امروزه قطعات صنعتی دارای پیچیدگی های هندسی متفاوتی می باشند كه فقط با استفاده از ماشین ابزارهایی با دقت بالا قابل تولید اند. با پیشرفت چشمگیری كه در صنعت الكترونیك در دهه هفتاد میلادی به وجود آمد بكارگیری مینی كامپیوتر ها در صنعت ماشینكاری مرسوم گردید.
ماشین ابزارهایی كه به كمك كامپیوتر هدایت می شدند CNC نام گرفتند. به كمك CNC به تدریج دقت مورد نیاز برای تولید قطعات پیچیده در صنایع مختلف مانند هوافضا و قالب سازی حاصل شد. با دست یابی به تلرانسهای بسیار دقیق برای تولید یك قطعه تدریجا اندیشه بالاتر بردن سرعت تولید نیز قوت یافت. با ساخت ابزارهایی با سختی زیاد، شرایط برای بالا بردن نرخ تولید نیز بهبود یافت . تا اینكه امروزه با بكارگیری تكنیكهای ماشینكاری با سرعتهای بالا قطعاتی با تلرانسهای دقیق در زمان بسیار كوتاهی تولید می گردند. به عنوان مثال می توان برش با دستگاه CNC را نام برد.
برای دست یابی به قابلیت ماشین كاری با سرعتهای بالا می باید در زمینه های مختلف مانند طراحی سازه ای، كنترل ارتعاشات خود برانگیخته، یافتن بهترین نرخ براده برداری و كنترل حركت و سرعت در راستای مسیر مورد نظر به پیشرفتهایی دست یافت.
دستگاه CNC چیست ؟
CNC مخفف computer numerical control می باشد در ایران این ماشین ها CNC خالی خوانده میشوند ولی نام آنها به فارسی ماشین های (دستگاه های ) كنترل عددی ترجمه می شود .
نسل اول این دستگاه ها NC ها بوده اند یعنی كامپیوتر را نداشته است و دستگاه طبق منطقی خاص دستورات را درك می كرده مثلا با استفاده از كارت های پانچ شده.
به عنوان مثال در دستگاه تراش برای دستور پیشروی بدین صورت عمل می شود كه قسمت ساپورت دستگاه را بوسیله دسته چرخان به جلو میبریم در ماشین های NC این كار توسط یك سری دستورات پانچ شده بر روی نوار پانچ صورت می گرفت در دستگاه CNC امروزی اینكار توسط یك كد صورت می گیرد .
پس یك دستگاه CNC عملا همان دستگاه دستی ساده می باشد كه قابلیت فرمان پذیری از طریق كد ها و منطق ریاضیاتی را دارد در این دستگاه حضور كاربر (اپراتور) برای كار با دستگاه محدود به ایستادن این فرد پشت بخش كنترل كننده دستگاه می باشد و نوشتن برنامه های حركتی آنهم فقط برای یكبار ، دیگر دستگاه این عمل را بصورت خودكار هر چند بار كه بخواهیم تكرار می نمایدالبته بدون حضور كاربر .
برش با دستگاه CNC
كنترل حركت در راستای یك مسیر در ماشینهای CNC در واحد درونیاب صورت می گیرد.
اكثر درونیابهای CNC فقط قابلیت درونیابی در راستای خط و دایره را دارا می باشند. به دلیل اینكه برای ماشینكاری یك مسیر منحنی شكل در حالت عمومی با بكارگیری این نوع درونیابها نیاز به شكسته شدن منحنی به قطعاتی از خط و دایره می باشد، لذا این دو نوع درونیابی به تنهایی پاسخگوی همه كاربردها از جمله ماشینكاری در سرعتهای بالا، نیستند.
بنابراین بكارگیری نوع دیگری از درونیابها یعنی درونیابی در راستای یك منحنی ضروری به نظر می رسد. محققین مختلفی در این زمینه به تحقیق پرداخته اند و الگوریتمهای مختلفی را بر مبنای بكارگیری منحنی های پارامتری چند جمله ای در حالت عمومی ارائه داده اند.
