سی ان سی سه محور فصل ۳ CNC

و اما موتورها

در دستگاههای CNCبه طور عموم از ۲ نوع موتور جهت حرکت استفاده می شود در CNCهایی که نیروی حرکتی کم می باشد از استپر موتور استفاده می شود . اگر در CNCتوان بیشتری مورد نیاز بود از سرو موتورها استفاده می شود . سرعت حرکت سرو موتورها چندین برابر استپر موتورها می باشد و عمده فرق بین سرو موتور و استپ موتور در سیستم فید بک آن می باشد . همان انکودری که در انتهای سرو موتور نصب است و میزان حرکت را به صورت آن لاین به درایو گزارش می دهد .

کلا موتورهای CNCبا پالس حرکت می کنند . با فرستادن پالس بر روی قطبهای این موتورها دوران را شاهد خواهیم بود . در ابتدا استپر موتور را که ساختار ساده تری دارد را خدمتتان تشریح می کنیم . این موتورها معمولا دارای ۴ قطب Aو Bو Cو Dدر استاتور خود می باشند . البته تنوع زیادی در این موتورها هست که فعلا وارد آنها نمی شویم . استاتور این موتورها زوج بوده و روتور آنها به صورت آهنربایی دائم بوده و دارای تعداد قطب های فرد است . مثلا در استپرموتور با استاتور چهار قطبی ، روتور دارای پنج قطب می باشد ( پنج ضلعی ) که شامل aو bو cو dو eمی باشد . وقتی قطب Aاستاتور فعال می شود . روتور به گونه ای قرار می گیرد که قطب aدر برابر قطب Aمی ایستد . ۴ قطب دیگر bو cو dو eبه صورت متقارن ولی با زاویه قرار می گیرند . وقتی قطب Bاستاتور فعال می شود قطب bدوران نموده و در برابر آن قرار می گیرد و تقارن در راستای Bمی باشند و این قضیه برای قطب های Cو Dادامه می یابد تا مجددا نوبت قطب Aاستاتور شود و در این حالت قطب eموتور در برابر Aمی ایستد . این قضیه در شکل زیر نشان داده شده است . البته این حالت به صورت نمادین بوده وبر روی قطب های روتور و استاتور دندانه های زیادی می باشد و حرکت به صورت قرار گرفتن یک سری دندانه ها روبروی یک سری دندانه های دیگر می باشد مطابف شکل زیر و در کل در ازای تغییر قطب ها در استاتور ، موتور به اندازه ی ۱٫۸ درجه دوران می نماید . البته موتورهایی هم هستند که ۰٫۹ درجه دوران دارند ولی جامعیت موتورها در ۱٫۸ درجه است .
این موتورها را به سه روش به دوران در می آورند . در روش اول که فول پالس نامیده می شود ابتدا قطب Aدر استاتور فعال شده ، سپس قطب B، سپس قطب Cو همین طور الی آخر در این روش پالس ها به صورت کامل بر روی یک قطب است در حالت دوم که نیم پالس ( half pulse) می باشد . ابتدا قطب Aفعال شده ، سپس قطب Aو Bبه صورت همزمان فعال شده در حالت بعد قطب Bفعال شده ، سپس قطب Bو Cبه صورت همزمان فعال شده بعد قطب Cو همین طور تا آخر . با استفاده از این روش شما می توانید از موتور خود که ۱٫۸ درجه می باشد خروجی ۰٫۹ درجه بگیرید . حالت سوم دوران به صورت میکرو استپ می باشد . در این روش از حالت PWMاستفاده می شود و قطب ها به چند سطح ولتاژ تقسیم می شوند . ابتدا قطب Aبه صورت ۱۰۰ درصد ، سپس ۹۰ درصد قطب Aو ۱۰ درصد قطب B، سبس ۸۰ درصد قطب Aو ۲۰ درصد قطب Bو به همین ترتیب ولتاژ از قطب Aکم شده به قطب بعدی اضافه می شود . با استفاده از این روش شما به دقت بسیار بالای تری در استپ موتورها می رسید .البته این نکته فراموش نشود که در صورتیکه تفاوت بین سطح ولتاژها کم باشد احتمال گم شدن پالس وجود دارد .

