند. انجام این حرکت، توسط ماشین به اتوماسیون و کنترل دقیق موقعیت ابزار نیاز دارد، که توسط پردازشگر ماشین انجام می شود.
به طور کلی به سه طریق می توان ابزار را بر روی مصنوعات چوبی، برای عملیات ماشین کاری کنترل کرد، که عبارتند از:
کنترل نقطه به نقطه و کنترل مستقیم و کنترل پیوسته در کنترل نقطه به نقطه، عملیات فقط در نقاط تعریف شده انجام می شود و ابزار، در مسیر بین دو نقطه، کاری بر روی قطعه کار انجام نمی دهد. مانند عملیات سوراخ کاری که فقط نقاط تعریف شده تحت عمل ماشین کاری قرار می گیرد و در فاصله بین دو نقطه هیچ عملی انجام نمی شود.
در کنترل مستقیم، ابزار موازی با محورهای متعامد حرکت می کنند و طول مسیر نیز برای ماشین کاری تعریف شده است. از این کنترل برای فرزکاری و برش پانل استفاده می شود، زیرا علاوه بر نقاط ابتدا و انتها، در طول مسیر نیز عملیات ماشین کاری بر روی قطعه کار انجام می شود. در کنترل پیوسته، ابزار در دو یا چند محور به طور همزمان حرکت می کند و می تواند سطوح شیب دار و منحنی را نیز ماشین کاری کند. مانند عملیات لبه چسبانی به صورت قوس که در ضخامت صفحات منحنی کنترل هد دستگاه به صورت همزمان در دو محور X و Y انجام می شود هر چه تعداد محورهای ماشین بیشتر باشد، قدرت مانور و سرعت انجام کار بیشتر شده و ماشین قادر است کارهای پیچیده تری را انجام دهد.
در اوایل فرآیند، مهندسان یک طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) از قطعه ای که قرار است ساخته شود ایجاد می کنند، سپس نقشه را به G-codeترجمه می کنند. این برنامه بر روی MCU بارگذاری می شود و یک اپراتور انسانی یک آزمایش را بدون مواد اولیه در محل انجام می دهد تا از موقعیت و عملکرد مناسب اطمینان حاصل کند. این مرحله مهم است زیرا سرعت یا موقعیت نادرست می تواند به دستگاه و قطعه آسیب برساند.
در نظر گرفته می‌شود که CNC دقت، پیچیدگی و تکرارپذیری بیشتری نسبت به ماشینکاری دستی فراهم می‌کند. مزایای دیگر عبارتند از دقت، سرعت و انعطاف پذیری بیشتر، و همچنین قابلیت هایی مانند ماشین کاری کانتور، که امکان فرز کردن اشکال منحنی، از جمله آنهایی که در طرح های سه بعدی تولید می شوند، می باشد.
از سوی دیگر، CNC می‌تواند گران‌تر باشد، نیاز به نگهداری بیشتری نسبت به سایر روش‌های تولید داشته باشد و شرکت‌ها را مجبور به استخدام یک برنامه‌نویس CNCماهر کند.
برخی از سیستم های CNC با CADو نرم افزار تولید به کمک کامپیوتر (CAM) یکپارچه شده اند که می تواند روند برنامه نویسی MCUرا سرعت بخشد. یکپارچه‌سازی با نرم‌افزار ERPو برنامه‌های کاربردی مرتبط، مانند نرم‌افزار مدیریت دارایی سازمانی، می‌تواند فرآیندهای هوش عملیاتی را تسهیل کند و به بهبود عملکرد و نگهداری کارخانه کمک کند.