روش های درونیابی برای برش با دستگاه CNC
Korn در ابتدا با توسعه درونیابی دایره ای، روشهایی را برای درونیابی منحنی ها درجه دو ارائه داد Korn , Yang , Kong , Huang , Yang با بكارگیری منحنی های پارامتری چند جمله ای روشهایی را برای درونیابی یك منحنی ارائه دادند اما این روشها قاعدتاً برای درونیابی یك منحنی درجه سه به كار می رود و در بكارگیری منحنی های درجه بالاتر كارآیی لازم را ندارند.
به تدریج با بكارگیری مفاهیم B-Spline ها، Bedi و همكاران روش دیگری را برای درونیابی در راستای یك منحنی ارائه دادند. تقریباً در همین زمان Wang Yang , بر اساس پارامتر سازی طول كمان روش بسیار مناسبی را برای مسأله درونیابی Real-Time در راستای منحنی ارائه دادند.كه این روش برای بكارگیری در CNC (برش با دستگاه CNC) نسبتاً رواج یافت.
با بهبود روش پارامتر سازی طول كمان توسط Wang , Wright این روش برای بكارگیری منحنی های درجه پنج بسیار كارا گردید. همچنین این روش توسط Altintas نیز با بكارگیری پروفیل سرعت متفاوتی استفاده شده است. اما تمامی این روشه كه مبتنی بر پارامتر سازی طول كمان می باشند روشهای تقریبی هستند.
با بكارگیری منحنی های خاصی بنام منحنی های فیثاغورث – هدوگراف (PH) كه زیر مجموعه ای از منحنی های پارامتری چند جمله ای می باشند مسأله درونیابی Real-Time را می توان به صورت تحلیلی نیز حل نمود. این منحنی ها كه توسط Farouki , Sakkalis معرفی شدند خواص ریاضی ویژه ای دارند كه این خواص قابلیت محاسبه طول كمان به صورت یك عبارت پارامتری چند جمله ای را ممكن می سازند.
روشهای درونیابی مختلفی به صورت Real-Time بر مبنای انی منحنی ها توسط Farouki , ارائه گردیده است. همچنین با بكارگیری منحنی های فیثاغورث-هدوگراف می توان سرعت پیشروی بهینه را برای حركت بر روی یك مسیر منحنی با توجه به قدرت ماشین (برش با دستگاه CNC) نیز بدست آورد.
قرارداد محورها در ماشینهای برش با دستگاه CNC
استاندارد RS-367A مربوط به EIA تا ۱۴ محور حرکت را در انواع ماشین های مختلف مشخص می کند. تعداد محورهای حرکت در ماشینهای ابزار معمولی عموماً تا پنج محور و در ماشینهای سنگ زنی تا چهارده محور نیز می رسد. ماشینهای ابزار در دستگاه مختصات کارتزین برنامه ریزی می شوند. سه محور اصلی حرکت با نامهای z,y,x شناخته می شوند که محور z عمود بر y,x بوده و سه محور یک سیستم مختصات دست راست را تشکیل می دهند حرکت مثبت محور z باعث دور شدن ابزار برش از قطعه کار می گردد. جهت های مشخص شده در هر شکل نمایانگر جهت مثبت محورها در هر یک از ماشینها می باشد. در فرزکاری و سوراخکاری دو محور x,y در صفحه افقی قرار دارند. در ماشین سوراخکاری حرکت مثبت محور z باعث بالا رفتن اسپیندل می شود در حالیکه در فرز این حرکت بر عکس است. در تراش فقط دو محور برای ایجاد حرکت و ماشینکاری کافی است و چون اسپیندل بصورت افقی قرار دارد محور z نیز افقی است. همچنین حروف C,B,A نیز برای حرکت زاویه ای به ترتیب حول محورهای X,Y,Z بکار می روند.
