CNC

دستگاه CNC پنج محور؛ تمام آنچه باید بدانید

Rating: 5.0/5. From 1 vote. Show votes.
Please wait...

بیشتر کسانی که در گاراژها و کارخانه ها کار می کنند بدون شک با فرزکاری CNC آشنا هستند. فرآیندی که شامل یک اسپیندل، مقداری ماده خام و سر و صدای زیاد است. اما فرزکاری CNC پنج محوره کشفی جدید و با ارزش است.

آنچه در این مقاله در مورد آن صحبت خواهد شد فرزکاری CNC پنج محوره و مقایسه آن با پرینتر سه بعدی فلز است. تفاوت  CNC پنج محور با نوع معمولی در قدرت گردش محورهای اضافه است.

«سی ان سی»، فرآیندی است که در آن یک ابزار برش به صورت سیستمی موادی را حذف میکند تا به یک هندسه نهایی دست پیدا کند. در این فرآیند کاهشی، یک کامپیوتر وظیفه تبدیل طراح سه بعدی CAD به محور مختصات سه گانه را به عهده دارد. این مختصات به دستورالعمل هایی تبدیل می شوند که به ابزار برش ارسال می شوند تا این ابزار با حذف و بریدن مواد، جسم نهایی را تولید کند.

فرآیند Computer Numerical Control که به اختصار آن را CNC می خوانند، به سیستمی گفته می شود که در آن یک سر ابزار در مسیرهای از پیش تعیین شده حرکت می کند و کارهایی مانند دریل، برش، پرینت یا فرزکاری را انجام می دهد.

در بین انجمن های سازندگان، اغلب از CNC برای اشاره به فرزکاری CNC استفاده می شود، فرآیندی که در آن از یک اسپیندل به عنوان سر ابزار استفاده می شود. با این وجود، بد نیست بدانید که CNC می تواند به عملیات های دیگری غیر از فرزکاری نیز اطلاق شود.

توضیح ساده فرزکاری CNC پنج محور

CNC

اگر بخواهیم ساده بگوییم، دستگاههای فرزکاری CNC با پنج محور در واقع مدلی پیشرفته از دستگاه های معمولی فرزکاری هستند که در آنها ابزار برش به صورت همزمان در پنج محور متفاوت حرکت میکند. تنها با این آزادی حرکت است که این دستگاه میتواند هندسه های پیچیده را تولید کند. دستگاههای CNC  معمولی سه محوره، که طرفداران زیادی هم دارند، نمی توانند اسپیندل برش را در هر جهتی حرکت دهند. برای مثال، این دستگاه ها بدون دخالت و تنظیماتِ دستیِ مواد خام در حین انجام فرآیند، قادر نیستند حفره ها و برآمدگی های جانبی را تولید کنند.

متریال های معمول فرزکاری CNC

  • فیبر کربن
  • آلومینیوم
  • تیتانیوم
  • چوب (برای مصارف هنری و طراحی)
  • پلاستیکها

دستگاههای CNC پنج محوره به این دلیل که قابلیت ساخت قطعات نسبتا پیچیده از متریالهای قوی و با دوام را دارند، در صنعت هوا و فضا (که به قطعات پیچیده و قدرتمند نیاز دارد)، برای  تولید و نمونه سازی استفاده میشوند.

فراتر از سه محور

ممکن است خوانندگانی که با ریاضیات آشنا هستند این سوال برایشان پیش بیاید که این دو محور اضافی از کجا آمده اند. خب میدانیم که سیستم مختصات دکارتی تنها سه محور دارد: محور های X، Y و Z. اما مسئله بسیار ساده است، در CNC های پنج محوره یک محور چرخشی به دور هر یک از محور های X و Y اضافه می کنند.

تصویر بالا شش محور را نشان میدهد. چرخش به دور محور عمودی Z نیز در برخی دستگاه ها وجود دارد اما در واقع دستگاه های فرزکاری CNC شش محوره بسیار نادر هستند زیرا افزودن محور ششم سود چندانی ندارد.

پنج محور در دنیای سه محوره

دو روش مکانیکی وجود دارد که دستگاه های برش CNC می توانند به توانایی پنج محور خود دست پیدا کنند:

  • سر ابزار چرخنده
  • حرکت میز ( و بلوک متریال)

دستگاه هایی که سر چرخنده دارند، همانطور که از نام آنها پیدا است، می توانند سر ابزار را به دور بلوک متریال بچرخانند تا به فضاهای تنگ از زوایای مختلف دسترسی داشته باشند. یکی از مزایای این روش این است که می توان اجسام بزرگ و سنگین را ماشینکاری کرد زیرا بلوک متریال در طول فرآیند ثابت می ماند.

مقاله مرتبط: دستگاه برش CNC یا پرینتر سه بعدی: راهنمایی، توصیف و مقایسه

از طرف دیگر، دستگاه هایی هستند که جسم روی میز را حرکت می دهند و به آنها Trunnions هم گفته می شود. این دستگاه ها با چرخاندن میزی که متریال روی آن قرار دارد می توانند از دو محور اضافی خود آزادانه استفاده کنند. مزیت این روش در سرعت و استحکام است، اگرچه اجسام سنگین و بزرگ را در این روش نمی توان چرخاند.

