ماشین کنترل عددی CNC چیست؟

ماشین های کنترل عددی CNC، یک روش تولیدی است که کنترل، حرکت و دقت ماشین‌ابزار را با استفاده از نرم‌افزار رایانه‌ای از پیش برنامه‌ریزی‌، که در داخل ابزار تعبیه می‌شود، را بصورت خودکار جرا می‌کند. CNC معمولاً در تولید برای ماشین کاری قطعات فلزی و پلاستیکی کاربرد دارد.

بطور مثال: در آسیاب ها، تراش ها، روترها، مته ها، آسیاب ها، جت های آبی و لیزرها ابزارهای برش متداول هستند که عملیات آن ها را می‌توان با CNC نیز خودکار کرد. ئر اینجا ابتدا به مفهوم CNC می‌پردازیم.

CNC به چه معناست؟

CNC به معنای کنترل عددی کامپیوتری است. این بدان معناست که یک کامپیوتر طرح تولیدی توسط نرم افزار طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) را به اعداد تبدیل می‌کند.

اعداد را می‌توان مختصات یک نمودار در نظر گرفت و حرکت کاتر را کنترل می‌کند. به این ترتیب کامپیوتر برش و شکل دادن به مواد را کنترل می‌کند.

نحوه استفاده از مختصات را می‌توان در مقابل دید. محور X، Y و Z حرکت کاتر را روی یک دستگاه CNC سه بعدی کنترل می‌کند.

این اجازه می‌دهد تا مواد در سه جهت ماشین کاری شوند (تولید سه بعدی).

بلوک پلاستیکی در زیر بر روی یک دستگاه CNC شکل گرفته است. به صورت مکعبی شروع شد.

طرح (تولیدی بر روی CAD، نرم افزار Computer Aided Design) به مختصات تبدیل می‌شود. به کاتر دستور می‌دهد که از یک مختصات به مختصات دیگر برود.

یک بلوک پلاستیکی ساده مانند این ممکن است هزار مختصات داشته باشد.

به عنوان مثال، نقطه "A" روی بلوک پلاستیکی دارای مختصات 18، 8، 23 است (نمودار را ببینید). بلوک از هزاران مختصات تشکیل شده است و کاتر از اولین مجموعه مختصات به مجموعه دوم به مجموعه سوم و به همین ترتیب می‌رود تا زمانی که هزار مختصات را تکمیل کند.

همانطور که کاتر با سرعت بالا می‌چرخد، و در تمام مجموعه مختصات حرکت می‌کند، بلوک را برش داده و شکل می‌دهد، همانطور که پیش می‌رود.

انیمیشن زیر نشان می‌دهد که چگونه مختصات با حرکت برش در بلوک مواد تغییر می‌کند. با وجود حرکت برش در محور X و Y، با یادآوری کاتر در همان ارتفاع، مختصات Z تغییر نمی کند.

CNC در چه صنایعی کاربرد دارند؟

در واقع ماشین های CNC به دلیل امکانات بسیاری که در اختیار کاربران قرار می‌دهند. در صنایع مختلفی از جمله صنعت جوشکاری، مونتاژ الکترونیکی و ماشین های سیم پیچ فیلامنت استفاده می‌شوند.

به عنوان مثال: در صنعت جوشکاری، ماشین های CNC می‌توانند به عنوان یک جایگزین برای جوشکاری دستی استفاده شوند. بطوری که از طریق کنترل دقیق تر برای جوشکاری بهبود بخشید.

در صنعت مونتاژ الکترونیکی، ماشین های CNC می‌توانند به عنوان یک راهکار دقیق و انعطاف پذیر برای جایگزینی فرآیندهای دستی استفاده شوند.

همچنین، در صنعت ماشین های سیم پیچ فیلامنت، ماشین های CNC می‌توانند به عنوان یک راهکار دقیق و سریع برای پیچیدن سیم های بسیار ریز و حساس به کار رود.

در کل، ماشین های CNC در بسیاری از صنایع به عنوان یک ابزار کاربردی و موثر برای کنترل ابزارهای غیر ماشینی استفاده می‌شوند.

نحوه عملکرد ماشین های کنترل عددی CNC

با استفاده از دستگاه های CNC، برای تولید هر قطعه، یک برنامه کامپیوتری سفارشی نوشته می‌شود.

این برنامه معمولا با استفاده از زبان بین‌المللی G-code می‌باشد. همچنین در واحد کنترل ماشین (MCU)، که یک میکروکامپیوتر است.

بطوری که به ماشین متصل می‌شود، ذخیره و اجرا می‌گردد. از زبان M-code هم به عنوان یک پشتیبانی برای G-code در فرآیند CNC استفاده می‌شود.