استفاده از رایانه ها (یا ایستگاه های کاری) برای کمک به ایجاد، اصلاح، تجزیه و تحلیل یا بهینه سازی یک طرح است. این نرم افزار برای افزایش بهره وری طراح، بهبود کیفیت طراحی، بهبود ارتباطات از طریق مستندسازی و ایجاد پایگاه داده برای تولید. طرح های ساخته شده از طریق نرم افزار CADدر حفاظت از محصولات و اختراعات هنگام استفاده در برنامه های ثبت اختراع مفید هستند. خروجی CAD اغلب به شکل فایل های الکترونیکی برای چاپ، ماشینکاری یا سایر عملیات های تولیدی است. اصطلاح CADD(برای طراحی به کمک کامپیوتر) نیز استفاده می شود.
استفاده از آن در طراحی سیستم های الکترونیکی به عنوان اتوماسیون طراحی الکترونیکی (EDA) شناخته می شود. در طراحی مکانیکی به عنوان اتوماسیون طراحی مکانیکی (MDA) یا طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) شناخته می شود که شامل فرآیند ایجاد یک نقشه فنی با استفاده از نرم افزار کامپیوتری است.
نرم افزار CAD برای طراحی مکانیکی از گرافیک های مبتنی بر برداری برای به تصویر کشیدن اشیاء پیش نویس سنتی استفاده می کند، یا همچنین ممکن است گرافیک شطرنجی تولید کند که ظاهر کلی اشیاء طراحی شده را نشان می دهد. با این حال، فراتر از شکل‌ها را شامل می‌شود. همانطور که در پیش نویس دستی نقشه های فنی و مهندسی، خروجی CADباید اطلاعاتی مانند مواد، فرآیندها، ابعاد و تلرانس ها را طبق قراردادهای خاص برنامه انتقال دهد.
ـCAD ممکن است برای طراحی منحنی ها و اشکال در فضای دو بعدی (2 بعدی) استفاده شود. یا منحنی ها، سطوح و جامدات در فضای سه بعدی .
ـCAD یک هنر صنعتی مهم است که به طور گسترده در بسیاری از کاربردها از جمله خودروسازی، کشتی سازی و صنایع هوافضا، طراحی صنعتی و معماری، پروتز و بسیاری موارد دیگر استفاده می شود. CAD همچنین به طور گسترده ای برای تولید انیمیشن های رایانه ای برای جلوه های ویژه در فیلم ها، تبلیغات و دستورالعمل های فنی استفاده می شود که اغلب به نام ایجاد محتوای دیجیتال DCC نامیده می شود. همه جا و قدرت مدرن رایانه ها به این معنی است که حتی بطری های عطر و دستگاه های پخش شامپو نیز با استفاده از تکنیک هایی طراحی شده اند که مهندسان دهه 1960 آن را نشنیده بودند. به دلیل اهمیت اقتصادی بسیار زیاد، CAD یک نیروی محرکه اصلی برای تحقیقات در هندسه محاسباتی، گرافیک کامپیوتری (هم سخت افزار و هم نرم افزار) و هندسه دیفرانسیل گسسته بوده است.
طراحی مدل‌های هندسی برای اشکال اجسام، به ویژه، گاهی اوقات طراحی هندسی به کمک رایانه (CAGD) نامیده می‌شود.
مدیریت یکپارچه فرآیندهای اصلی کسب و کار، اغلب در زمان واقعی و با واسطه نرم افزار و فناوری است. ERPمعمولاً به عنوان دسته‌ای از نرم‌افزارهای مدیریت کسب‌وکار ( معمولاً مجموعه‌ای از برنامه‌های کاربردی یکپارچه ) گفته می‌شود که یک سازمان می‌تواند برای جمع‌آوری، ذخیره، مدیریت و تفسیر داده‌های بسیاری از فعالیت‌های تجاری از آن استفاده کند. سیستم های ERP می توانند مبتنی بر محلی یا مبتنی بر ابر باشند. برنامه های کاربردی مبتنی بر ابر در سال های اخیر به دلیل دسترسی آسان به اطلاعات از هر مکانی با دسترسی به اینترنت، رشد کرده اند.