دنیای پیچیده پنج محور

cnc

اما فرزکاری CNC پنج محوره پیچیدگیهایی دارد. به خصوص زمانی که میخواهید اجسام را برش دهید. برای مثال، بین دو روش استفاده شده برای دستیابی به توانایی های پنج محور تفاوت هایی وجود دارد:

  • روش پیوسته

به این صورت است که تنظیماتی پیوسته برای ابزار برش در پنج محور انجام می شود تا نوک ابزار در حالتی بهینه عمود بر سطح قرار بگیرد. اما در طرف مقابل، در روش 3 + 2، قطعه در زاویه مشخصی که توسط محور های اطراف X و Y تعیین شده است قفل می شود، تا سر ابزار در سه محور کار برش را انجام دهد.

  • مقایسه روش پیوسته با روش 3 + 2

شاید برایتان سوال باشد که مزیت اصلی روش پیوسته در چیست؟ سرعت. وقتی نیازی ندارید که هر بار برای تغییر زاویه عملیات برش را متوقف کنید؛ یعنی در روش CNC پنج محوره پیوسته، سرعت کار بیشتر است.

CNC 5Axiz
قطعات تولیدی با CNC امکان استفاده مستقیم را فراهم میکند

لازم به ذکر است که در این روش به دلیل حرکت پیوسته سر ابزار، قطعات متحرک بیشتری درگیر می شوند که این باعث سایش بیشتر می شود و امکان تصادف و خرابی را بیشتر می کند. بنابراین این روش از نظر مکانیکی و برنامه ریزی برای انجام یک عملیات موفق، پیچیده تر است.

این باعث می شود یک مسئله مهم در دنیای پنج محوره مشخص شود: برخورد. با وجود ابزارهای برش سنگین و تکه های متریالی که با سرعت زیاد به هوا پرتاب می شوند، این امر بسیار مهم است که مطمئن شویم این چیزها به هم برخورد نمی کنند. اما این که به یک دستگاه آموزش دهید تا هر چیزی را در فضای سه بعدی تعقیب کند نیاز به یک چالش برنامه نویسی بزرگ دارد.

نرم افزار جانبی

حالا که صحبت از چالش برنامه نویسی شد به این نکته بپردازیم که تبدیل یک طراحی سه بعدی از فایل نرم افزار CAD به یک الگوی فیزیکی خودش یک شاهکار مهندسی است. تنها بعضی از ابزار های نرم افزارهای پیشرفته می توانند در دنیای واقعی نتایج خوبی تولید کنند.

CNC  پنج محوره و پرینت سه بعدی

سی ان سی

نشان دادن شباهت های فرزکاری CNC پنج محوره با پرینت سه بعدی چندان کار سختی نیست. پس شاید برای شما جالب باشد که مقایسه این دو فرآیند چگونه خواهد بود. کوتاه ترین جواب این است که پرینت سه بعدی و CNC بیشتر مکمل هم هستند تا این که جایگزین هم باشند. از CNC برای تولید قطعات قوی تر و سخت تر استفاده می شود.

نکته: دستگاههای سی ان سی پنج محوره، میتوانند با سرمته یا لیزر برش دهنده کار کنند.

یک تفاوت بارز این است که CNC پنج محوره کاربرد اختصاصی صنعتی دارد. البته از 3D Print نیز در دنیای صنعت استفاده میشود. (مثلا در قالب دستگاههای SLS که با استفاده از لیزر و مخزن بزرگ پودر می توانند قطعاتی را به صورت افزایشی تولید کنند).

اگرچه هر دو آنها می توانند با متریالهای حرفه ای مانند آلومینیوم کار کنند ولی یکی از مزایای پرینت سه بعدی SLS بازدهی آن در تولید ساختارهای بسیار پیچیده، توخالی یا نازک است. در ایران با سختی میتوان یک دستگاه سی ان سی پنج محوره با قیمت گران تهیه کرد ولی تا زمان نگارش این مقاله نیز پرینترهای سه بعدی فلزی به جهت مسائل تحریمی و فنی تجاری نشده اند.

مقایسه فرزکاری با پرینت سه بعدی

خلاصه مطلب این است:

  • پرینت سه بعدی صنعتی در فرآیند تولید، مواد نسبتا بیشتری صرف می کند.
  • با پیشرفت هر چه بیشتر تکنیکهای پرینت سه بعدی فلزی، زمان ساخت در حال کاهش است.
  • پرینت3بعدی فلز نیاز به عملیات پس از پرداخت دارد.
  • چاپ سه بعدی فلز فرآیندی افزایشی و سی ان سی پنج محور، تکنیکی کاهشی است.
  • در فرزکاری CNC نیز گاهی نیازمند پرداختکاری پس از ساخت هستید.
  • فرزکاری CNC باعث کاهش استفاده از متریال در حجم مواد اولیه می شود.
  • قطعات پرینت فلزی معمولا مقاومت کمتری نسب به CNC دارند.
  • ریخت و پاش، مصرف برق و صدای دستگاه CNC پنج محوره بسیار زیاد است.
  • چاپگر سه بعدی فلز مصرف برق کمتر و کارکرد تمیزتر و بی صدایی دارند.
3d print
فقط یک پرینتر سه بعدی قادر است چنین قطعه یکپارچه، توخالی و ظریفی را تولید کند

