تاریخچه CNC

تکنولوژی CNC یا کنترل عددی کامپیوتری یک مفهوم مدرن و پیشرفته در صنعت تولید و ساخت است که در چند دهه اخیر وارد اصطلاحات رایج صنعتی شده است. بااین‌حال، مفهوم به CNC در اصل به مفهوم NC یا کنترل عددی (numerical control) برمی‌گردد و از این مبحث قدیمی‌تر نشات می‌گیرد. اگرچه تاریخچه تکنولوژی CNC به سالیان خیلی دور برنمی‌گردد و صنعتی مدرن محسوب می‌شود، اما پیشرفت آن چشمگیر بوده و بیشتر صنایع تمایل دارند که از آن بهره ببرند.

اولین ماشین های NC تجاری در دهه 50 میلادی ساخته شدند، و با نوارهای پانچ کار میکردند. وقتی ثابت شد که این ماشین ها توانایی کاهش هزینه ها را دارند، روند رشد و توسعه آنها در کارخانه ها بیشتر شد. برای افزایش سرعت تقاضا و جا افتادن سریعتر این ماشین ها در صنعت، ارتش آمریکا 120 ماشین NC را خریداری کرده و آنها را به کارخانه های مختلف اجاره داد تا آنها با این ایده جدید – ماشین های نیمه اتوماتیک – بیشتر آشنا شوند.

در پایان دهه 50، NC شروع به انقلاب کرد، هرچند هنوز مشکلاتی وجود داشت. بعنوان مثال، g-code، زبان جهانی سیستم های CNC کنونی، وجود نداشت. هر کارخانه زبان منحصر به خود را برای برنامه نویسی ماشین منتشر میکرد (برنامه هایی که ابزارهای ماشین را برای ساخت قطعات هدایت میکنند).

کنترل عددی یا NC

ایده استفاده از کنترل عددی در ماشین‌های کامپیوتری در ابتدا مفاهیم خاصی از منطق برنامه‌ریزی را در بر می گرفت که کم کم برخی موارد و قابلیت‌ها به آن اضافه شد. در ابتدا، اولین ماشین‌های NC و درواقع ماشین‌های مقدماتی آن در دهه ۱۹۴۰ ساخته شدند. با گذر زمان و در دهه ۱۹۵۰ دستگاه‌های پیشرفته‌تر و مجهزتری با تکنولوژی NC تولید شد. این ماشین‌آلات بر اساس ابزارهای موجود در آن زمان ساخته شده بودند و از یک موتور برای کنترل دستگاه بهره می‌برد و عملیات دستگاه تحت کنترل این موتور قرار داشت.

این شیوه کنترل و موتور کنترل‌کننده از نقاط خاصی که بر روی ورودی دستگاه قرار داشتند تبعیت می‌کرد و این اهداف و نقاط را پیگیری می‌کرد. اما به گذر زمان و پیشرفت کامپیوترها و برنامه‌های کامپیوتری، دستگاه‌های NC پیشرفت بیشتری را تجربه کردند و عملکرد آنها نیز بهبود یافت. معرفی تکنولوژی کامپیوتری و اتصال دادت آن به مفهوم کنترل عددی منجر به تکنولوژی جدید گردید که امروزه به‌عنوان تکنولوژی کنترل عددی کامپیوتری یا CNC شناخته می‌شود و در بسیاری از دستگاه‌های جدید از آن بهره برده می‌شود.

مقالات بیشتر: مبانی علم لیزر

تحقیقات اولیه موسسه MIT بر روی تکنولوژی CNC

یکی از اولین مؤسساتی که کارهای تحقیقاتی خود را بر روی تاریخچه دستگاه سی ان سی انجام داد، موسسه فناوری ماساچوست یا همان MIT بود. اگرچه این هدف این موسسه در ابتدا بهبود دستگاه‌های CNC یا دستگاه‌های برش یا تراش نبود؛ اما نتایج تحقیقات آنها به شکل باور نکردنی صنایع برش و حکاکی را تحت تأثیر قرار داد و تقریباً امروزه در مصارف خانگی و کارگاهی کتر کسی پیدا می شود که از آن استفاده نکند. دستگاه سی ان سی ساخته شده در اوایل خیلی ساده بوده و نسخه اولیه این تکنولوژی محسوب می‌شد که بعداً به شکل‌های خیلی بهتری ارتقاء پیدا کرد.

