دستگاه CNC چیست؟
استفاده از دستگاه هایی مانند، دستگاه فرز، دستگاه تراش، دریل عمودی و غیره، همواره با چالش هایی همراه است. دقت و سرعت استفاده از این دستگاه ها بسیار وابسته به نیروی انسانی است، همچنین در کارهای خیلی دقیق قابلیت اعتماد این فرآیند ها بصورت دستی خیلی پایین است. از این رو دستگاه های CNC برای حل کردن این چالش ها بوجود آمدند.
دستگاه CNC یک ماشین است که توسط کامپیوتر کنترل می شود.کلمه CNC: Computer Numerical Control مخفف کنترل عددی توسط کامپیوتر است.
مفهوم بالا به زبان ساده یعنی اینکه، یک بلوک خام را به عنوان قطعه ورودی به دستگاه CNC تحویل می دهید، سپس قطعه نهایی و قطر ابزار کار را نیز به کامپیوتر دستگاه می دهید، دستگاه نحوه حرکت کردن و براده برداری جهت رسیدن به قطعه نهایی را حساب می کند.
در این مقاله، در خصوص دستگاه های CNC رو میزی صحبت می کنیم. ابتدا برای شناخت این دسته از دستگاه های CNC نیاز است تا انواع دستگاه های CNC را بشناسیم. سپس اجزای این دستگاه را شناسایی کرده و نحوه طراحی آن را بیان می کنیم.
ما در سایت مکاتکنیکال با هدف یادگیری مکانیزم های حرکت خطی مقالاتی در این خصوص روی سایت قرار دادیم. پس از خواندن مقالات سیستم حرکت خطی، انتخاب سیستم خطی و طراحی مکانیزم حرکت خطی، در این مقاله می خواهیم در مورد دستگاه های CNC رو میزی صحبت کنیم. دستگاه سی ان سی رو میزی یک مثال کاربردی کامل از ترکیب محورهای حرکت خطی است.
ما در اینجا دو هدف از نوشتن مقاله داشتیم:
- کمک به شناختن و انتخاب دستگاه سی ان سی رو میزی برای کارگاه های کوچک
- یادگیری و تمرین طراحی دستگاه CNC رو میزی
انواع دستگاه CNC بر اساس کارایی:
دستگاه های CNC را می توان به شیوه های مختلف دسته بندی کرد. یکی از رایج ترین شیوه های دسته بندی دستگاه های CNC بر اساس کارایی دستگاه است. در زیر دستگاه CNC بر اساس کارایی آن را دسته بندی می کنیم. اما در این مقاله ما با هدف یادگیری بیشتر، دستگاه های CNC را بر اساس منطق حرکتی آن ها نیز دسته بندی می کنیم.
انواع دستگاه CNC بر اساس کارایی:
- دستگاه فرز CNC
- دستگاه تراش CNC
- دریل عمودی CNC
- برش لیزر
- برش پلاسما
- برش واترجت
- دستگاه pick and place
- روتور CNC
- برش از طریق تخلیه الکتریکی
- پرینتر سه بعدی
با توجه به اینکه کاربرد دستگاه های CNC در صنعت متعدد است، همیشه ممکن است، دسته بندی بر اساس نوع کارایی برخی از دستگاه ها را از قلم بی اندازد. نوع دیگر از دسته بندی، دسته بندی براساس انواع مختلف منطق حرکتی دستگاه ها است. ما در این مقاله دستگاه های بالا را بر اساس منطق حرکتی آن ها نیز دسته بندی می کنیم:
انواع دستگاه CNC بر اساس منطق حرکتی:
دستگاه فرز و روتور CNC :
این دو دستگاه از رایج ترین انواع ماشین آلات CNC هستند. دارای یک میز کار دقیق هستند. اسپیندل دستگاه که توسط G-code و کامپیوتر کنترل می شود جابه جا می شود.
قطعه کار روی میز کار دستگاه بسته می شود، میز کار می تواند ثابت و یا متحرک باشد. تعداد محوره های دستگاه حداقل سه و حداکثر شش محور است.
با این دستگاه ها می توان، کف تراشی، سوراخ کاری، فرزکاری و برداشتن حجم های مختلف قطعه کار را انجام داد.
تفاوت فرز CNC و روتور CNC :
از لحاط منطق حرکتی این دو دستگاه بسیار شبیه به هم هستند. اما برای کارایی های متفاوت ساخته شده اند. دستگاه روتور CNC برای کار های سبک و کوچک و تراش سطوح نرم است اما دستگاه فرز CNC برای سطوح سخت و ابعاد اندازه های بزرگتر طراحی شده است.
