در سال 1796میلادی شخصی انگلیسی به نام فریلند [freland] برای اولین بار دستگاه تراشی ساخت که دارای میله پیچ بری بود و با عوض کردن چرخ دندههای روی محور اصلی و محور پیچ بری می توانست پیچ های مختلفی را بتراشد.در همین سالها دستگاه تراشی ساخته شد که با استفاده از پدال محور کار آن به گردش در میآمددر سالهای 1800 تا 1830دستگاه های تراشی با بدنه چوبی و پایه آهنی ساخته شد.
در سال 1850دستگاه تراشی با بدنه آهنی ساخته شد و در سال 1853در نیویورک دستگاه تراشی با ریلهایی به طول 20 فوت ساخته شد که کارهایی به طول 10اینچ را میتراشیداما بعد از گذشت سالها از اختراع دستگاه تراش و مجهز شدن این دستگاه به کنترلهای کامپیوتری cnc
دستگاه های تراش از ابتدایی ترین نوع ماشین آلات صنعتی به شمار می آیند . استفاده از دستگاه تراش به قرن هفده و هجده میلادی بر می گردد. قدیمی ترین روش تراش ، تراشیدن چوب به وسیله درخت بوده است. در این روش تراش دو سر چوب را بین دو درخت قرار می دادند و یک طناب به شاخه درخت می بستند و آن را حول چوب مورد نظر می پیچیدند. طرف دیگر طناب را فرد دیگری گرفته و آن را به حرکت در می آورد .
شخص دومی که در طرف مقابل قرار داشت با رنده ، چوب را می تراشید . این روش کم کم پیشرفت کرد و در سال1740 میلادی اولین ماشین تراش در فرانسه ساخته شد . در دستگاه تراش حرکت چرخشی محور اصلی به وسیله دست تأمین می شد
در این ماشین تراش محور اصلی توسط دو چرخ دنده ساده به میله پیچ بری متصل بود و امکان تراشیدن پیچ نیز فراهم شده بود. در سال 1796 میلادی یک شخص انگلیسی به نام فری تند برای اولین بار دستگاه تراشی ساخت که دارای میله پیچ بری بود و با عوض کردن چرخ دنده های روی محور اصلی و محور پیچ بری میتوانست پیچ های مختلف را بتراشد در همین سال ها دستگاه تراشی ابداع گردید که با استفاده از پدال محور کار آن به گردش در می آمد در سال های 1800 تا 1830 دستگاه های تراشی با بدنه چوبی و پایه آهنی ساخته شد . در سال 1850 دستگاه تراشی با بدنه آهنی ساخته شد و در سال 1853 در نیویورک دستگاه تراشی با ریل هایی به طول 20 فوت که کارهایی به قطر 10 اینچ را می تراشید ساخته شد .
هنوز هم دستگاه تراش دستی هسته مرکزی در صنایع امروزی را تشکیل میدهد و حتی کسانی که با دستگاههای تراش جدید کار می کنند نیاز به یادگیری و تسلط بر نحوه عملکرد دستگاه تراش دستی را دارند.
بعد ها ماشين تراش مدرن تری ساخته شده که می توانستند با آنها پيچ های مختلفی را تراش بدهند و نيز بار های طولی و عرضی بوسيله چرخ دنده هائيکه در روی دستگاه سوپرت طولی وعرضی قرارداشت بصورت خود کار انجام گيرد همچنين طريقه تعويض چرخ دنده ها در قسمت پيش دستگاه نشان داده شده است . ولی در سال های بعد اين ماشين تراش تکميل تر شده و پايه ای که بخود دستگاه تراش متصل شده بود ساخته شد . بعد از مدتی ماشین تراش های بهتری از نظر قدرت و دورهای بالاتر ساخته شد که بنام دستگاه تراش های جعبه دنده ای معروف اند . اين ماشین تراش های دارای جعبه دنده تعداد دور و نيز جعبه میزان بار می باشند که به آسانی ميتوان آنها را خودکار نمود و کارهای مختلف را تراشيد .