پس از جنگ جهانی دوم، جان پیرسونز شیوه‌های مختلفی برای بهبود پوسته هواپیماها بررسی کرد و به نتایج جالب توجهی دست پیدا نمود. وی درنهایت موفق شد که در جریان یک پروژه مهم در نیروی هوایی یک دستگاه تحقیقاتی بسازد که توانایی بالایی در کنترل خودکار تجهیزات داشت. این تحقیقات در سال ۱۹۴۹ و در دانشگاه MIT آغاز شد و بعد از مراحل اولیه برنامه‌ریزی و تحقیق، یک ماشین تراشکاری با تکنولوژی CNC طراحی شد که گام اول در صنعت کنترل عددی کامپیوتری محسوب می‌شد. پروفسور رینتیز نیز در این پروژه شرکت داشت و این دستگاه را وارد فازهای بعدی تحقیقاتی کردند.

اولین دستگاه CNC

قبل از آغاز پروژه موسسه تحقیقاتی MIT، شرکت پیرسونز در منطقه میشیگان، بر روی یک سیستم برای توسعه قالب تیغه‌های هلی کوپتر کار می‌کردند. جان پیرسونز که این شرکت را تأسیس کرده بود، نحوه محاسبه مختصات هواپیما را با استفاده از برنامه‌های کامپیوتری کشف کرد. سپس او این اطلاعات به‌دست‌آمده را به یک دستگاه دیگر وارد کرد و نخستین سیستم ماشینی با کنترل کامپیوتری طراحی کرد. از آن زمان تاکنون، این دستگاه به‌عنوان اولین ماشین CNC در تاریخ ثبت شد.

طبق تحقیقات صورت گرفته تکنولوژی CNC در ساخت تیغه‌های هلی کوپتر نیز مورد استفاده قرار گرفت و قدم‌های بعدی پیشرفت این تکنولوژی با سرعت بیشتری برداشته شد. تکنولوژی کنترل عددی در دهه‌های 1960 و 1970 نیز به پیشرفت خود ادامه داد و به یکی از تکنولوژی‌ها پرکاربرد در صنعت تبدیل شد.

در سال‌های بعد، تکنولوژی دیجیتال نیز وارد دستگاه‌های CNC شده و اتوماسیون خودکار برای کنترل بهتر دستگاه به کار گرفته شد. امروزه شرایط دستگاه‌های CNC حدی پیش رفته است که امکان استفاده از آن در شرایط و مکان‌های مختلف وجود دارد. بسیاری از افراد می‌توانند از دستگاه‌های سی ان سی خانگی خریداری کرده و به‌عنوان یک کسب‌وکار کوچک مورد استفاده قرار دهند. در حال حاضر، ماشین‌آلات CNC در همه صنایع رایج‌تر از قبل هستند و بیشتر استفاده می‌شوند.

مقالات بیشتر: حکاکی لیزری با حکینو

موارد اصلی مشترک در دستگاه‌های سی ان سی

باوجوداینکه در طول زمان و تاریخچه دستگاه‌های سی ان سی تغییرات زیادی رخ داده است، اما چند اصل اساسی در آنها وجود دارد که اساس عملکرد همه آنها را تشکیل می‌دهند. درواقع تمامی دستگاه‌های CNC یا تکنولوژی کنترل عددی کامپیوتری، از دستگاه ساخته شده اولیه گرفته تا دستگاه‌های برش یا تراش امروزی، اصول یکسان و مشترکی دارند و از 3 جزء اصلی در آنها وجود دارد. این سه جزء شامل قسمت ورودی فرمان، سیستم حرکتی و سیستم بازخورد است.