در مرحله اول شما باید یک استپر موتور بخرید ، شرکت صنعتگران سبز جناب آقای اقدس پور ۰۹۱۲۵۱۶۷۴۷۷ گزینه مناسبی است . استپ موتورهای چینی که جزء ارزانترین موتورهای بازار می باشد . ایشان هر سه مدل درایو را هم دارند . اگر فرض کنیم درایو فول پالس حدود ۴۵ هزار تومان باشد ، درایو هالف پالس حدود ۸۰ هزار تومان و درایو میکرو استپ حدود ۱۳۰ هزار تومان می باشد .

با توجه به دقت ۱٫۸ درجه در فول پالس شما هر دو موتور را به ۲۰۰ قسمت تقسیم می کنید یعنی اگر از بال اسکرو با گام ۱۰ میلیمتر استفاده کرده باشید دقت حرکت شما ۰٫۰۵ میلیمتر است . اگر از هالف پالس استفاده کنید دقت شما ۰٫۰۲۳ میلیمتر می شود و اگر از حالت میکرو استپ استفاده کنید به راحتی به دقت زیرا به ۰٫۰۱ میلیمتر می توانید برسید . مشکل دیگری که درایو های فول پالس دارند لرزش بالا در دستگاه می باشند . اگر از کوپلینگ های فلزی استفاده کرده باشید لرزش دستگاه کاملا مشخص خواهد بود . راه حل جلوگیری از این معضل استفاده کوپلینگ هایی با اتصال لاستیک و پلاستیک و با استفاده از تسمه تایمینگ می باشد . دوستی را دیدم که برای اتصال موتور به بال اسکرو از شیلنگ گاز و بست استفاده کرده بود که صنعتی نمی باشد . راه حل صنعتی استفاده از سیستمهای میکرواستپ به همراه کوپلینگ ارتجاعی دقیق است .
اگر بخواهید می توانید این درایو ها را خودتان بسازید . تعدادی از شرکت ها خودشان درایو استپ موتورها را می سازند و دلیل آن پایین آوردن قیمت تمام شده و همچنین سادگی ساخت این درایو ها می باشد . شما می توانید در محیط های برنامه نویسی سیگنال هایی را به پورت پارالل ( پورت پرینتر ) بفرستید . بعدا روش این کار را توضیح خواهم داد . اگر عجله دارید می توانید سرچی در اینترنت بزنید و مطابق با محیط برنامه نویسی دلخواهتان ، آن را کشف کنید . حتی سورس های آماده هم وجود دارد . به هر حال با خروجی پرینتر می توانید پالس بفرستید . مشکل در اینجاست که آمپر پالس ها کم و پالس ها ضعیف می باشند . به وسیله ترانزیستورها می توانید این پالس ها را تقویت کنید و موتورها را به دوران در بیاورید . یک مشکل کوچک در اینجا می ماند و آن اینکه ممکن است که در اثر اتصالات و یا سوختن ترانزیستور ، برق جریان بالا وارد مادر برد شود و کامپیوتر شما آسیب برساند . راه حل آن استفاده از اپتوکوپلر ها جهت جدا نمودن دو سطح جریان و ولتاژ است . احتمال دارد که بخواهید از چند استپ موتور استفاده کنید . به دلیل محدودیت تعداد پین های ارسال اطلاعات در پورت مورد استفاده ، باید از ICهای لچ در بردتان استفاده کنید . مطالب بعدی صنعتی کردن بردتان است . شما با همان ترانزیستورها می توانید موتور را بچرخانید اما نویزهای محیط های صنعتی ، بالا و پایین رفتن سطح ولتاژ و … مشکلاتی را به وجود می آورد که برای ایجاد بردهای صنعتی باید همه این موارد در نظر گرفته شود . بر خواهیم گشت ای دوستان عزیز و آن را هم مفصل خواهیم گفت .