همین تفاوت در کارایی باعث شده است تا قطعات متفاوتی در این دستگاه ها استفاده شود. برای مثال محور های فرز CNC ممکن است با بال اسکرو و ریل و واگن ساخته شده باشند و از طرف دیگر دستگاه روتور CNC با لید اسکرو و شفت راهنما ساخته شده است.
از این رو دستگاه های روتور CNC قیمت های بسیار پایین تری نسبت به دستگاه فرز دارند.
برش پلاسما، لیزر، واترجت و تخلیه الکتریکی
این چهار دستگاه از لحاظ منطق حرکتی بسیار شبیه به دستگاه های گروه اول، یعنی فرز و روتور سی ان سی سه محوره هستند. تفاوت این دستگاه ها با گروه اول این است که در جهت محور Z جابه جایی ندارند و در واقع یک دستگاه CNC دو محوره محسوب می شوند.
محورهای دستگاه روی میز کار و در جهت های X و Y جابه جا می شوند و قطعه کار را برش می زنند. عملگری که قطعات را برش می زند می تواند برش پلاسما، واترجت، لیزر و یا تخلیه الکتریکی باشد.
دستگاه تراش و سنگ زن CNC
این دو دستگاه همانند یک دستگاه تراش معمولی هستند. یک اسپیندل گردان دارند که قطعه کار را به گردش در میاورد. سپس ماژول تراش شروع به براده برداری از سطح قطعه می کند.
در دستگاه سنگ زن CNC بجای ابزار تراش، ماژول سنگ زن قرار می گیرد.
با توجه به منطق حرکتی، این دستگاه محورهای کمتری دارد و نسبت به دستگاه فرز CNC حجم کمتری دارد.
دریل CNC
دریل رو میزی در واقع یک دریل عمودی است که توسط G-code کنترل می شود. با حرکت میزکار بصورت خودکار، می توان محل دقیق سوراخ ها را با این دستگاه تا دقت 0.001 میلمتر ایجاد کرد. چنین دقتی با فرآیند دستی غیر ممکن است.
پرینتر سه بعدی
پرینتر های سه بعدی نسل جدید از دستگاه های CNC هستند. منطق حرکتی در این دستگاه همانند منطق حرکتی دستگاه های گروه اول است. اما منطق کاری آن ها متفاوت است.
دستگاه فرز با براده برداری قطعه نهایی را ایجاد می کند. در حالی که پرینتر سه بعدی با لایه گذاری این کار را می کند. با حرکت محورها و هد دستگاه، لایه ها با ضخامت های در حد دهم میلیمتر روی یکدیگر قرار می گیرند و قطعات پیچیده را ایجاد می کنند.
در واقع این دستگاه بجای فرز یا روتور یک اکسترودر دارد. اکسترودر مواد را ذوب می کند و روی میز کار میریزد. سپس مواد ذوب شده دوباره به شکل جامد خود تبدیل می شوند.
دستگاه pick and place
دستگاه pick and place در اتوماسیون صنعتی و بسته بندی محصولات کاربرد فراوانی دارد. با قرار دادن یک گریپر روی محور Z دستگاه CNC می توان قطعات مختلف را از محل تعیین شده برداشت و در محل دیگری قرار داد.
برای مثال در دستگاه زیر قطعات برد های الکتریکی از محل دپو شده آن ها توسط گریپر برداشته می شود و سپس در محل مشخص شده روی برد الکتریکی قرار می گیرد.
از دستگاه های pick and place در خطوط تولید استفاده های فراوانی می شود. یکی دیگر از استفاده های آن، برداشتن محصولات تولید شده و قرار دادن درون بسته بندی محصول است.
اجزای دستگاه CNC رو میزی
اگر بخواهیم سی ان سی رومیزی را در دسته بندی بالا قرار دهیم، در گروه اول قرار می گیرد. در واقع این دستگاه از نوع روتور های CNC است و دسته بندی مستقلی برای خود ندارد. اما به دلیل اینکه استفاده از این نوع خاص از دستگاه سی ان سی روایج یافته ست، ترجیح دادیم بصورت جداگانه به آن بپردازیم.
سی ان سی رومیزی یک روتاری CNC در ابعاد و اندازه کوچک و برای کارهای ساده تر و همچنین تراش قطعات نرم تر طراحی شده است. با توجه به کاربرد این دستگاه، نیاز به دقت خیلی بالایی هم ندارند و ازین رو اجزای تشکیل دهنده این دستگاه اجزای ارزان قمیت تری هستند.