در قسمت ورودی، دستور اولیه به دستگاه داده می‌شود و قسمت کامپیوتری این دستور را آنالیز می‌کند و به قسمت متحرک دستور حرکت می‌دهد. قسمت متحرک نیز با توجه به محورها و اسپیندل‌ها در جهت‌های مختلف حرکت می‌کند و دستور داده شده را اجرا می‌کند. در سیستم بازخورد نیز با توجه به دستور داده شده، عامل حرکت را تکان می‌دهد.

تکنولوژی کنترل عددی کامپیوتری یا CNC تاریخچه طولانی و جالبی داشته است. با پیشرفت تکنولوژی در آینده، ممکن است حتی عناصر باورنکردنی بیشتری برای افزودن به دستگاه CNC وجود داشته باشد و در این صورت تاریخ این دستگاه‌ها پربارتر و شگفت‌انگیزتر نیز خواهد شد.

در حال حاضر، بسیاری از صنایع به استفاده از دستگاه‌های خودکار با سیستم کنترل اتوماتیک تمایل دارند و پیش‌بینی می‌شود دستگاه‌های سی ان سی در آینده نقش پررنگ‌تری داشته باشند.

اجزای یک دستگاه CNC

همه دستگاه‌های CNC به طور کلی شامل ماشین CNC، رایانه برای کنترل ماشین و نرم‌افزار تولید محصول (CAD/CAM) می‌باشد. رایانه می‌تواند به دستگاه وصل باشد یا به صورت جدا به دستگاه متصل شود.

در یک ماشین CNC موتورهای که موجب حرکت ریل‌ها و واگن‌ها می شوند را سیستم محرک می نامند. سیستم محرک به دو بخش تقسیم می‌شود

1. موتورها شامل : استپ موتور – سروو موتور – لینیر موتور که هدایت اکسل ها را بر عهده دارند.
2. سایر موارد شامل: انواع دنده ها ( شانه ای – ball screw – e screw ) تسمه و  liner motion

انواع دستگاه CNC

دستگاه های CNC به دلیل تنوع بالا در عملکردشان، می‌توانند در اکثر فعالیت‌های صنعتی و تولیدی و هنری مورد استفاده قرار گیرند.

معروف ترین دستگاههای CNC، دستگاه های تراش CNC، لیزر CNC و فرز CNC هستند.

1- دستگاه تراش CNC

با توجه به پیشرفت‌های تکنولوژیکی، دستگاه تراش CNC به سرعت جایگزین دستگاه‌های سنتی قدیمی‌تر شده‌اند.این نوع ماشین‌ها با مزایای فراوانی همراه هستند.آن‌ها می‌توانند به راحتی تنظیم و مدیریت گردند. تکرارپذیری بالا همراه با دستیابی به دقت مناسب در این ماشین‌های سی ان سی ارائه می‌گردد. ماشین‌های تراش سی ان سی به طور معمول، طراحی شده اند تا از نسخه‌های مدرن ابزار استفاده و از فرایندهای مختلف بهره ببرند. برنامه ریزی و اجرای آن‌ها معمولا توسط نرم افزار های CAD  و CAM انجام می‌گردد.

برای تولید قطعات با تیراژ بالا و دقت بالا و قطعاتی که همزمان احتیاج به محورهای مختلف دارند از سری تراش‌های بستر مورب و برای تولید قطعات سنگین از سری ماشین‌های بستر تخت می‌توان استفاده نمود.

2- دستگاه لیزر فلزات

از دستگاه لیزر فلزات برای اموری نظیر حکاکی، برش، تراش، جوش و … روی فلزات مختلف استفاده می‌شود. برش لیزری فلزات یا برش فلزات با لیزر یکی از پیشرفته‌ترین تکنیک‌های برش است. از مزایای برش لیزری می‌توان سرعت، دقت و عدم نیاز به عملیات پردازش پس از برش را نام برد.