امروزه بعد از گذشت سال ها از اختراع دستگاه تراش و مجهز شدن این دستگاه به هدایت کننده های رایانه ای CNC ، دستگاه تراش دستی هنوز هم اساس صنایع امروزی را تشکیل می دهد و کسانی که با دستگاه های تراش جدید کار می کنند نیاز به یادگیری و تسلط بر نحوه عملکرد دستگاه تراش های دستی را دارند .
در کارخانه های امروزی که مجهز به دستگاه های مدرن هستند ، در کارگاه های ابزارسازی و ماشین سازی آن ها تراشکارهای زبردست با دستگاه تراش های دستی نقشه های طراحان و مهندسان را به اجرا در می آورند . دستگاه تراش را به حق می توان پدر ماشین های ابزار نامید ، زیرا قادر به انجام کارهایی است که ماشین های دیگر از انجام آن عاجزند .
بعد از جنگ جهانی دوم ضرورت وجود دستگاههایی که توانایی ساخت قطعات پیچیده و دقیق را برای صنایع هوافضا داشته باشند احساس میشد تا قبل از سال 1949کارهایی در زمینه کنترل ماشینها; استفاده از کارتهای مخصوص سوراخ دار انجام شده بود در سال 1949gohn parsons از شرکت پارسونز اولین قرارداد خود را بانیروی هوایی آمریکا جهت ساخت اولین دستگاه با کنترل عددی NC منعقد کرد. در سال 1951این پروژه بهانیستیتو تکنولوژی، ماساچوست (MIT) واگذار شد.
در سال 1952 کوششها وتحقیقات آزمایشگاه سرومکانیزم انیستیتو تکنولوژی ماساچوست به بار نشست و اولین ماشین فرز NC تلاشهای زیادی برای به وجود آوردن دستگاههای کنترل پیشرفتهتر انجام شد. با ورود کامپیوتر بهسیستمهای NC تحول دیگری در تکنولوژی NC به وجود آمد که امروز ماشینهایCNC با تعداد محورهای کنترل بیشتر و دقت و سرعت بهتر به وفور دیده میشود که میتوان اتوماسیون را به سطح بسیار بالایی در سیستمهای DNC، CAD/CAM و CIMS مشاهده نمود
کنترل عددی عبارت است از استفاده از کدهای رمزبندی شده اعداد، حروف و علائم که قابل فهم برای واحد کنترل است و پس از رمز گشایی به پالسهای الکتریکی جریان تبدیل شده و از این پالسها برای روشن و خاموش کردن سیستم محرکه، کلاچ و تجهیزات ماشین استفاده میشود. فلسفه بوجود آمدن ماشینهای NC علاوه بر ضرورت توانایی ساخت قطعات پیچیده ایجاد خودکارسازی و اتوماسیون نیز میباشد.
بشر همواره سعی بر آن داشته که تولید مکانیزه شود چرا که خودکار سازی یا اتوماسیون میتواند موجب ارتقای کیفی و کمی بهره وری فعالیت های انسانی گردد و نیز این امکان را فراهم میسازد که تعداد کمی از افراد متخصص به نتایجی دست یابند که دستیابی به آنها در گذشته نیازمند مشارکت تعداد زیادی افراد با تجربه بود. از طرفی سیستمهای خودکار انجام کارهایی را که فراتر از تواناییهای انسانی میباشد امکانپذیر میکند.