- محورهای حرکتی: محورهای حرکت خطی در این دستگاه اغلب لید اسکرو همراه با شفت راهنما است. علت استفاده از لید اسکرو این است که محورهای حرکتی در این دستگاه قدرتی هستند( بخصوص محور حرکتی Z)، در نتیجه بهتر است از پیچ های انتقال قدرت برای محورهای حرکت خطی استفاده کرد. اما در بین پیچ های انتقال قدرت، استفاده از بال اسکرو، توجیحی ندارد.
پیچ بال اسکرو یک پیچ دقیق و گران قیمت است. با توجه به کاربرد دستگاه، نیاز به دقت بالای پیچ های بال اسکرو نیست. ما در مقالات قبل اجزای مختلف سیستم حرکت خطی را مقایسه کرده ایم. در صورتیکه نیاز به مطالعه بیشتر بود می توانید این مقاله را هم مطالعه کنید.
- استپر موتور: جهت حرکت محور های حرکتی، از استپر موتورهایی که غالبا گشتاور کمتر از 10 کیلوگرم سانتی متر استفاده می شود.
- اسپیندل موتور: اسپیندل موتور هایی با دور 12 هزار تا 28 هزار RPM با ولتاژ بین 12 تا 36 ولت در دستگاه های سی ان سی رو میزی خانگی استفاده می شود. جهت برش قطعات یک ابزارگیر(کولت) به انتهای اسپیندل نصب می شود و ابزار های مختلف را می توان به اسپیندل موتور متصل کرد.
- برد کنترلی دستگاه: بردهای کنترلی که در دستگاه CNC رو میزی استفاده می شوند، از برند های mach3، GRBL ، Arduino و غیره است. این بردهای کنترلی همراه با یک CNC shield محورهای دستگاه را کنترل می کنند.
کنترلرهایی که روی دستگاه های فرز CNC( نه دستگاه CNC رومیزی) استفاده می شود، کنترلر های بسیار قدرتمندی هستند. اما با توجه به دقت دستگاه سی ان سی رو میزی و سرعت پایین استپر موتورها استفاده از برد های کنترلی ذکر شده در بالا یک گزینه کاملا مناسب و ارزان قیمت است
- استراکچر دستگاه:
بدنه دستگاه های CNC رومیزی که در بازار موجود است، پلاستیکی، آلمینیومی و فولادی است. بدنه های پلاستیکی بدلیل استحکام پایین، برای کارهای خیلی سبک و قطعات کوچک و نرم استفاده می شود (برای مثال برای براده برداری از روی قطعات رزینی و پلاستیکی کوچک).
متاسفانه بدلیل اینکه بسیاری از پرینتر های سه بعدی بدنه پلاستیکی دارند و این بدنه برای سه محور حرکتی در بازار به راحتی پیدا می شود، برخی از دستگاه ها نیز از همین بدنه ها استفاده می کنند. اما بدلیل اینکه ماهیت دستگاه سی ان سی رومیزی براده برداری است و کار آن سنگین تر از کار دستگاه پرینتر سه بعدی است، بهتر است از بدنه مستحکم تری برای این دستگاه استفاده کنید.
دستگاه سی ان سی با بدنه آلمینیومی، در بین موارد ذکر شده رایج تر است. دستگاه هایی که بدنه آلمینیومی دارند یا از صفحات آلمینیومی ماشین کاری شده و یا از پروفیل های آلمینیومی آماده استفاده می کنند.
اگر بصورت انبوه این دستگاه ها ساخته شوند، استفاده از صفحات آلمینیومی به صرفه تر و دقیق تر است. اما اگر بصورت شخصی قصد ساختن دستگاه را دارید، می توانید از پروفیل های آلمینیومی آماده استفاده کنید. با توجه به این که شیار های این پروفیل ها جای پیچ دارند، نیازی به ماشین کاری در این پروفیل ها ندارید.
استفاده از بدنه فولادی برای دستگاه، باعث استحکام بیشتر وزن بالاتر و لرزش کمتر در دستگاه می شود. با توجه به اینکه با این دستگاه های سی ان سی نمی توانید فلزات سخت را ماشین کاری کنید، دستگاه های کمتری از بدنه فولادی برای دستگاه های CNC استفاده کرده اند.