3- دستگاه لیزر غیر فلزی

با استفاده از دستگاه لیزر غیر فلزات می‌توان انواع عملیات برش و حکاکی را روی مواد مختلفی مانند پلاستیک، پلکسی گلاس، چوب، شیشه، پارچه و … انجام داد. از کاربردهای ماشین سی ان سی لیزری غیر فلزی می‌توان به ساخت ساعت دیواری، جعبه، قاب عکس، سری وسایل اداری رومیزی، پازل‌های (سرگرمی) کوچک و بزرگ، ساخت ماکت، حکاکی خودکار تبلیغاتی، لوح تقدیر، ساخت تابلوهای راهنما، حکاکی بر روی پارچه، کیف و کفش، چرم و …. اشاره کرد.

4- دستگاه فرز CNC

نوع سوم دستگاه سی ان سی، دستگاه فرز است، که در آن به جای لیزر از ابزار برای براده برداری استفاده می شود. دستگاه فرز CNC  برای برش و حکاکی انواع سنگ، چوب و فلزات مناسب است و مزیت آن نسبت به دستگاه لیزر سی ان سی، عمق برش و حکاکی است.

مقالات بیشتر: کاربرد های لیزر

انواع دیگر ماشین های CNC

از انواع دیگر ماشین های CNC، دستگاه برش پلاسما، دستگاه هوابرش ، دستگاه واترجت و … هستند که کاربردهای زیادی در صنایع مختلف دارند

1- دستگاه برش پلاسما

برش پلاسما، فرایند برش با قوس الکتریکی است و روی هر نوع فلز رسانا ، فولاد نرم ، آلومینیوم، فولاد ضد زنگ (استنلس استیل) و . . . می تواند انجام شود. معمولا برش پلاسما در مواردی انجام می‌شود که دقت بالاتر مد نظر باشد و از لحاظ قیمت، کیفیت و امکانات بین هوا گاز و لیزر می‌باشد. دستگاه های برش پلاسما قابلیت برش انواع ورق و اسلوپ‌های فلزی را دارا می باشند و در صنایع مختلف نظیر ماشین سازی، قالب سازی، فولاد سازی، سوله سازی، لوستر سازی و… کاربرد دارند.

2- دستگاه هوابرش

در این دستگاه ها سوخت گاز به همراه اکسیژن برای برش فلزات استفاده می شود. دستگاه هوا برش به دلیل کاربرد ساده و مقرون به صرفه بودن، کاربران خاص خود را دارد و شاید نتوان به راحتی دستگاه دیگری را جایگزین آن کرد ولی به دلیل سرعت کند برش و پایین بودن دقت در بعضی از صنایع به جای دستگاه هوا برش از دستگاه برش پلاسما و یا لیزر استفاده میکنند. دستگاه هوا برش برای برش ورق های تخت و صفحات با ضخامت بیشتر استفاده می‌شود.

3- دستگاه برش واترجت

واتر جت نیز دستگاهی است برای برش، که با جریان بسیار پر فشار آب کار می‌کند. شاید عجیب به نظر برسد، اما اگر سرعت آب به حد کافی افزایش یابد، می تواند حتی فلزات و سنگ را نیز برش دهد. برش دستگاه های واترجت توسط آبی است که از یک نازل بسیار باریک که از سنگ قیمتی ساخته شده با فشار بسیار بالا و بطور مستقیم روی هدف هدایت می شود.

یکی از مزایای دستگاه های واترجت این است که هیچ گاه بر خلاف اره‌های صنعتی به خاطر گرم شدن از کار نمی‌افتند بعلاوه این دستگاه‌های برش، بی بو و بدون غبار هستند. در ساخت قطعات صنعتی، صنایع هوافضا، صنایع ساختمانی، صنعت شیشه، صنعت چوب، صنعت قطعه سازی و خودروسازی، صنعت نساجی، صنعت برق و الکترونیک و صنایع غذایی کاربرد دارد.