کنترل عددی کامپیوتری (CNC) یک سیستم NC مبتنی بر استفاده از کامپیوتر به عنوان واحد کنترل است. در این کنترلها سرعت پردازش اطلاعات به دلیل استفاده از کامپیوتر بسیار بالا است و بر خلاف ماشینهای NC که برنامه را خط به خط میخوانند قادر است تمام خطوط برنامه را بخواند و چک کند و سپس اجرا نماید سرعت و انعطافپذیری بالای ماشینهای CNC و کار با آن این شهامت را میدهد که آنچه را که در ذهن دارند در اسرع وقت بیازمایند و به ارتقای محصول خود فکر کنید و به سرعت نیازمندیهای مشتریان خود را تأمین نموده و در اسرع وقت خود را با نیازمندیهای بازار هماهنگ نمایند
برنامه ماشین
واحد کنترل ماشین Machine Control Unit
ماشینافزار: موتورها، اجزای مکانیکی، سیستم
برنامه شامل مجموعهای از اعداد، حروف و نشانه هایی است که به ماشین میگوید چه عملی را باید انجام دهد. مجموعه این اعداد، حروف و علائم که به صورت کدهای رمز بندی شده میباشند توسط واحد کنترل ماشین(CNU) تفسیر میشوند. این برنامه علاوه بر اطلاعات مسیر قطعه کار شامل اطلاعات تکنولوژی (مقادیر سرعت و پیشروی) و اطلاعات کمکی (مثل روشن و خاموش کردن سه نظام، قطع و وصل جریان سیال خنک کننده نیز میباشد برنامه میتواند علاوه بر تایپ مستقیم از طریق صفحه کلید دستگاه (MDI) از طریق نوار سوراخدار، نوار مغناطیسی، دیسک مغناطیسی و کامپیوتری (DNC) به ماشین ارسال میشود
CNC نوعی کنترل است که بر روی ماشین های افزار به منظور اتوماسیون استفاده شده و هر سیستم کنترل دارای سه جزء اصلی واحد ورودی واحد پردازشگر و واحد خروجی میباشد
پیچیدهترین سیستم کنترلی را انسان دارد که درآن حواس پنجگانه به عنوان واحد ورودی مغز انسان به عنوان پردازشگر و ماهیچهها و کلام انسان به عنوان واحد خروجی عمل میکند.
در CNC نیز سه جزء اصلی نام برده شده و عنوان واحد ورودی واحد پردازشگر و واحد خروجی عمل مینماید اجزای واحد کنترل عبارتند از: نوارخوان، میکروپروسسور CPU، حافظه RAM،حافظه ROM، Buffers، PHC،تقویت کننده، تابلوی کنترل و… انجام برخی اعمال که برای انسان بسیار ساده است از قبیل خواندن اندازه، تمایز بین اعداد، حروف و علائم مختلف برای تجهیزات الکترونیکی و کامپیوتری بسیار مشکل میباشد در نتیجه اطلاعات ورودی به ماشین به منظور شناخت سریع و آسان آنها باید رمز بندی شوند.
سیگناهای اطلاعاتی دارای یکی از چهار حالت زیر میباشد
سیگنال آنالوگ یا پیوسته
سیگنال کلامی انسان، دماسنج، فشار سنج از این قبیل سیگناها میباشند و کار با این سیگناها بسیار مشکل است
سیگنال دیسکریت یا گسسته
سیگنالی است که مقادیر آن در محدوده زمانهای مساوی مقادیر ثابتی را دارا میباشد این مقادیر هیچ گونه نسبتی با یکدیگر ندارند بهترین مثال برای سیگنالهای فوق مثالهای آماری میباشد.
سیگنال دیجیتالی یا پلهای
نوعی سیگنال دیسکریت یا گسسته است با این تفاوت که مقادیر آن با نسبت مشخص تغییر میکند سیستم های مخابراتی با سیگنال دیجیتال کار میکنند.
سیگنال باینری یا دو رویی
نوعی سیگنال دیجیتالی است با این تفاوت که مقادیر آن فقط بین دو محدوده صفر و یک تغییر میکند. مانند کلید کهدارای دو حالت بازوبسته می باشد که در حالت باز صفر و در حالت بسته یک در نظر گرفته میشوند.