اگر برای CNCخود می خواهید از موتورهای سرو بهره مند شوید . آن را هم آقای اقدس پور دارند . سلام من را هم ساحلی هستم به ایشان برسانید. مدل تکو که چینی بوده و ارزان ترین سرو موتور ایران است . اگر یک سطح بالاتر بخواهید می توانید از شرکت فراسیس با مارک مکاپیون تهیه کنید . این مدل از موتورها کره ای بوده و ازمدل تکو بهتر می باشد ولی حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد گرانتر از تکو می باشد . بگذارید سرو را ریشه ای تر بررسی کنیم . فرق بین سرو موتورها و استپ موتورها در چند چیز است . استپ موتورها دارای سرعت پایینی می باشند ولی سرو موتورها مقدار دور موتورهای سنکرول و آسنکرون را حفظ کرده اند و با دور ۲۰۰۰ و ۳۰۰۰ دور بر دقیقه حرکت می کنند . در ضمن دقت دوران بسیار بالایی دارند . میزان استپ حرکت های این موتورها حدود یک تقسیم بر دو به توان پانزده یعنی حدود ۰٫۰۰۰۳ دور می باشد . در صورتی که از بال اسکرو دقیق با گام ۱۰ میلیمتر استفاده کنید میزان حرکت به جلو ۰٫۳ میکرون می رسد که برای دقیق ترین CNCها هم کافی می باشد . معمولا تلرانس های مکانیکی محدود کننده دقت حرکت دستگاه می باشد و سیستم الکترونیک جوابگوی دقت ما می باشد . از جمله مشکلی که بعضی از این موتورها دارند حرکت در دورهای پایین است . در دورهای بسیار پایین ممکن است موتور ۴ پالس را درست طی کند پالس پنجم را طی نکند و پال ششم را در عوض دوبله حرکت کند . اثر این قضیه در غیر یکنواختی حرکت می باشد و دستگاه ، توام با لرزش و صدا خواهد بود . برای همین منظور کنترلرها دارای چند حالت مختلف حرکت می باشند . تا بتوان خروجی های مورد نظر را از سرو موتورها گرفت . یک حالت بر مبنای کنترل سرعت Motion Controlاست . حالت دوم کنترل موقعیت است Position Controlو حالت سوم کنترل گشتاور است Tourq Control . برای انتخاب این حالتها در درایوتان باید وارد مد های برنامه نویسی شوید و مد مورد نظر خود را انتخاب کنید . در این خصوص و نمونه تنظیمات و درایوهای سرو موتور ها به زودی مطالبی ارائه خواهم داد .

در صورتیکه موتور مورد نظر خود را انتخاب کرده باشید مرحله بعدی انتخاب هولدرهای ابتدا و انتها و همچنین کوپلینگ و سیستم انتقال قدرت می باشد .
نوع انتقال قدرت از موتور به محورها در طراحی هولدرها موثر است . اگر موتور مستقیما توسط کوپلینگ به بال اسکرو وصل شود در آن صورت موتور ثابت بوده و به قطعه نگهدارنده که روی بدنه ثابت شده است پیچ می شود . در صورتیکه با تسمه تایمینگ به محرک وصل شود در آن صورت برای اتصال موتور از ۳ روش استفاده می شود . چرا که باید مکانیزمی ایجاد شود تا بتوان تسمه تایمینگ را شل و سفت کرد . در روش اول موتور به هولدر پیچ و ثابت می باشد و تسمه تایمینگ توسط مکانیزم سفت کن ، سفت می شود . در روش دوم هولدر نگهدارنده موتور را متحرک می سازند و ابتدا موتور را به هولدر محکم می نمایند و سپس هولدر را را آنقدر جابجا می کنند تا تسمه سفت شده و پیچ های هولدر را سفت می کنند . در یک حالت هم که غیر استاندارد است ، محل سوراخ پیچ موتور را به صورت شیار می سازند و آن قدر موتور را عقب می کشند تا تسمه سفت شود ، بعد پیچ ها را سفت می کنند . حالت اول بهینه ترین روش می باشد و حالت سوم اصلا توصیه نمی شود.

اگر از سیستم کوپلینگ می خواهید استفاده کنید بدانید که کوپلینگ ها بسیار متفاوت می باشند . در شکل زیر نمونه های مختلفی از آنها آمده است . بعضی از آنها مخصوص تغییر زاویه دوران است . بعضی برای گرفتن لرزش های موتور ( در استپر موتورها ) است و بعضی برای انتقال راستای دوران است . در فصل خودش توضیحات مفصلی در خصوص کوپلینگ هاخواهم داد.

اگر از سیستم بال اسکرو برای انتقال قدرت استفاده می کنید چند نکته ضروری را باید بدانید . نکته بسیار مهم اول اینکه بال اسکرو هیچ گونه بار شعاعی را تحمل نمی کند . نیروهای عمود بر بال اسکرو باید توسط ریل ها مهار شده باشد . بال اسکرو فقط در راستای محور تحمل نیرو دارند . نکته دوم تمامی بارهای وارد بر بال اسکرو فقط باید در یک سر بال اسکرو مهار شود . برای این کار می توانید از دو عدد بلبرینگ جهت دار در یک طرف بال اسکرو ( سمت موتور ) استفاده نمائید . نیروهای فشاری و کششی در این نقطه مهار می شود و طرف دوم بال اسکرو فقط با یک بلبرینگ معمولی به صورت آزاد از طرفین قرار دارد . علت این امر جلوگیری از هر گونه فشار ناشی از بارهای کمانشی در اثر نیروهایی مانند گرمایش ، سرمایش در طول ، تلرانس های مونتاژ و … می باشد .

