آموزش ساخت, برنامه نویسی و پیاده سازی دستگاه های سه و چهار محورCNC
طراحی مکانیکی ماشین های CNC
در این بخش در باره انواع کاربردهای دستگاه cnc و کاربردهای رایج کنترل دستگاه های cnc و تجهیزات استفاده شده در ساختاراین دستگاه ها توضیح داده می شود.
کاربرد های مشترک دستگاه های :CNC
در این بخش درباره انواع دستگاه هایی که به صورت دستی یا اتوماتیک راه اندازی می شوند توضیح داده می شود (numerically contrplled by computer). بخش زیر شامل اکثر استفاده ی مشترک این دستگاه ها می شود.ویژگی های کلی و اولیه در اکثر استفاده های مشترک از دستگاه های cnc یافت می شوند و دیگر استفاده ها و کنترل آن ها که می تواند تعمیم داده شود به عنوان مثال.
روتاری/ حکاکی
دستگاه های روتاری در سایزها و شکل های مختلف ارائه می شوند. اسپیندل موتور مناسب ,نوع موتور محورها,گشتاور موتور محورها,سرعت حرکت موتور محور ها, ارتفاع محور z و….ارتباط مستقیم با نوع کاری که با دستگاه روتاری انجام می دهید دارند. هم چنین اغلب اوقات به صورت کلی دستگاه های روتاری برای کارهای مختلفی اعم از برش کاری ,خراطی ,منبت کاری , کارهای سه بعدی (3D)و … استفاده می شوند.
بسته به نوع جنس کار می توانید از هر سایز اسپیندل موتورهایی با توان (اسب بخار یا کیلو وات) و سرعت(rpm) مختلف استفاده کنید. ماشین های حکاکی می توانند با اسپیندل موتورهای با توان 0.25 کیلو وات به بالا که سرعت دوران (RPM) آن از 6000 به بالاست کار کنند .اما اگر برای حکاکی روی چوب باید از اسپیندل موتور با توان 4 کیلووات و ماکزیموم سرعت دوران18000 استفاده کنید.
اسپیندل موتورها دارای انواع کاملا متفاوت هستند. از راهای مختلف می توان فرکانس اسپیندل موتور را تغییر داد که یکی از این راه ها استفاده از اینورتر(vfd) می باشد. مزایای استفاده از اسپیندل موتورهای فرکانس بالا بسیار است که این مزایا عبارتند از کاهش نویز در هنگام کار,طول عمر بیشتر,افزایش گشتاور و توانایی ترکیب یک ابزار تول چنجز اتوماتیک.
یکی از تفاوت های اصلی بالا بین این دو نوع از واحدهای آن نسبت سرعت و گسترش کیلووات موتور.برای کمک به فهمیدن کاربران درباره تفاوت این دو نوع هد در قسمت های بعدی توضیح می دهیم.
موتورهای یونیورسال(اوورفرز)
موتورهای یونیورسال به طور رایج در دستگاه های cnc کوچک و در دورهای پایین برای کارهای چوبی و فلز و… استفاده می شوند. دلیل استفاده از این نوع موتورها قیمت کم آن ها است.این نوع موتورها از انواع موتورهای القایی محسوب می شوند.این نوع موتورها در هنگام کارکردن صدای زیادی تولید می کنند.این موتورها برای کارهای نیمه صنعتی مناسب ترهستند.
در این موتورها سر شفت و انتهای شفت موتور از بوش به جهت مهار فشار وارده بر شفت موتوراستفاده شده است.در انواع صنعتی این موتورها از بلبرینگ به جای بوش استفاده می شود. در صورت استفاده طولانی از این موتورها بلبرینگ های آن ها اغلب نیاز به تعویض خواهند داشت.برای تعویض بلبرینگ این موتورها می توانید از یک فولی کش استفاده کنید.فولی کش از چرخش روتور و آن بالانسی آن جلوگیری کرده و باعث راحت در آوردن بلرینگ ها می شود.