سیگنالهایی که در مهندسی بیشتر از همه موارد استفاده قرار میگیرند سیگنالهای دیجیتال میباشند که اغلب آنها جزء سیگنالهای باینری محسوب میشوند. سیگنالهای باینری در ارائه اطلاعات دارای ارزش بسیار هستند چون درکنترل میتوان آنها را به سادگی نمایش و همچنین عملیات ریاضی را به راحتی با آنها انجام داد اعداد حروف ونشانهها را میتوان به راحتی با این سیگنالها رمز بندی کرد. در جبر بول که فقط از دو عدد صفر و یک استفاده شدهاست و بر خلاف جبر عمومی که از طیف و سیعی از اعداد استفاده شده میتوان عملیات منطقی NoT، AND،NOR و NAND را به زبان ریاضی نوشت و در تکنولوژی کنترل استفاده کرد. کامپیوتر یک وسیله برقی است که با ولتاژ کار میکند اگر کامپیوتر براساس اعداد اعشاری (آنالوگ) ساخته شود نیاز به ده نوع ولتاژ مختلف برای شناسایی اعداد داشت که انجام چنین کاری بسیار پر هزینه و مشکل است با استفاده از اعداد باینری نیاز به یک ولتاژ داریم که میتواند دو حالت وجود ولتاژ (یک) و عدم وجود ولتاژ را داشته باشند
اعداد در سیستم باینری زنجیرهای از صفر و یک میباشد که در دو نوع ISO و EIA استاندارد شدهاند
سومین قسمت اصلی یک سیستم CNC ماشین ابزار میباشد که کار اصلی فرآیند یعنی براده برداری را انجام میدهد این قسمت در حقیقت شامل قطعه کار، ابزار، فیکسچر و دیگر اجزاء مکانیکی و برقی موجود در ماشینCNC میباشد ماشینهای ابزار نیز خود به چند گروه تقسیم بندی میشوند.
ماشینهایی که درآن قطعه کارحرکت دورانی وابزارحرکت خطی داردمانندتراشCNC
ماشینهایی که در آن قطعه کار حرکت خطی و ابزار حرکت دورانی دارد مانند فرزCNC
ماشینهایی که در آن براده برداری به روشی تخلیه الکتریکی انجام میشود.
ماشینهایی که به روش سایش براده برداری میکند مانند سنگ CNC
عضوی از ماشینی است که سایر اجزای روی آن سوار میشوند لذا باید بسیار محکم و مقاوم در برابر ارتعاش و حرارت باشد تا بتواند شتابها و سرعتهای بالا را تحمل نماید عمدتاً از چدن خاکستری سخت کاری شده و در بعضی موارد از سرامیک و یا گرافیت ساخته میشود.
صفحات صاف و سختی هستند که ابزارگیر یا میز روی آنها به کمک رولیرینگ و سیستم روغن کاری میلغزند برایکاهش اصطکاک، اسلایدرها پوشش داده میشوند و یا روی لایه نازکی از روغن یا بالشی از هوا نیز حرکت میکنند.
موتور اصلی در دستگاه تراش قطعه کار و در فرز ابزار را میچرخاند در هر دو حالت موتور باید توان لازم برای برش قطعه کار را ایجاد میکند اگر در ماشین تراش CNC بخواهیم سرعت برش ثابت داشته باشیم یک سیستم تصحیح سرعت بدون پله با ترمز مورد نیاز است موتور محور اصلی میتواند از نوع DC برای ماشینها ورباتهای کوچک و یا از نوع سه فاز AC برای توانهای بالاتر باشد در نوع اخیر به کمک درایو مخصوص جهت ایجاد سرعتهای مختلف نیازمندیم البته درصورتی که فقط سرعتهای خاصی مورد نظر باشد میتوان از یک گیربکس هم استفاده کرد
در ماشینهای CNC برای به حرکت درآوردن و پیشروی محورها در ماشینهای کنترل عددی از محرکهای الکتریکی، هیدرولیکی و پنوماتیکی استفاده میشود که به شرح هر یک از آنها پرداخته میشود از جمله عوامل موثر در انتخاب نوع محرکها میتوان قدرت موتور، هزینه، قابلیت اعتماد و اطمینان مصرف برق و نگهداری آن را نام برد.
محرکهای الکتریکی
محرکههای الکتریکی شامل مورهای AC، DC و یا موتورهای پلهای میباشند.
در این نوع موتورها عامل حرکت میدان مغناطیسی استاتور یا جریان الکتریکی رتور میباشد که سرعتهای دورانیدر این موتورها با تغییر ولتاژ و همچنین گشتاور موتور با میزان جریان ورودی به خوبی قابل کنترل میباشند اینموتورها به دلیل ویژگیهایی که از جمله قدرت بالا، سرعت یکنواخت، عکس العمل سریع نسبت به تغییرات سرعت و… بیشترین کاربرد را در ماشینهای CNC دارا میباشند از این موتورها در مدارهای باز استفاده نمیشود ولی در مدارهای بسته استفاده از آنها زیاد میباشد از این موتورها بیشتر جهت دوران اصلی سه نظام استفاده میشوند.