ـERP با استفاده از پایگاه داده های رایج که توسط یک سیستم مدیریت پایگاه داده نگهداری می شود، یک نمای یکپارچه و به روز شده مداوم از فرآیندهای تجاری اصلی را ارائه می دهد. سیستم‌های ERPمنابع کسب‌وکار (پول نقد، مواد خام، ظرفیت تولید) و وضعیت تعهدات تجاری: سفارش‌ها، سفارش‌های خرید و حقوق و دستمزد را دنبال می‌کنند. برنامه‌هایی که سیستم را تشکیل می‌دهند، داده‌ها را در بخش‌های مختلف (تولید، خرید، فروش، حسابداری و غیره) به اشتراک می‌گذارند که داده‌ها را فراهم می‌کنند.
نرم افزار سیستم Enterprise یک صنعت چند میلیارد دلاری است که اجزایی را تولید می کند که از انواع عملکردهای تجاری پشتیبانی می کند. اگرچه سیستم های ERPاولیه بر شرکت های بزرگ متمرکز بودند، شرکت های کوچکتر به طور فزاینده ای از سیستم های ERP استفاده می کنند.
سیستم ERP سیستم های سازمانی متنوعی را یکپارچه می کند و معاملات و تولید بدون خطا را تسهیل می کند و در نتیجه کارایی سازمان را افزایش می دهد. با این حال، توسعه یک سیستم ERPبا توسعه سیستم سنتی متفاوت است. سیستم‌های ERPبر روی انواع سخت‌افزار رایانه و پیکربندی‌های شبکه اجرا می‌شوند که معمولاً از پایگاه داده به عنوان مخزن اطلاعات استفاده می‌کنند.
شامل مدیریت نگهداری دارایی های فیزیکی یک سازمان در طول چرخه عمر هر دارایی است. EAMبرای برنامه ریزی، بهینه سازی، اجرا و پیگیری فعالیت های تعمیر و نگهداری مورد نیاز با اولویت ها، مهارت ها، مواد، ابزارها و اطلاعات مرتبط استفاده می شود. این شامل طراحی، ساخت، راه اندازی، عملیات، نگهداری و از کار انداختن یا جایگزینی کارخانه، تجهیزات و تأسیسات می شود.
"تشکیلات" به گستره دارایی‌های یک شرکت در بخش‌ها، مکان‌ها، امکانات و به طور بالقوه پشتیبانی از عملکردهای تجاری اشاره دارد. در حال حاضر دارایی های مختلف توسط شرکت های مدرن مدیریت می شود. دارایی ها ممکن است دارایی های ثابت مانند ساختمان ها، کارخانه ها، ماشین آلات یا دارایی های متحرک مانند وسایل نقلیه، کشتی ها، تجهیزات متحرک و غیره باشند.
در سیستم‌های عددی برنامه‌نویسی CNC، این امکان برای مولد کد وجود دارد که مکانیسم کنترل‌شده همیشه کاملاً دقیق است، یا اینکه تلورانس‌های دقیق برای همه جهت‌های برش یا حرکت یکسان هستند. این همیشه شرایط واقعی ابزارهای CNC نیست. ابزارهای CNCبا مقدار زیاد واکنش مکانیکی هنوز می توانند بسیار دقیق باشند اگر مکانیزم درایو یا برش فقط به گونه ای هدایت شود که نیروی برشی از یک جهت اعمال شود و همه سیستم های محرک در آن جهت برش محکم به هم فشار داده شوند. با این حال، یک دستگاه CNCبا واکنش برگشتی بالا و یک ابزار برش کسل کننده می تواند منجر به پچ پچ کاتر و احتمال خراب شدن قطعه کار شود. واکنش معکوس همچنین بر دقت برخی از عملیات مربوط به تغییر حرکت محور در حین برش تأثیر می گذارد، مانند آسیاب یک دایره، که در آن حرکت محور سینوسی است. با این حال، اگر میزان عکس العمل به طور دقیق توسط رمزگذارهای خطی یا اندازه گیری دستی شناخته شود، می تواند جبران شود.
