5 موضوع روز در ماشینکاری فرز CNC در سال 2021
مقدمه:
فرزکاری CNC (فرزکاری با کنترل عددی خودکار توسط کامپیوتر) [1] فرآیند براده‌برداری برای ساخت قطعات دلخواه است که توسط کامپیوتر و با استفاده از ابزارهای برش(ابزارهای برده‌برداری) انجام میشود. در حال حاضر این روش یکی از معمول‌ترین روش‌ها برای تولید قطعات است، هرچند که قدمت آن به قرن 18 میلادی باز می‌گردد.
با آغاز انقلاب صنعتی در اواسط قرن هجده میلادی [2] مقدمات ماشینکاری CNC نیز پدیدار شد، هرچند که تا آغاز جنگ سرد[3] ظهور روش‌هایی عملی برای ماشینکاری CNC عملا روی نداد. سرانجام در سال 1952 میلادی بود که شخصی به نام «ریچارد کِگ»[4] با کمک دانشمندان دانشگاهMIT [5] اولین ماشین فرز CNC را ساختند.[6]
5 موضوع روز در ماشینکاری فرز CNC در سال 2021
از آن پس تکنولوژی فرزکاری هر سال همراه با پیشرفت سریع کامپیوترها و صنعت ساخت و تولید به رشد و تکامل خود ادامه داد و با گذشت زمان کاربرد‌های جدیدی یافت. این صنعت در نیم قرن گذشته همواره به دنبال راهکارهایی برای بهبود در تولید و کم کردن هزینه‌های تولید بوده است. حتی در دوران اختلال در صنعت با شیوع کرونا در سراسر جهان.
1- تعداد محورهای بیشتر برای کم کردن هزینه تولید
هر چه تعداد محورهای یک CNC بیشتر باشد و نیاز به تنظیم و باز و بسته کردن قطعه کار کمتر باشد تولید به‌صرفه‌تر و سریع‌تر خواهد شد.
دستگاههای CNC به طور سنتی سه محوره هستند. در خیلی از این ماشین‌ها میز
کار متحرک است و نگهدارنده اسپیندل و کله‌گی ثابت و ابزارهای برش جهت براده برداری می‌چرخند. در خیلی دیگر از این دستگاههای سه محوره، میز کار در دو جهت چپ-راست و جلو-عقب حرکت میکند و اسپیندل در راستای محور عمودی بالا و پایین می‌رود. اما در دستگاههای چهار محوره با اضافه شدن یک محور دوار قطعات پیچیده‌تر تولید میشوند.
معمولا با نصب «میزگردان» و یا «میزروتاری»[7] معروف به «محور چهارم»[8] به میزکار یک دستگاه CNC و بستن قطعه به به میز روتاری یک دستگاه CNC سه یا چهار محوره قابلیت ساخت قطعات پیچیده‌تر مانند قطعات پزشکی را پیدا میکند.
اما فرزهای پنج محوره. آنها در قله‌ی صنعت ماشینکاری جای دارند. این دستگاهها میتوانند با دقتی میکرونی کار کنند و قادرند منحنی‌هایی بسیار پیچیده را با سرعتی باورنکردندی براده‌برداری کنند. یک ماشین پنج محوره شامل سه محور خطی و دو محور دورانی است. هرچند دستگاههای 4 محور و 5 محور دیرزمانی است که در صنعت حضور دارند اما قیمت بسیار بالایی داشتند و تنها در سالهای اخیر خرید آنها برای بسیاری از تولیدکنندگان مقرون به صرفه شده است.
تعداد محورهای دستگاههای CNC قدیمی را میتوان با اتصال یک میز چرخان[i] ارتقا داد تا دوران و چرخش کار ممکن شود. به این ترتیب یک دستگاه CNC سه محوره به یک ماشین پنج محوره تبدیل میشود. با این کار ساخت قطعه در مراحل کمتری انجام میشود- نیاز با باز و بسته کردن چندباره قطعه کمتر میشود- و امکان برداه برداری‌های پیچیده افزایش می‌یابد.[ii] توجه داشته باید که در هنگام فرزکاری، افزایش مراحل کار مانند هر بار باز و بسته کردن قطعه به اضافه‌کاری و زمان بیشتر نیاز دارد و همچنین احتمال خطا بیشتر میشود.
اما کم شدن مراحل کار یعنی صرفه جویی در وقت و پول. امروز با هر چه بیشتر شدن ماشین‌های چند محوره، قیمت آنها و بویژه قیمت دستگاههای کوچک رو به کاهش است و در نتیجه فرز کاری برای همه کاربران ارزانتر و در دسترس‌تر خواهد شد، حتی آنها که صرفا به این کار علاقه شخصی دارند.