در این نوع موتورها سرعت دوران متناوب با تغییر فرکانس ورودی تغییر کرده و تنها مزیت این موتورها این استکه نیازی به یک سو کننده ندارند و به دلیل حجم زیاد در مقایسه با موتورهای DC کاربرد کمتری در ماشینهای CNC دارند از این موتورها بیشتر جهت حرکت ابزار در راستای محورها استفاده میشوند.
در این موتورها با دادن هر پالس کنترل ورودی، موتورها به اندازه زاویه مشخص که زاویه گام نام دارد دوران کرده ومتناسب با آن زاویه پیچ ساچمهای دوران میکند که باعث حرکت خطی مهره به اندازه مورد نظر میشود دقت اینموتورها به زاویه گام و گام پیچ ساچمهای بستگی دارد و با افزایش تعداد قطبها میتوان دقت آنها را افزایش داد از خصوصیات این موتورها حجم کم کنترل دقیق محورها و ارزان بودن آنها میباشد و از معایب آنها قدرت کم آن میباشد از این نوع موتورها در سیستمهای مدار باز استفاده میشود از این موتورها بیشتر برای جابجایی ابزار(Tool Changer) در ماشینهای کنترل عددی کوچک استفاده میشود.
در محرکههای هیدرولیکی برای طولهای کم از سیلندر و پیستون و برای طولهای بلند از موتورهای هیدرولیک استفاده میشود از مزایای این سیستمها قدرت زیاد و عکس العمل سریع آن در مقابل تغییر جهت حرکت میتوان نام برد از این محرکهها بیشتر از سیستمهای مدار بسته استفاده میشود این محرکهها دارای وزن و حجم کمی بوده و امکان استفاده آنها در محیط های خطرناک وجود دارد همچنین محرکههای هیدرولیکی دارای حرکت یکنواختی بوده و پلهای نمیباشد از معایب آنها نشتی روغن و گران بودن آنها میباشد و ضمناً در مقایسه با موتورهای الکتریکی از عکس العمل و دقت پایین برخوردارند.
نحوه عملکرد این محرکههای شبیه محرکههای هیدرولیکی میباشد و نسبت به آنها دقت کمتری دارد از مزایای آنها ارزان بودن آلودگی کمتر میباشد و از معایب آنها عکس العمل بسیار کند آنها میباشد چون تراکم پذیری سیالدر این جا بیشتر از محرکههای هیدرولیکی میباشد.
برای تأمین حرکت پیشروی محورها (میز یا ابزارگیر) معمولاازمکانیزم(Ball screw) استفاده میشود برای سهولت حرکت و به حداقل رساندن سایش ولقی از نوعی پیچ و مهره خاص با گام مشخص استفاده میشود که فضای بین پیچ و مهره با ساچمههای بسیار دقیق پر شده است به این ترتیب بین پیچ و مهره عمل غلطش صورت میگیرد نه لغزش و با وجود ساچمههای دقیق لقی در هنگام معکوس شدن جهت حرکت به حداقل میرسد و حرکت بسیار نرم و دقیق را حاصل مینماید به این اساس به راحتی میتوان به یک ماشین CNC فرمان حرکتی معادل 0/001 میلیمتر را داد و انتظار حرکت دقیق را هم داشت
به منظور کنترل موقعیت محورها ازEncoder استفاده میشود در این مکانیزم یک دیسک شیشهای که روی آن خطوط تاریکی و روشنی طراحی شده است را در امتداد محور قرار میدهند یک منبع نوری دریک طرف صفحه و یک یا چند سنسور نوری (فتوسل) در طرف دیگر قرار گرفتهاند که همواره با محور حرکت میکنند در هنگام دوران محور مسیر نور توسط خطوط تاریک روی دیسک قطع و وصل شده و سلول نوری ولتاژ خروجی را براساس شدت نور میدهد و در نتیجه فتوسل یک موج سینوسی را ارسال میکند که این منبع به یک پالس تغییر شکل میدهد و پالسهای خروجی شمرده میشوند از روی آن میزان جابجایی محورها محاسبه میشود. معمولا در این نوع از سیستمهای اندازهگیری صفحه شیشهای به شکل دایره بوده که به آن اینکودرهای زاویهای میگویند و روی محور ball screw سوار میشود و همراه آن دوران میکند این اینکودرها کوچکتر و نگهداری آن آسانتر است. علاوه بر این اینکودر از نوع خطی آن نیز استفاده میشود.