دستگاه CNC رومیزی برای کارگاه های کوچک
هدف اول از نوشتن این مقاله کمک به کارگاه های کوچک جهت آشنا شدن و انتخاب دستگاه CNC مناسب با نیاز کارگاهشان است. بسیاری از کارگا های کوچک می توانند بخشی از فرآیند های دستی و زمان بر خود را با استفاده از دستگاه سی ان سی رو میزی انجام دهند. استفاده از این دستگاه باعث صرفه جویی در وقت و نیروی کار برای این کارگاه ها می شود و همچنین کیفیت کار نهایی نیز خیلی از مواقع بالاتر از فرآیند دستی است. برای مثال : ساخت قطعات کوچک چوبی، برش کاری و حکاکی روی تجهیزات پلاستیکی و یا رزینی، ساخت نمونه های اولیه، ثیقل دادن به قطعات ساخته شده از طریق پرینتر سه بعدی و غیره.
این دستگاه های CNC رو میزی با هدف استفاده عمومی و برای کارگاه های کوچک طراحی شده اند. در نتیجه علاوه بر قیمت های مقرون به صرفه ای که دارند، نحوه استفاده از آن ها بسیار ساده است. هم نحوه تنظیمات فیزیکی دستگاه و هم نرم افزار هایی که برای این دستگاه ها موجود است رابط کاربری ساده ای دارد تا یک کاربر که آشنایی با این دستگاه ها ندارد هم به راحتی بتواند نحوه کار کردن با این دستگاه ها را یاد بگیرد.
مجموعه های فراوانی هستند که اثاثا در کار ساخت نیستند وکارگاه ساخت محسوب نمی شوند، اما با استفاده از یک دستگاه سی ان سی رو میزی و پرینتر سه بعدی توانسته اند یک واحد کوچک تولید برای خود ایجاد کنند و بسیاری از نیازهای مجموعه به برون سپاری را درون مجموعه تامین کنند.
همانطور که گفته شد، یکی از اهداف نوشتن مقاله آشنایی کارگاه های کوچک با این دستگاه و نحوه انتخاب آن است. احتمالا افرادی که با این هدف مقاله را می خوانند بسیاری از قطعات استفاده شده در این دستگاه را نمی شناسند. در این مقاله سعی شده است که در حد بضاعت اجزای این دستگاه را شناسایی کنیم تا هنگام انتخاب دستگاه نیاز خود را دقیق تر بشناسیم. همچنین در کنار خواندن این مقاله توصیه می شود، با فروشنده دستگاه مشورت شود. چرا که بسیاری از قطعات قرار داده شده روی دستگاه می تواند مطابق با نیاز مشتری تغییر کند.
مقایسه دو نمونه از دستگاه های CNC موجود در بازار ایران
در ادامه دو نمونه از CNC های رومیزی موجود در بازار ایران را با یکدیگر مقایسه می کنیم. هدف از این مقایسه این است که شما هم بتوانید مزیت اجزای مختلف استفاده شده در CNC های رو میزی را بسنجید.
کیت سی ان سی رو میزی با میز کار 30*18 سانتی متر و عمق پیشروی 45 میلیمتری
این دستگاه را پس از خریداری باید خودتان سر هم کنید. کنترلر آن آردواینو همراه با CNC shield است. اگرچه به منظور استفاده آموزشی طراحی شده است، اما با توجه بدنه آلمینیومی که دارد می توان برای انجام کارهای ساده و کوچک از آن استفاده کرد. همانطور که مشاهده می کنید محورهای آن از لید اسکرو و بلبرینگ خطی ساخته شده است. اسپیندل موتور آن توان 120 وات با دور حداکثر کاری 10000 دور بر دقیقه است.
اسپیندل موتور استفاده شده در این دستگاه در حد متوسط است برای همین برای فرزکاری روی آلمینیوم و چوب خیلی مناسب نیست. به همراه این دستگاه یک ماژول لیزر جهت حکاکی روی چوب نیز هست.
سی ان سی رو میزی با میز کار چوبی و ابعاد 5/1 در 1 و عمق 20 سانتی متر
میز کار این دستگاه برای یک دستگاه CNC رو میزی نسبتا بزرگ است. برای همین از نوع دروازه متحرک است.در دستگاه های دروازه متحرک، هد دستگاه و محور Z هم در جهت Y و هم در جهت X حرکت می کند و میزکار ثابت است.
اسپیندل مورد استفاده در این دستگاه نسبتا قدرتمند است که باعث می شود به راحتی قابلیت فرزکاری روی چوب را داشته باشد. (اسپیندل 500 وات با حداکثر دور 18000 دور بر دقیقه) اما بدلیل استفاده از میز چوبی، برای فرز کاری روی آلومینیوم مناسب نیست. بدنه دستگاه و میز کار باید از قطعه کار مستحکم تر و یا حداقل استجکام آن ها برابر با خود قطعه کار باشد.
استفاده از چرخ هرزگرد و دنده شانه برای انتقال قدرت و برد کنترلی دستگاه mach3 است. برای محورهای حرکتی از استپر موتور های قدرتمند 16 کیلوگرم سانتی متر گشتاور استفاده کرده است.