به این ترتیب، با استفاده از دستگاه های CNC، قابلیت کنترل دقیق و مشخص قطعات تولیدی به وجود می‌آید. همچنین فرآیند تولید نیز به صورت خودکار و با دقت بالا انجام می‌شود.

در حالی که G-code حرکت و عملکرد دستگاه را کنترل می‌کند. M-code کنترل حرکات خارجی عملیات را به عهده می‌گیرد.

این برنامه همچنین حاوی دستورالعمل ها و پارامترهایی است که ماشین ابزار دنبال می‌کند، مانند نرخ تغذیه مواد، موقعیت و سرعت اجزای ابزار. 

ابتدای فرآیند تولید با استفاده از دستگاه های CNC چگونه است؟

مهندسان از طریق نرم‌افزار CAD، یک طراحی 3 بعدی از قطعه مورد نظر را ایجاد می‌کنند.

سپس این طرح به زبان بین‌المللی G-code ترجمه می‌شود. این برنامه سپس بر روی واحد کنترل دستگاه (MCU) بارگذاری می‌شود.

قبل از انجام فرآیند تولید و استفاده از مواد اولیه، اپراتور دستگاه یک آزمایش بدون مواد اولیه انجام می‌دهد تا از موقعیت و عملکرد مناسب دستگاه و دقت ماشین اطمینان حاصل کند.

در این مرحله، اپراتور با استفاده از کامپیوتر و نرم افزار کنترل گر، دستورالعمل های لازم برای تولید قطعه را به دستگاه CNC ارسال می‌کند.

این مرحله بسیار مهم است، زیرا هر گونه خطایی در موقعیت یا سرعت دستگاه می‌تواند باعث آسیب به دستگاه یا قطعه شود.

بنابراین، اجرای آزمایش بدون مواد اولیه، می‌تواند به عنوان یک تضمین اولیه برای اجرای موفقیت‌آمیز فرآیند تولید با دستگاه های CNC عمل کند. وقتی همه چیز مهیا شد.

دستگاه CNC برنامه خود را اجرا می‌کند و طبق دستورالعمل، کارها را با دقت کامل می‌کند. این کارها می‌تواند شامل هر چیزی باشد، از ایجاد چیزی از ابتدا تا برش قطعه کار یا چاپ هر چیزی.

چرا ماشین های کنترل عددی CNC مهم است؟

کنترل عددی ماشین‌ها را قادر می‌سازد تا بدون نیاز به ماشین‌کاری دستی یا مشارکت وسیع انسانی، اقلام را سریع‌تر و با پرداخت‌های سطحی بهتر تولید کنند.

برخی از مزایای سیستم های CNC 

ماشین های CNC مقرون به صرفه هستند و به دلیل ساخت دقیق هزینه تولید را پایین می‌آورند. مصرف انرژی در نتیجه افزایش راندمان تولید، مقیاس پذیری و ضایعات کمتر مواد کاهش می‌یابد که هزینه های عملیاتی را نیز کاهش می‌دهد.

وزن تعهدات مالی بالقوه مربوط به ایمنی کارگران نیز کاهش می‌یابد که به کاهش هزینه کمک می‌کند.

نرم افزار مورد استفاده برای اجرای انواع مختلف ماشین های CNC به دلیل شبیه سازی ها و بهینه سازی های مکرر باعث هدر رفتن کمی در طول فرآیند تولید می‌شود.

ماشین‌های CNC احتمال تصادف را به حداقل می‌رسانند و ایمنی کارگران را تضمین می‌کنند زیرا نیاز کمتری به تعامل انسانی وجود دارد.

اکثر ماشین‌های CNC مدرن خودکفا هستند و می‌توانند از راه دور توسط افراد برای ارتقای نرم‌افزار، تغییرات طراحی یا سایر تعمیرات پیشگیرانه کار کنند.

از آنجایی که خطای انسانی در فرآیند ساخت با CNC حذف می‌شود، تصور می‌شود که دقت، پیچیدگی، سرعت، انعطاف‌پذیری و تکرارپذیری بیشتری را ارائه می‌دهد. این در نهایت منجر به نقص کمتر در محصولات تولیدی می‌شود.

CNC قابلیت‌هایی مانند ماشین‌کاری کانتور را فراهم می‌کند. که امکان فرز کردن اشکال کانتور، از جمله موارد تولیدی در چاپ سه بعدی و طرح‌ها را فراهم می‌کند.

برای آن که روند برنامه‌نویسی MCU را سرعت بخشد. برخی از سیستم‌های CNC با نرم‌افزار تولید و نرم‌افزار CAD  به کمک رایانه یکپارچه می‌شوند.

یکپارچه‌سازی با نرم‌افزار برنامه‌ریزی منابع سازمانی و برنامه‌های کاربردی مرتبط، مانند نرم‌افزار مدیریت دارایی سازمانی، می‌تواند فرآیندهای عملیاتی و هوش تجاری را تسهیل کند و به بهبود عملکرد و نگهداری کارخانه کمک کند.