به خودی خود مکانیزم واکنش بالا لزوماً برای دقت مکرر برای فرآیند برش متکی نیست، اما ممکن است از شی مرجع یا سطح دقیق دیگری برای صفر کردن مکانیسم استفاده شود، با اعمال فشار محکم بر روی مرجع و تنظیم آن به عنوان مرجع صفر برای مکانیسم. تمام حرکات کدگذاری شده با CNC زیر این شبیه به روش ماشین ابزار دستی برای بستن یک میکرومتر بر روی یک تیر مرجع و تنظیم صفحه ورنیه روی صفر با استفاده از آن شی به عنوان مرجع است.
برای استفاده از cnc، نیاز است که دستوراتی را مطابق با نظم معینی، به صورت پیوسته و مرحله ای به دستگاه داده تا اجرا نماید.
این دستورات، نیاز به برنامه نویسی دستگاه CNC دارد.
به عنوان مثال:
در صورتی که قرار است از این دستگاه برای برش ابزار فلزی خاصی مطابق با شکل مشخصی استفاده نمایید،
می بایست با به کارگیری از دستورات متغیری که به دستگاه cnc می دهید، به صورت منظم و گام به گام، از دستگاه انتظار اجرای برنامه ها را داشته باشید.
از همین رو تکنیسین دستگاه، با استفاده از برنامه نویسی که به دستگاه داده شده است، از دستگاه می خواهد که پروسه برش ها را چگونه به ترتیب اجرا کرده و برش ها به چه صورتی باشد. زبان برنامه نویسی دستگاه CNC به جهت آن که با نرم افزارهای طراحی مانند اتوکد و 3Dmax سازگاری و همخوانی دارد، مورد توجه قرار گرفته است.
اپراتور دستگاه می تواند با استفاده از این نرم افزارها، طرح خود را تهیه کرده و از طریق دستگاه CNC آن را به اجرا درآورد.
می توان گفت که کار با دستگاه CNC، کارساده ای نخواهد بود، در حالی که می توان با آموختن اصول کار با این دستگاه، در خصوص قسمت های فنی و برنامه نویسی آن مهارت های لازم را کسب نمود و به درستی فرآیند اجرایی آن را کنترل و نظارت نمود.
ـcoding:
ـG-codes:
کدهای G برای فرمان دادن به حرکات خاص دستگاه مانند حرکت ماشین یا عملکردهای حفاری استفاده می شود. اکثر برنامه‌های G-Code با نماد درصد (%) در خط اول شروع می‌شوند، سپس یک "O" با نام عددی برای برنامه (یعنی "O0001") در خط دوم و سپس یک درصد دیگر (٪) دنبال می‌شود. علامت ) در خط آخر برنامه. فرمت یک کد Gحرف G است که با دو تا سه رقم دنبال می شود. به عنوان مثال G01. کدهای Gکمی بین کاربرد آسیاب و تراش متفاوت است، به عنوان مثال:
ـM-codes:
کدهای M دستورات ماشینی متفرقه ای هستند که به حرکت محور فرمان می دهند. فرمت یک کد Mحرف M است که با دو تا سه رقم همراه است. مثلا:
سخن نهایی
امروزه شاهد توسعه‌ی دستگاه CNC در صنعت هستیم. درواقع دستگاه CNC مانند یک ربات عمل کرده و دستورالعمل‌هایی که شما به آن می‌دهید را اجرا می‌کند. کاربرد این دستگاه بسیار گسترده است و برای انجام عملیات مختلف مانند برش، تراش، حک و … مورد استفاده قرار می‌گیرد.
راهنما
استاد داود یعقوبی تبار
منابع
chapkhone - searcherp - wikipedia - cnccookbook - camplete