اکثر این موتورها با قابلیت انتخاب سرعت در بازار موجود می باشند.موتورهای یونیورسال توانایی انتخاب رنج سرعت از 5000 تا 21000rpm را دارا می باشند.تغییر دور موتور در موتورهای یونیورسال با استفاده از تغییر در ولتاژ که این کار از طریق دیمر صورت می گیرد.در این نوع موتورها ازانواع کولت های سایز 4/1 و 8/3 و 2/1استفاده می شود. برای قطر ابزار کوچکترمثل قطر 8/1 از آداپتورهای کاهنده(کولت های فشنگی کوچک) استفاده می شود.
این نوع موتورها از توان نسبتا زیادی استفاده می کنند که توان برخی از این موتورها 3.25 اسب بخار یا حتی بیشتراست.در فرمول های زیر نحوه به دست آوردن توان نشان داده شده است.این مقادیر توسط شرکت سازنده برروی پلاک موتور درج می شود.
توان متشکل از ولتاژ و جریان است.مقدار تئوری توان از فرمول زیر به دست می آید:
Power(W)=Voltage(V)*Current(C)
مثال 1875W=125V*15A
بنابه تعریف هر اسب بخار 746 وات است.
روش به دست آوردن مقدار توان به اسب بخار درمثال قبل 1875W/746=2.5hp
یک موتور القایی معمولی تلفاتی بیشتر از 40 درصد خواهد داشت.از این رو ممکن است 60 درصد از قدرت موتوری که از روش تئوری به دست آمده در عمل قابل استفاده باشد.
مقدار توان واقعی با واحد وات 125V*15A*60%=1125W
مقدار توان واقعی با واحد اسب بخار 1875W/746W=1.5hp
این مقدار محاسبه شده کم تر از 1.5 برابر مقدار درج شده برروی پلاک موتور است.خواننده می تواند اطمینان داشته باشد که مقدار توان واقعی به دست آمده از فرمول بالا نشان دهنده بیشترین توان قابل استفاده موتور است که می تواند ارائه دهد.
سازنده موتور چگونه به مقدار ارائه شده خود که برروی پلاک موتوردرج شده میرسد؟
شرکت سازنده موتور ازمقدار جریانی که موتور القایی در هنگام راه اندازی اولیه نیاز دارد در فرمولی که در بالا توضیح داده شد استفاده می کند.این جریان به عنوان جریان راه اندازی اولیه که جریان شدید لحظه ای است و در موتورهای القایی به طور ذاتی وجود دارد شناخته می شود.
زمانی جریان راه اندازی خیلی کند باشد سیستم پانل تابلویی محافظت از وسایل الکتریکی (کلید حرارتی و کنتاکتور و…)که جریان موتور را می سنجد باعث قطع شدن جریان برق می شود.
اگر شما از معادله بالا استفاده کنید به این نتیجه می رسید که تقریبا 2.5 برابر جریان نامی موتور به عنوان جریان اولیه کشیده می شود. برای اینکه در هزینه های خودر در انتخاب موتور صرفه جویی کنید می توانید از یک موتور یونیورسال که با دوام است استفاده کنید.
موتورهای یونیورسال برای کاربردهای با سرعت ثابت مناسب نیستند ولی موتورهای جمع و جوری هستند و در مقایسه با دیگر موتورهای تک فاز به ازای جریان معین گشتاور بیشتری می دهد.پس در جاهایی که وزن کم و گشتاور و سرعت راه اندازی بالا اهمیت دارد به کار می رود.
جنبه منفی این موتورها تعمیر و نگهداری مشکل در اثر وجود کموتاتور است(اتصال سر کلکتورها و سر ذغال های موتور باعث ایجاد جریان بالا و جرقه شده و به مرور زمان باعث آسیب دیدن این ناحیه می شود.) در نتیجه به ندرت از این موتورها در صنایع استفاده می شود.