با استفاده از سطح بالاتر اتوماسیون، سیستم‌های CNC گلوگاه‌های تولید را کاهش داده و نتیجه را بهبود می‌بخشند.

در کنار مزایای فوق‌العاده‌ای که ماشین‌های CNC ارائه می‌کنند، گران‌تر هستند، نسبت به سایر روش‌های تولید نیاز به نگهداری بیشتری دارند و شرکت‌ها را مجبور می‌کنند یک برنامه‌نویس ماهر CNC را استخدام کنند.

برنامه های کاربردی مهم ماشین های کنترل عددی CNC

CNC نقش مهمی در صنایع و بخش‌های حیاتی مانند پزشکی، هوافضا، نظامی و دفاعی ایفا می‌کند.

از آنجایی که خرابی یک قطعه می‌تواند جان افراد را به خطر بیندازد، مشاغل در این صنایع به بالاترین سطح دقت در قطعات خود نیاز دارند که ماشین های CNC می‌توانند ارائه دهند.

برخی از صنایعی که از ماشین آلات CNC استفاده می‌کنند:

هوافضا

دقت مورد نیاز برای ساخت هر جزء از هواپیما توسط CNC افزایش می‌یابد. این شامل همه چیز از پوسته بیرونی تا داخلی ترین قسمت ها می‌شود.

هنگام ساخت قطعات هوافضا با ماشینکاری CNC باید از بالاترین سطوح دقت و صحت استفاده شود. زیرا آن ها اغلب برای ماموریت حیاتی هستند. همچنین، اغلب الزامات سختگیرانه‌ای برای صافی، گرد بودن و استوانه‌ای بودن وجود دارد که فقط با ماشین‌کاری به کمک رایانه قابل برآورده شدن است و تلورانس‌هایی به کوچکی 0.00004 اینچ غیرعادی نیستند.

آلومینیوم، فولاد ضد زنگ، برنج، نیکل، برنز، سرامیک، پلاستیک، منیزیم، تیتانیوم و آلیاژهای با کارایی بالا، مانند Inconel و Kovar، تعدادی از موادی هستند که می‌توان در ماشین‌کاری CNC هوافضا استفاده کرد.

چند نمونه از قطعات ماشینکاری CNC به شرح زیر است:

• اجزای ارابه فرود.
• کفن های تیتانیومی.
• ایرفویل.
• بوشینگ ها.
• مجموعه های استاتور.
• منیفولدها.
• بدنه گیربکس منیزیمی.
• کانکتورهای الکتریکی.

تجهیزات پزشکی

برای برآوردن نیازهای بیمار، صنعت پزشکی در درجه اول به محصولات تخصصی، دقیق و با کیفیت تولید شده توسط ماشین آلات CNC متکی است.

در طول همه‌گیری COVID-19، زمانی که نیاز به محصولات پزشکی مانند ماسک و ماسک تنفسی افزایش یافت. این وابستگی به ماشین‌های CNC افزایش یافت.

تجهیزات پزشکی یکبار مصرف نیز اغلب برای جلوگیری از ابتلای افراد به بیماری های عفونی در حین دریافت مراقبت های پزشکی استفاده می‌شود. به همین دلیل، استفاده از CNC برای افزایش و تسریع تولید محصولات پزشکی برای بخش پزشکی حیاتی تر است.

نمونه های معمولی از محصولات ساخته شده از طریق دستگاه های CNC شامل موارد زیر است:

• دستگاه های تصویربرداری تشدید مغناطیسی.
• ایمپلنت ها.
• دستگاه های ارتز.
• محفظه های الکترونیکی برای دستگاه های مانیتورینگ.
• تجهیزات تحقیقاتی.
• محوطه های محافظ.
• قطعات از پلاستیک با دمای بالا می‌سازند.
• تجهیزات پزشکی.
• بسته بندی استریل سفارشی
• محصولات مورد تایید سازمان غذا و دارو.

خودرو

یکی از بازارهای کلیدی ماشینکاری CNC، صنعت خودروسازی است. هر مرحله از صنعت خودروسازی، از نمونه سازی در تحقیق و توسعه تا تولید مقادیر زیادی قطعات، از استفاده از ماشینکاری CNC سود می‌برد.

علاوه بر این، طیف وسیعی از قطعات، از جمله بخش‌های عظیم بلوک موتور و چرخ دنده‌ها و پانل‌های کوچک، توسط ماشین‌های فرز CNC و تجهیزات تراش تولید می‌شوند.

برای یک موتور احتراقی به تنهایی چندین ماشین CNC مورد نیاز است. از این ها می‌توان برای تبدیل بلوک های فلزی عظیم به پانل های بدنه موتور و تولید سیلندرها، پیستون ها و سایر اجزایی که برای ساخت مجموعه سیلندر در بلوک موتور استفاده می‌شود، استفاده کرد.