برای اندازهگیری سرعت دورانی محور اصلی از تاکومتر و سنسورهای نوری استفاده میشود تاکومتر به زبان سادهیک مدار الکتریکیDC تولید کننده ولتاژ میباشد که همواره با محور اصلی دوران میکند و متناسب با دوران ولتاژ خروجی با ایجاد میکند ولتاژ خروجی این دستگاه به عنوان فید بک برای نمایش سرعت موتور استفاده میشود.
این سنسورها در ماشینهای CNC وظیفه شمارش دوران محور اصلی را دارند محل نصب این سنسورها در پشت محور اصلی است که بین آنها یک صفحه گرد که در محیط آن سوراخهایی موجود میباشد وجود دارد. هم زمان با چرخش سه نظام این صفحه گردش میکند که نوری که از فرستنده سنسور به طرف گیرنده سنسور فرستاده میشود بر اثر چرخش صفحه سوراخدار قطع و وصل میشود و اطلاعات مانند یک موج سینوسی دوران محور اصلی را مشخص کرده و آن را میتوان بر روی مانیتور دستگاه مشاهده کرد این سنسورها حساسی بوده و به عنوان موجود در کارگاه مانند گرد و غبار و دود و روغن عکس العمل نشان میدهند.از دیگر عوامل اختلال در سنسور دست کاری آن توسط افراد غیر آشنا میباشد. درماشینهایCNC ساخت شرکتBoxford انگلستان ازاین نوع سنسورهااستفاده شده است.
علاوه بر اجزاء فوق، هر دستگاه دارای اجزاء دیگری نیز میباشد که عبارتند از
– سیستم هشتداردهنده
– سیستم تعویض ابزار
– سیستم تعویض پالت
– سیستم تعویض سرعت محور دادن دوران (اسپیندل)
– سیستم روغنکاری
– سیستم خنک کاری
– میزهای گردان
– سیستم انتقال براده
برنامه نویس با توجه به نحوه استقرار قطعه کار روی ماشین، یک دستگاه مختصات برای قطعه کار خود تعریف میکند که لازم است محورهای این دستگاه از لحاظ نام و جهت محورها مطابق با سیستم مختصات ماشین باشد. تا برنامه نویس بتواند مسیر حرکت ابزار را برای واحد کنترل ماشین تعریف نماید. در اکثر موارد چنانچه برنامه نویس موظف باشد که نقطه صفر دستگاه مختصات قطعه کار را بر نقطه صفر ماشین منطبق نماید مجبور به انجام محاسبات اضافی برای تعیین مختصات نقاط خواهد بود. که ممکن است منجر به خطا گردد لذا این امکان برای برنامه نویسی وجود دارد که نقطه دیگری غیر از نقطه صفر ماشینی را به عنوان مبدأ مختصات کار در نظر بگیرد ایننقطه را نقطه صفر قطعه کار نامند و اختصاراً با حرف W نشان میدهند و به نقطه صفر متغیر نیز معروف است و باتوجه به نحوه اندازه گذاری نقشه تعیین میشود و در برنامه نویسی جهت تراشکاری قطعات نقطه صفر قطعه کار را در راستای محور Z و در پیشانی قطعه کار انتخاب میکنند و در فرز کاری قطعات معمولا در یکی از گوشههای قطعه کار انتخاب میشوند.
ارتقاء سریع سایت در گوگل با ❌بک لینک قوی❌
مشاهده
وبلاگ آیا میدانستید