در پرینت سه بعدی SLS، برای تولید یک قطعه و بدون توجه به اندازه آن، تمام حجم مخزن باید از پودر پر شود. به دلیل این که تمام مخزن در طول پرینت در معرض حرارت قرار میگیرد، همه مواد باقی مانده را نمیتوان دوباره استفاده کرد. بنابراین، پرینتها را باید طوری پشت سر هم برنامه ریزی کرد که استفاده از حجم پودر به حداکثر رسانده شود و از فضای استفاده نشده کاسته شود زیرا بخشی از این پودر به راحتی هدر می رود.

فرزکاری CNC به صورت کلی چندان محدودیتی ندارد. تنها کافی است که یک بلوک متریال به اندازه مدل نهایی داشته باشید تا اضافه های آن برش داده شده و هندسه نهایی تولید شود. اگر اندازه متریال با مدل نهایی یکسان باشد، موادی که هدر می رود بسیار اندک خواهد بود. جدا از این، در برخی از متریال های CNC مانند آلومینیوم، موادی که برش خورده را می توان جمع کرد و دوباره استفاده کرد (البته شرکتهای تولید کننده چاپگر سه بعدی فلز نیز به تازگی امکان استفاده مجدد بخشی از پودر را فراهم کرده اند).

یک نکته کوچک

یکی دیگر از روش های پرینت سه بعدی صنعتی که البته به اندازه SLS معروف نیست، Electron Beam Melting یا EBM است که متریال کمتری استفاده می کند. به این دلیل که در این روش نیازی نیست که حجم خاصی از متریال پر شود. اساسا در این حالت از پرتاب متریال برای ساختن قطعه استفاده می شود.

آینده پنج محوره

سی ان سی

آینده CNC پنج محوره زمانی است که یک بلوک مواد اولیه را در دستگاه قرار دهید و تمام! چند ساعت بعد قطعه آماده را تحویل بگیریم. در حال حاضر، قطعه های ماشینکاری شده پس از پایان برش هنوز نیاز به فرآیندهای دیگری دارند و این کار دستی باعث می شود زمان تحویل قطعه نهایی به طول بیانجامد. بنابراین، امکان خودکار شدن بیشتر در دنیای CNC پنج محوره می تواند هیجان انگیز باشد.

با این وجود، این تکنولوژی حیرت انگیز در حال حاضر هم کارهای شگفت انگیزی انجام می دهد. می توانید تعدادی ویدیو از کارهای فوق العاده ای که این دستگاه ها انجام می دهند را در اینترنت ببینید و آن وقت است که آرزو می کنید کاش چند هزار دلار یا چند میلیون تومان پول داشتید تا یکی از این دستگاه ها برای خودتان می خریدید!

مصرف کنندگان خانگی

cncاگر شما یک سازنده متوسط هستید، ممکن است از نداشتن دستگاه CNC تاسف بخورید. با این حال، نیازی به ناراحتی نیست. دستگاه CNC پنج محوره به دلایل خاصی در دنیای صنعت وجود دارند. چرا که از آنها برای تولید قطعاتی استفاده می شود که هم پیچیده هستند و هم باید خیلی خیلی قوی باشند.

خب تصور ما این است که اغلب خوانندگان مقاله ما افرادی نیستند که آخر هفته خود را با طراحی قطعات تجاری هواپیما بگذرانند. اگر هم واقعا مورد خاصی وجود دارد، امروزه تعداد زیادی دستگاه های مصرفی مقرون به صرفه وجود دارد که توانایی تولید مختصات پیچیده را دارند و تنها با یک کلیک می توانید آنها را درب منزل خود تحویل بگیرید (منظورمان کشورهای صنعتی است نه ایران).

با جستجوی کلماتی مثل «DIY 5 Axis CNC» در جستجوگر گوگل، راهنماهای متعددی برای ساخت «مدلهای خانگی سی ان سی پنج محوره» نمایش می یابد؛ برای اشخاصی که دستی در مهندسی دارند و هزینه بالای خرید دستگاههای باکیفیت را ندارند، شاید این گزینه مناسب تر باشد.

بعضی از گزینه های مقرون به صرفه

اگر نیاز به تولید جزئیات ریز و دقیق دارید پرینترهای سه بعدی SLA (در کشورهای صنعتی) وجود دارد یا اگر می خواهید مجسمه نایلونی با دستگاه SLS بسازید، میتوانید به شرکتهای خدمات پرینت سه بعدی سفارش دهید (به تازگی خدمات پرینت سه بعدی فلز در ایران نیز شروع شده است).

نوشته: مهرداد سینایی


دیدگاه خود را بنویسید:

نظرات پس از بررسی مدیر سایت تایید میشود

شش + شش =