کاربرد برش CNC در ساخت سوله

ماشین CNC چیست؟

عبارت “CNC” اختصار عبارت کامپیوتر کنترل شده عددی (computer numerically controlled) بوده و حرکات فیزیکی یک دستگاه توسط ابزارهایی مانند مکان نماهای مختصات که با استفاده از کامپیوتر ایجاد می‌شوند، کنترل شده و در این دستگاه‌ها از سوخت گاز به همراه اکسیژن جهت جوش دادن و برش فلزات استفاده می‌شود.انواع ماشین های CNC شامل ماشین­ های تراش افقی،ماشین ­های تراش عمودی (کاروسل)،ماشین­ های تراش/ فرز (Turm/ Mill)است که با استفاده از ابزار چرخشی برش بخش های مد نظر از مصالح ر در ۳ یا چند جهت (x,y,z) به صورت مستقیم یا منحنی برش می دهند.این دستگاه دارای پیکربندی و سایزهای متفاوتی بوده و اجزای تشکیل دهنده آن شامل قاب (Gantry)، ریل (Rail)، روتر (Router)، گیره (Collet)، ابزار (Tool) و بستر (Bed) می باشد.برای ساخت سوله و سوله سازی در کارخانه های تولید کننده اسکلت فلزی از انواع مختلفی از ماشین های CNC استفاده شده و در واقع نوع ماشین بر اساس نوع عملیات و نوع مصالح تعیین می شود.

عوامل مؤثر در انتخاب ماشین ابزار CNC

 با توجه به عوامل زیر سرپرست کارگاه ماشین مناسب را برای ساخت قطعات انتخاب می نماید این موارد عبارتند از :

1. پیچیدگی قطعه کار:

ماشین­ های CNC به کمک قدرت محاسباتی کامپیوتر و امکان کنترل همزمان چند محور، توانایی ماشین­کاری قطعات ساده تا بسیار پیچیده را دارند.

2.دقت و تولرانس ابعادی:

ماشین­ های CNC از دقت بالایی برخوردارند. این دقت را به طور متوسط می­ توان حدود ۱۰ میکرون (۰۱/۰ میلی­متر) در نظر گرفت. باید توجه داشت که در صورت وجود خطا ،خطای ماشین­های CNC، ناشی از دو مورد زیر است:

الف-خطای سیستم اندازه ­گیری و کنترل: این خطا حدود ۲ تا ۳ میکرون است؛ در حالی­ که میزان وضوح (Resolution) سیستم اندازه­ گیری معمولاً یک میکرون می­ باشد. این خطا از خط­کش (انکودر)، پردازشگر،میانیاب (Interpolator)، و سیستم بازخورد (Feedback) ناشی می­ شود.

ب-خطای سیستم مکانیکی: هنگام ساخت قطعات ماشین، به ویژه راهنماها (Sliders) و مونتاژ آن­ها خطاهایی ایجاد می­ شوند که در زمان ماشین­کاری قطعات به صورت خطای مکانیکی بروز می ­کنند. این خطا بیشتر از خطای سیستم اندازه­ گیری و (به طور متوسط) حدود ۷ تا ۸ میکرون است.ذکر این نگته ضروری است تا بدانید خطاهای فوق به طول مسیر پیموده شده بستگی داشته و بنابراین در مسیرهای طولانی­ تر امکان بروز خطا بیشتر است. اگر تولید قطعه ه­ای با تیراژ بالا – مثلاً ۱۰۰۰ عدد – مورد نیاز باشد، چنانچه بتوان اولین قطعه را با یک ماشین CNC با تولرانس مورد نظر ماشین­کاری کرد، می­ توان اطمینان داشته باشید که قطعه هزارم نیز با همین تولرانس قابل ساخت خواهد بود که البته، در این میان می بایست به مواردی مانند سایش ابزار، استهلاک ماشین و تغییرات دما نیز توجه داشته باشید.

3. تیراژ بالا با حجم زیاد عملیات ماشین­کاری

ماشین­های CNC با سرعت­ های بالایی کار می­ کنند. به عنوان مثال، سرعت دوران محور اصلی (اسپیندل) ماشین­ های CNC به طور معمول ۳ تا ۶ هزار دور بر دقیقه (rpm) است که در ماشین­ های خاص می­ تواند به ده ­ها هزار دور بر دقیقه نیز برسد. سرعت پیشروی محورها به طور معمول ۱۰ تا ۱۵ هزار میلی­متر بر دقیقه (mm/min) است و در ماشین­ های سریع (High Speed) به بالای ۱۰۰ هزار میلی­متر بر دقیقه خواهد رسید.می ­توان با تعبیه تجهیزات لازم، تعویض ابزار و قطعه کار را به صورت خودکار انجام داد تا زمان ­های بدون استفاده در ماشین به حداقل برسد. به این ترتیب، ماشین­کاری قطعات تیراژ بالا یا قالب­ها با ماشین­های CNC کاملاً مقرون به صرفه خواهد بود.