برخی از قطعات ساخته شده از طریق ماشینکاری CNC به شرح زیر است:

• گیربکس ها
• قطعات موتور.
• محورها.
• شیرآلات.
• پانل های داشبورد.
• بلوک های سیلندر.
• گیج های گاز.

الکترونیک

ماشینکاری CNC به دلیل دقت و سازگاری، یک روش ساخت مفید برای بخش الکترونیک است.

هر دو فلز رسانا، نارسانا و همچنین انواع پلیمرها را می‌توان توسط ماشین های CNC پردازش کرد.

با استفاده از فناوری CNC، نیازی به مرحله ابزارسازی پیش تولید نیست که باعث افزایش سرعت تولید قطعات الکترونیکی می‌شود.

همچنین طرح ها را می‌توان به راحتی با حداقل نظارت اصلاح و تکرار کرد. طبق گزارش‌ها، اپل 10000 دستگاه CNC دارد. همچنین لپ‌تاپ‌های CNC را در مقیاس وسیع تولید می‌کند.

چند نمونه از اقلام تولید شده توسط ماشین آلات CNC به شرح زیر است:

• لوازم الکترونیکی مصرفی.
• نیمه هادی ها.
• غرق حرارت.
• برد مدار چاپی.
• عایق برق.
• محفظه های تقویتی.
• محافظ های تداخل فرکانس رادیویی.

نفت و گاز

ماشین آلات بزرگ مورد استفاده در سکوهای حفاری و پالایشگاه ها با ماشین های CNC طراحی می‌شوند تا از تناسب بی عیب و نقص اطمینان حاصل کنند.

تناسب ناقص می‌تواند باعث پر نشدن سیلندرها، عدم اعمال فشار مناسب به پیستون و نشت سوپاپ ها شود. بنابراین، برای اطمینان از اینکه قطعات دقیقا مطابق با نیاز قرار می‌گیرند. مشاغل پتروشیمی از قطعاتی استفاده می‌کنند که با ماشینکاری CNC انجام می‌شوند.

چند نمونه از قطعات ایجاد شده توسط دستگاه های CNC به شرح زیر است:

• مته.
• میله ها.
• پیستون ها.
• شیرآلات.
• اجزای هیدرولیک.
• سیستم های شیرآلات.

دریایی

از آنجایی که برای شناور نگه داشتن کشتی ها به قطعات بسیار دقیق نیاز است. صنعت دریایی به شدت به ماشین های CNC متکی است.

کشتی های آبی به تجهیزات زیادی از جمله سنسورهای زیر آب و تجهیزات ارتباطی نیاز دارند. در نتیجه، صنایع دریایی باید هنگام ساخت قایق ها و سایر تجهیزات دریایی از دقت CNC استفاده کنند.

برخی از قطعات متداول که از طریق دستگاه های CNC تولید می‌شوند به شرح زیر است:

• پروانه ها.
• موارد عایق.
• قطعات برای موتور.
• قالب های اولیه.
• دنده.
• استینگرها.

تاریخچه ماشین های کنترل عددی CNC

در چند دهه گذشته، فناوری CNC از دستگاه‌های کنترل‌ی با نوار پانچ به ماشین‌هایی که ورودی برنامه‌نویسی CNC را می‌پذیرند. همچنین قطعات دستگاه سه‌بعدی را با دقت فوق‌العاده تولید می‌کنند، پیشرفت می‌کند.

فناوری کنترل عددی کامپیوتری به سمت ماشین‌هایی پیش رفته است که ورودی برنامه‌نویسی CNC را می‌پذیرند و قطعات دستگاه سه بعدی را با دقت بسیار بالا تولید/چاپ می‌کنند.

منشا ماشین های CNC را می‌توان به جان پارسونز جستجو کرد. او در سال 1949 اولین ماشین کنترل عددی را ایجاد کرد که برای اجرای مستقیم کارت های پانچ طراحی شد که به ماشین می‌گفت کجا حرکت کند.

Cincinnati Milacron Hydrotel، اولین ماشین CNC تجاری موجود، بعداً در سال 1952 توسط تیمی از محققان موسسه فناوری ماساچوست معرفی شد.

ماشین های CNC برای اولین بار در سال 1958 ثبت اختراع شدند. فرآیندهای تولید افزودنی و کاهشی متمایز هستند. در عین حال به هم متصل هستند.

تفاوت های کلیدی بین این دو رویکرد تولید را کشف کنید.

برای دسترسی به منبع مقاله اینجا کلیک کنید.

امیدوارم از خواند مقاله "ماشین کنترل عددی CNC چیست؟" لذت برده باشید.