با توجه به هزینه ترجمه تخصصی مطالب هر گونه کپی برداری قطعا از طرق پلیس فتا پیگیری خواهد شد.
راه حلی مناسب و اساسی برای نگهداری قطعه کار
راه‌های گوناگونی برای بستن قطعه بر روی میز کار CNC وجود دارد. 1- نگاه داشت قطعه با پیچ 2- نگاه دارای با فک‌های متحرک 3- نگه داری با کلمپ یا گیره 4- نگاه داری با کمک خلا یا وکیوم 5- نگاه داری با چسب 6- نگاه داری با میز مغناطیسی و غیره.
میز وکیوم یا فیکسچرهای وکیوم که معمولا سفارشی ساخته میشوند برای بستن آن دسته از قطعاتی به میز کار استفاده میشوند که مهار آنها با روشهای دیگر سخت بوده یا به راحتی آسیب می‌بییند(دفرم[9] میشوند). برای همین قیمت بالایی دارند و در نتیجه تیم‌های ساخت و تولید تمایل ندارند از این روش استفاده کنند مگر اینکه چاره‌ای دیگر نباشد.
با این وجود پیدایش پایه‌هایی نگهدارنده یونیورسال مانند «پیرسون اسمارت وکیوم»[10] یا «بلوفوتون»[11] این امکان را فراهم کرده که قطعه کار را برای عملیات براده‌برداری به نحوه دلخواه به میز کار بست. این نگهدارنده‌های جایگزین کاربردی و همه کاره مناسبی خواهند بود برای فیکسچرهای معمول. این گیره‌ها، ما را قادر می‌سازند که قطعات را به قیمتی بسیار پایین‌تر از گذشته تولید کنیم.
شرکت آلمانی «ماتریکس اینوویشن»[12] راه حلی بسیار هوشمندانه برای نگهداری قطعه ابداع کرده است به این ترتیب که قطعه کار درون تعداد زیادی میله‌های ریز متحرک قرار گرفته و قفل میشود. «میزهای وکیوم» و «میله‌های متحرک» برای نگاه داشتن قطعه روی میز کار باعث شده‌اند تا ماشینکاری و ساخت قطعات پیچیده CNC بسیار راحت‌تر و کارآمدتر شود.
نگهدارنده قطعه به نام «ماتریکس» برای دستگاه CNC
-
استفاده هرچه بیشتر از تکنولوژی روباتیک
درحالیکه مدتهاست از روبات‌ها در صنعت و ماشینکاری CNC استفاده میشود، اما به تازگی شاهد حضور گسترده روباتهای همکار (همبات)[13] هستیم. «روباتهای همکار»14] برخلاف روباتهای صنعتی طراحی شده‌اند که در کنار انسانها کار کنند. آنها برنامه ریزی شده‌اند که خودکار باشند و حتی میتوان نحوه انجام کار را به آنها آموخت.
به دلیل پیشرفت‌های سریع در زمینه توانایی دیدن و تشخیص در صنعت روباتیک، حضور روباتهای همکار در حال شتاب گرفتن است. درست مانند خودروهای «کمپلانی تسلا» که سیستم بینایی تشخیص خودرو از عابر پیاده را دارند. به روباتهای همکار نیز میتوان سیستم بینایی متصل کرد و به این ترتیب به آنها آموخت که قطعات را ببینند، انتخاب کنند و درجای مناسب قرار دهند.
در آینده «روباتهای همکار» در کارخانه‌ها در کنار کارگران کار خواهند کرد و به این ترتیب کارآیی بهبود یافته و از هزینه‌ها کاسته میشود
از آنجا که این روبات‌ها به تمرین و برنامه ریزی زیادی نیاز ندارند، میتوانند کارهای متنوعی انجام دهند و برای شروع کار نیاز به آموزش و صرف وقت زیادی ندارند. انتظار می‌رود که حضور روباتهای همکار در کنار کارگران راندمان کارگران را نیز افزایش داده و همینطور با کاهش احتمال خطای انسانی در دراز مدت هزینه‌ها را کاهش دهند. در حالی که توانایی یادگیری سیستم‌های روباتیک هر روز بیشتر میشود بعضی از متخصصین پیش‌بینی میکنند که در آینده‌ی نزدیک «روباتهای همکار» به نیروهای موثر در کنار کارگران تبدیل شوند.