برد کنترلی mach3 یک برد کنترلی کاملا حرفه ایست که روی دستگاه های CNC بزرگ نیز استفاده می شود. قطعا استفاده از این برد کنترلی باعث افزایش سرعت محورها و همچنین جلوگیری از خطا در حرکت محورها می شود.
در خصوص استپر موتورها، دستگاه های مینی سی ان سی استپر موتورهایی با گشتاور حدود 5 کیلوگرم سانتی متر دارند. اما در این دستگاه از استپر موتور هایی با گشتاور 16 کیلوگرم سانتی متر استفاده شده است. قدرت بیشتر استپر موتور به شما قابلیت قرار دادن قطعات سنگین‌تر و عمق فرز کاری بیشتر را می دهد. با توجه به طول محورهای بلند‌تر این دستگاه و همچنین استفاده از فرز قدرتمند‌تر، استفاده از استپر موتور با چنین قدرتی توجیح پذیر است.
طراحی دستگاه CNC سه محوره
قدم اول در طراحی دستگاه CNC رومیزی همانند قدم اول طراحی هر چیزی، دیدن فیلم های دستگاه های ساخته شده، خواندن تجریبیات کسانی که این کار را انجام داده اند ، دیدن دستگاه های موجود در بازار ودیدن فایل های سه بعدی از دستگاه است. این مشاهده باعث می شود تا ایده های طراحی در ذهنتان شکل بگیرید و مقایسه ای بین طراحی های مختلف انجام دهید.
در این مقاله اجزای دستگاه تشریح شد، دو دستگاه سی ان سی رو میزی در بازار مورد مقایسه قرار گرفت، در ادامه هم لینک دو سایت معتبر که تجربیات خود را از ساخت این دستگاه عنوان کرده اند قرار میگیرد. فایل سه بعدی دو دستگاه سی ان سی نیز در بخش بعدی قرار گرفته است.
فایل سه بعدی اول از دستگاهی است که برای ساخت و طراحی مبنا قرار گرفته است و فایل سه بعدی دوم مربوط به مدل سه بعدی است که با توجه به دستگاه مبنا و اقلام موجود در ایران طراحی کرده ام. مقایسه این دو فایل الگوی خوبی می تواند باشد در خصوص اینکه چگونه یک دستگاه را با توجه به امکانات و قطعات موجود باز طراحی کنیم.
همانطور که گفته شد، در واقع دستگاه سی ان سی رومیزی، ترکیبی از سه محور حرکت خطی است. در مقاله طراحی مکانیزم حرکت خطی در خصوص طراحی این محورها با جزییات صحبت شده است و در این مقاله قصد نداریم، وارد جزییات طراحی شویم.
با دیدن فیلم ها ، فایل های سه بعدی ، خواندن مقاله ذکر شده و خواندن مقالاتی که لینک آن در زیر قرار گرفته است می توانید طراحی دستگاه را آغاز کنید. اما قبل شروع به طراحی باید جواب سوال های زیر برای شما مشخص شده باشد:
- چه نوع دستگاه سی ان سی رو میزی ای برای طراحی مد نظر دارید؟( تعداد محورهای آن چند است؟ دروازه متحرک است یا دروازه ثابت؟)
- از چه مکانیزم حرکت خطی ای برای محورهای دستگاه استفاده می کنید؟
- ابعاد میز کار شما و عمق پیشروی چقدر است؟
- چه نوع موادی را با دستگاه می خواهید برش بزنید؟
- دقت کار شما چقدر است؟
- سیستم کنترلی شما چیست؟
- استراکچر دستگاه از چه جنسی است؟
این سوالات حداقل سوالاتی است که قبل از فرآیند طراحی و ساخت باید پاسخ داده شوند. در این مقاله در خصوص سوالات ذکر شده صحبت شده است. در زیر نیز دو مقاله در خصوص ساخت دستگاه CNC قرار داده شده است:
دانلود فایل سه بعدی دستگاه CNC رومیزی
در زیر دو فایل از دستگاه CNC رو میزی قرار گرفته است. فایل اول مدل سه بعدی که جهت ساخت انتخاب شده است، فایل دوم مدلی است که مطابق با قطعات موجود در بازار ایران و مطابق با فایل اول باز طراحی شده است.
2 نظر در “دستگاه CNC رومیزی”
خیلی سایت خوبی دارید. خیلی خوب توضیح داده شده همه چیز
خیلی ممنون از شما و خیلی بیشتر خوشحالیم که مطالب رو دوست داشتین.