اسپیندل موتور
اسپیندل موتورها نوع خاصی از موتورهای AC با سرعت بالا هستند که به وسیله اینورترهای فرکانس بالا کنترل می شوند.اسپیندل موتورها از نظر ظاهری مشابه موتورهای یونیورسال هستندو خیلی بی سروصدا کار می کنند با این تفاوت که اسپیندل موتورها به وسیله اینورتر کار میکنند.برق ورودی اینورترهامی تواند سه یا تک فاز باشد. در واقع اسپیندل موتورها با برق سه فاز 380 ولت و سه فاز 220 ولت کار می کنند.
عملکرد اینورترها به این صورت است که برق سه فاز به اسپیندل موتور می دهد و سرعت و توان اسپیندل موتورها را از طریق فرکانس کنترل می کنند.توان و سرعت در اسپیندل موتورها رابطه مستقیم با فرکانس دارند. اسپیندل موتورها برای انجام کارهای سنگین در دستگاه های سی ان سی و کارهای صنعتی طراحی و ساخته شده اند.
معمولا بلبرینگ های استفاده شده در اسپیندل موتورها از نوع سرامیکی میباشد که خاصیت ارتجاعی این نوع بلبرینگ ها باعث وارد آمدن فشار کمتر به شفت موتور در هنگام کارکردن با سرعت بالا می شود و هم چنین موجب طولانی تر شدن عمر اسپیندل موتور می شود.
اینورتر(سافت استارتر) یا کنترل کننده دور موتور برای تنظیم دور الکتروموتورهای Ac (موتورهای سه فاز ) استفاده میگردد.اینورتر وظیفه “کنترل دور موتور” را بر عهده دارند. درایوها قادرند دور موتور را از صفر تا چندین برابر دور نامی موتور و بطور پیوسته تغییر دهند.
تنظیم دور در الکتروموتورها علاوه بر منعطف نمودن پروسه های صنعتی ، در کاربردهای زیادی منجر به صرفه جوئی انرژی هم میگردد. علاوه بر آن درایوها جریان راه اندازی کشیده شده از شبکه را به میزان زیادی کاهش میدهند. بطوریکه این جریان خیلی کمتر از جریان اسمی موتور است.
درایوها میتوانند موتور را بطور نرم و کاملا کنترل شده استارت و استپ نمایند. زمان استارت و استپ را میتوان بدقت تنظیم نمود. این زمانها میتوانند کسری از ثانیه و یا صدها دقیقه باشد. توانائی درایو در استارت و استپ نرم موجب کاهش قابل ملاحظه تنشهای مکانیکی در کوپلینگها و سایر ادوات دوار میگردد.
این درایوها تجهیزاتی هستند از قطعات الکترونیکی مانند : تریستورها ، IGBT و … ساخته شده اند که از آنها برای کنترل ولتاژیا کنترل فرکانس استفاده می شود. علاوه براین در کاربرهایی مانند جرثقیل ها ، آسانسورها و ……… که عدم موجود ضربه در راه اندازی و توقف موتور از اهمیت ویژه ای برخورداراست. استفاده از درایو اجتناب ناپذیر می شود .
موارد زیر فواید کنترل پروسه با استفاده از درایوهای AC می باشند :
* عملکرد هموارتر (Smoother)
* کنترل افزایش شتاب
* سرعتهای مختلف برای هر پروسه
* جبرانسازی تغییرات در متغیرهای پروسه
* امکان عملکرد آرام (کند) به منظور Setup
* تنظیم سرعت تولید
* مکان یابی دقیق
* کنترل گشتاور و یا Tension
مصرف انرژی اغلی در درایو های AC کمتر از کاربردهای سرعت ثابت است. پمپها و فنها دارای بیشترین مصرف انرژی می باشند. در صورتیکه یک فن با سرعت ثابت کار کند ممکن است که جریان هوا گاهی اوقات بیشتر از مقدار مورد نیاز باشد. جریان هوای اضافی را می توان با یک دمپر محدود نمود اما مفیدتر آنست که بتوان جریان هوا را با تنظیم سرعت موتور ، تنظیم نمود