مراحل کار با دستگاه CNC در طی فرایند سوله سازی

یک پروژه برشکاری با CNC دارای یک روند کاری است که می بایست برنامه ریزی های لازم برای آن انجام شده و تمامی پروسه به صورت مرحله به مرحله انجام گیرد.بدین منظور ابتدا ایده ساخت یک سوله بر اساس نیازهای کاری مشتری و کاربری مورد نظر طراحی و ایده پردازی شده و بهترین روش برای دستیابی به این طرح را بررسی و مرور نمایید .مصالح مصرفی و مورد نیاز ،ابعاد و اندازه و معیارهای مد نظر مشتری می بایست در هنگام طراحی لحاظ شده  و سپس مرحله طراحی اصلی (CAD – Computer Aided Design) با استفاده از نرم افزارها و داده های کامپیوتری به صورت فرم‌های دو بعدی (۲D) و سه بعدی (۳D) جهت برش با CNC توسط نرم‌افزارهای CAD (Computer Aided Design) ساخته و صورت پذیرد.پس از اتمام طراحی با داده‌های دو بعدی (برداری)  یا داده‌های سه بعدی (مولفه‌ها) می بایست مسیرهای حرکت ماشین CNC برای هر قطعه به صورت خاص محاسبه شود و پس از ترسیم در CAD فایل های مربوطه به صورت فرمت مناسب برای تعریف مسیر ابزار وارد مرحله CAM می‌شود.پس از گذر از این مرحله مسیرهای واقعی که ابزار در ماشین جهت تولید قطعه آغاز خواهند نمود(مسیر ابزار) را محاسبه نموده و فضای طراحی از بعد مجازی به بعد واقعی نزدیک و تبدیل می گردد.هم اکنون می توانید شکل و اندازه ابزار مورد نظر ،تعیین نوع حرکت و نوع برش مصالح را مشخص نموده و تنظیمات لازم بدین منظور را تعیین و تایید نمایید.اکنون شما می توانید نتیجه داده های ورودی خود را به صورت یک قطعه مجازی مشاهده و مرور نموده و در صورت عدم وجود نقص و ایراد و صحیح بودن تمامی جوانب آن را ذخیره و وارد ماشین CNC نمایید.اکنون با انتقال مدل به دستگاه CNC از طریق شبکه یا دیسک پورتال تنظیمات مختلف و جانمایی دستگاه ،تنظیم مصالح در جهت مناسب و …. انجام گرفته و برنامه CNC  می تواند جهت برش ایمن مصالح فعالیت خود را آغاز نماید.این ماشین مختصات را به صورت پیوسته از مسیر ابزار خوانده و با تغییر محل نوک ابزار  مطابق با طرح برش‌ها را انجام دهد.پس از اتمام عملیات ماشین کاری برخی قطعات بلافاصله آماده استفاده بوده و برخی دیگر برای رسیدن به شکل نهایی مورد نظر نیاز به پوشش‌های خوردگی ، سایش یا لعاب و رنگ ،مونتاژ ،اتصال یا چسباندن دارند.

انواع ماشین های CNC مورد استفاده در ساخت اسکلت های فلزی

• CNC شعله هواگاز
• CNC پلاسما
• CNC لیزر
• CNC برش با آب (واترجت)
• CNC دریل (سوراخکاری) تک محوره
• CNC دریل (سوراخکاری) سه محوره

انواع برشکاری در سوله سازی 

برای استفاده از قطعات فولادی برشکاری فلزات و ورق های فلزی به دو صورت برش گرم و برش سرد انجام می شود. در برش گرم  با استفاده از حرارت دما را تا نقطه ذوب فلز بالا برده و در این مرحله عملیات برش انجام می شود، اما در برش سرد همان طور که از نامش پیداست از حرارت استفاده نشده و از دستگاه های مختلفی هم چون CNC برای برش ورق ها در اندازه های مورد نظر استفاده می شود.برش کاری با روش سرد دارای مزایای بی شماری نسبت به روش گرم بوده و داشتن کیفیت سطحی مناسب،دسترسی به قطعات یکسان، برش در مقاطع و سایزهای مختلف، عدم تولید گازهای سمی، تطبیق پذیری و انعطاف و … از جمله مهم ترین مزایای استفاده از این روش به شمار می رود.برشکاری فلزات در این روش معمولا با استفاده از دستگاه پلاسما (هوابرش)، CNC، اره دیسکی آتشی و یا برش لیزر انجام میشود.برش با ماشین CNC به علت بهره گیری از سیستم های کامپیوتری با قابلیت برنامه ریزی ، دقیق تر از برشکاری با دستگاه پلاسما بوده و در واقع استفاده از این دستگاه برای برش گرم فلزات مقرون به صرفه و ایمن تر به نظر می رسد.دستگاه CNC  بر اساس نوع صنعت و نوع فلز انتخاب شده و به عنوان مثال برشکاری لیزری برای صنایع خاص مانند نظامی، آزمایشگاهی، هوایی، پزشکی و … قابل استفاده می باشد.بنابراین با توجه به توضیحات ذکر شده بر اساس ضخامت ورق،اجرت برشکاری، میزان دقت برش،سرعت برش،پیچیدگی شکل برش و … نوع برش و ماشین CNC  مورد نظر تعیین و استفاده می گردد.