4- نوآوری و پیشرفت در آموزش نیروی کار
شرکت‌های ساخت تجهیزات جانبی همواره به دستگاههای استاندارد لوازمی جدید اضافه میکنند. از جمله نمایشگر فایلهای سه-بعدی[15] . این نمایشگرها راهنمای خوب و مفید برای انجام مراحل متفاوت کار هستنند. حتی میتوان آنها را طوری تجهیز کرد که برای عیب یابی دستگاه استفاده شوند، یا فیلم‌هایی برای عیب‌یابی دستگاه در آنها قرار داد.
اضافه کردن این نرم‌افزارها به دستگاههای CNC به تولیدکنندگان کمک میکند تا نه تنها به آموزش نیروی کار کمک شود، بلکه کارآیی و راندمان کارکنان نیز بهبود خواهد یافت. البته این تکنولوژی در ابتدا برای آنها هزینه خواهد داشت اما در دراز مدت احتمالا با کاهش خطای اپراتورهای دستگاهها باعث صرفه‌جویی در هزینه خواهد شد.
5- پیشرفت در نرم‌افزارهای طراحی و ساخت با کامپیوتر
تنها در مدت کوتاه 10 سال گذشته نرم‌افزارهای طراحی و ساخت با کمک کامپیوتر یا CAD/CAM توسط همه به کارگرفته شده است. نرم‌افزارهایی که زمانی آنقدر گران بودند که تهیه آنها عملا غیرممکن بود، حالا نه تنها قیمت پایینی دارند بلکه قدرتمند، ساده و کاربرپسند شده‌اند. این نرم افزارهای بروزشده CAD/CAM باعث بالاتر رفتن دقت و کارایی شده‌اند و بیشتر از آن باعث خلاقیت در مسیر تولید قطعات
همگانی شدن نرم‌افزارهای طراحی و ساخت با کمک کامپیوتر یا CAD/CAM به این معنی است که حالا، علاوه بر شرکت‌های بزرگ شرکت‌های کوچک نیز نرم‌افزارهای قدرتمند طراحی و ساخت داشته باشند.
علاوه بر اینها نرم‌افزارهای CAD/CAM امکان الحاق سایر نرم‌افزارها یا سیستم‌های دیگر به دستگاههای ماشینکاری را فراهم میکنند، مانند نرم افزارهای MDB [16]– نرم افزارهایی که در آنها قطعات سه بعدی طراحی شده حاوی تمامی اطلاعت برای ساخت و تولید قطعه هستند[17]– یا سیستم نمایشگر فایلهای سه-بعدی و بسیاری دیگر.
این سیستم‌های الحاقی با کاهش احتمال خطای انسانی در فرآیند تولید امکان ارتباط دستگاهها را با نرم‌افزارهای CAD/CAM ساده‌تر و بیشتر میکنند.
آینده صنعت ماشینکاری CNC
توسعه و پیشرفت در صنعت ماشینکاری CNC باعث خواهد شد که در سال 2021 و سالهای بعد تکنولوژی هر چه بیشتر در دسترس عموم قرار گیرد. علاوه بر این، درحالیکی موضوعات روز و ویژگی‌هایی که در بالا درباره آنها صحبت شد باعث میشوند تا پروژه‌ها سریع‌تر و ارزانتر انجام شوند خدمات ماشینکاری CNC با سهولت و سرعت بیشتری در دسترس خواهند بود که مزیتی بسیار کلیدی و رقابتی خواهد بود در زمانه‌ای که انتظارات روزافزون کاربران هرچه بیشتر باعث توسعه صنعت ساخت و تولید مطابق با درخواست مشتریان است.
مترجم: آقای داوود شفیعی [email protected]
فهرست منابع و مطالب برای مطالعه بیشتر
[i] Trunnion Tables
[ii] https://kmecnc.com/5-axis-trunnion/
[1] Computer numerical control (CNC) machining
[2] https://fa.wikipedia.org/wiki/انقلاب صنعتی
[3] https://fa.wikipedia.org/wiki/جنگ سرد
[4] Richard Kegg
[5] https://fa.wikipedia.org/wiki/ِام‌آی‌تی
[6] https://www.rapiddirect.com/blog/cnc-history/
[7] fourth-axis rotary
[8] fourth-axis
[9] Deform
[13] Cobot
[14] https://fa.wikipedia.org/wikiهمبات/
[15] 3D CAD viewers
[16] Model-based definition
[17] https://www.ptc.com/en/technologies/cad/model-based-definition
https://www.fastradius.com/resources/cnc-machining-trends-2021/
با توجه به هزینه ترجمه تخصصی مطالب هر گونه کپی برداری قطعا از طرق پلیس فتا پیگیری خواهد شد.