مزایای ماشین ­های CNC

علاوه بر موارد ذکر شده در بخش­های قبل، ماشین­های CNC دارای مزایای زیر نیز می­ باشند:

1.ایمنی بالاتر: با وجود مدارهای امنیتی در ماشین­های  CNCاحتمال خطر برای اپراتور، ماشین، ابزار و … کاهش می ­یابد. مثلاً در اکثر ماشین‌های تراش ­CNC، اگر دستگاه سه نظام به خوبی قطعة کار را نگرفته باشد، با برنامه اجرا خواهد شد.

2.ضایعات کمتر: به دلیل کنترل کامپیوتری عملیات، دقت بالا و تکرارپذیری بسیار مطلوب ماشین­ های CNC که میزان ما و حرارت این نوع ماشین­ها بسیار کمتر از ماشین­های دستی است.

3.زمان کمتر برای تنظیمات اولیه و آماده ­سازی (Setup): شاید به نظر برسد که تنظیم ماشین  CNC ابزاها، وارد کردن برنامه، اجرای آزمایشی و … بسیار وقت­ گیر است؛ اما باید توجه داشت که این عملیات فقط یک بار انجام می ­شود و برای قطعاتی که در تیراژ بالا تولید می ­شوند، نیازی به تکرار این عملیات نیست.

4.بازدهی و بهره­ وری بالا: بازدهی و بهره ­وری ماشین­ های CNC به مراتب بالاتر از ماشین­ های دستی  است. به‌طور کلی می­توان بازده یک ماشین CNC معمولی را حدود ۴ تا ۵ برابر یک ماشین دستی مشابه در نظر گرفت. این عدد برای ماشین ­های CNC با تجهیزات کامل ­تر می ­تواند به حدود ۱۰ برابر یا بیشتر نیز برسد.

معایب ماشین ­های CNC

ماشین های CNC دارای معایب زیر می ­باشند:

1.قیمت بالا: ماشین­ های CNC دارای قیمت ­هایی بسیار بالاتر از ماشین ­های دستی هستند. پس اگر مدیریت تولید را بر عهده دارید، می بایست طوری برنامه ­ریزی کنید که حداکثر استفاده از این ماشین ­ها (۲ یا ۳ شیفت در روز) به عمل آید و گروه برنامه ­نویس، اپراتور و تعمیرکاران آموزش ­دیده در دسترس باشند.اگر مدیریت پروژه را بر عهده دارید، میزان سرمایه­ گذاری اولیه و زمان بازگشت سرمایه را در نظر گرفته و  اگر در موقعیت استفاده­کننده (اپراتور) قرار دارید، توجه داشته باشید که خسارت ­های ناشی از خطاهای اجرایی اقتصادی (تصادف و …) به مراتب بیشتر از ماشین­ های دستی خواهند بود.

2.راه اندازی، تعمیر و نگهداری پیچیده ­تر و پرهزینه ­تر: برای راه اندازی، تعمیر و نگه­داری (Maintenance) ماشین­ های CNC به افرادی آموزش ­دیده نیاز است و قطعات یدکی این ماشین ­ها نیز بسیار گران ­تر از ماشین­های معمولی می باشند.

3. نیاز به برنامه ­نویس و اپراتور مجرب: برای استفاده از ماشین­ های CNC، باید حتما از اپراتور و برنامه‌نویس آموزش دیده و ماهر کمک گرفت و در صورت لزوم از نرم افزارهای CAD/CAM استفاده نمود. 

کلام پایانی

برش CNC  در امر سوله سازی یکی از دقیق ترین روش های برش قطعات ،فلزات و ورق های فولادی است که با استفاده از هوابرش برای راسته بری استفاده می گردد.این روش برای ورق های فلزی با ضخامت های بالا بسیار مناسب بوده و سبب برش دقیق و سریع قطعات در شکل و ابعاد مورد نظر خواهد شد .بنابراین برای دقت و ایمنی بیشتر در فرایند برشکاری ساخت قطعات یک سوله از روش CNC به عنوان بهترین و کاربردی ترین روش نامبرده می شود.