نکته بعدی طول بال اسکرو می باشد . در صورتیکه طول بال اسکرو از حدود یک متر و شصت تا یک متر و هشتاد سانتی متر بیشتر شد شما باید از سیستم مهره گردان استفاده نمایید . در این حالت موتور روی محور متحرک و در کنار بال اسکرو قرار دارد . در طول های پایین تر می توانید مهره را توسط قطعات آماده موجود در بازار و یا قطعات ساخت خود به بدنه محکم نمایید و با چرخاندن پیچ بال اسکرو محور را به جلو یا عقب حرکت دهید . در این حالت موتور در ابتدای بال اسکرو و روی محور ثابت قرار دارد . در طول های بلند ، بال اسکرو روی محور ثابت ، محکم می شود و دوران ندارد ولی مهره بال اسکرو به همراه تسمه تایمینگ به موتور وصل شده و با چرخاندن مهره ، محور متحرک به جلو و عقب می رود .
نکته دیگر در مورد بال اسکروها سبک تراش ابتدا و انتهای آنها می باشد . در ابتدا بدانید که بال اسکروها قطعات آبکاری شده می باشد و آبکاری آنها سطحی بوده و با گذر از سطح درونی ، عمق میل بال اسکرو امکان تراش و پیچ زنی وجود دارد . جهت تراش مهره از دستگاههای تراش استفاده می شود . در صورتیکه مهره بال اسکرو توسط فک سه نظام گرفته شود ، آسیب می بیند . برای اینکار باید از یک بوش شیاردار استفاده نمود . به گونه ای که قطر داخلی جوش با قطر خارجی بال اسکرو یکی باشد . با اینکار بعد از سفت کردن بوش ، فشار سه نظام بطور یکنواخت روی بال اسکرو پخش می شود .

برای تراش بال اسکروها باید از قطعات واسط نیز استفاده شود به گونه ای که جلوی لنگی ناشی از دوران گرفته شود . در صورتیکه حین تراشکاری ، بال اسکرو لنگ باشد ، سر و ته تراشیده لنگ خواهد بود و بعد از مونتاژ در دستگاه CNCاثرش کاملا نمود پیدا می کند . نحوه مونتاژ بال اسکرو به روی بدنه را به گفتار بعدی و حین ساخت واگذار می نمایم . محور دستگاه و میز دستگاههای CNCیک بحث فوق تخصصی است و در جایگاهش که فکر کنم فصل بعد باشد مفصل صحبت می کنم . اما بد نیست چند اشاره کوچک داشته باشیم . در CNCهای ماشین افزار که شامل تراش و فرز می باشد ، بدنه ریخته گری شده ، تنش گیری می شود و سپس جهت صفحه تراش دروازه ای فرستاده می شود .
در دستگاهCMMکه قرار است تا دقت میکرون را بدست بدهد ، میز باید هیچ واکنشی نسبت به سرما و گرما و تنش های درونی نداشته باشد . به همین دلیل میز این دستگاهها و همچنین محورهای آنها از جنس سنگ گرانیت می باشد . در دستگاههای فلیم کات یا هوابرش و پلاسما ، میز دستگاه چند تیکه است و از پروفیل ساخته می شود و در محل مشتری جمع شده و تراز می شود .

توضیح بهتر : قرار دادن تابلو برق داخل بدنه به دلیل کوتاه شدن سیم های کنترلی و کم شدن نویز به میزان زیاد و جدا کردن تابلو برق از بدنه دستگاه به دلیل لرزش های مکانیکی و … ، اینکه چون چه خاصیتی دارد و چه کمکی به بدنه و محورها می کنند و … در فصل بعدی مفصل خواهم گفت .

در گفتار قبل ، از اسپیندل موتور صحبت کردیم که معمولا در محور آخر نصب می شود . فرق این موتورها و موتورهای معمولی در چند چیز است . اولین و مهمترین آن بلبرینگ های ابتدا و انتهای موتور می باشد . این بلبرینگ ها باید دور بالا باشد و توان حرکت در دورهای ۱۸۰۰۰ دور بردقیقه و بالاتر را داشته باشند . جهت خنک کردن این موتورها از ۳ روش استفاده می شود . در روش اول مانند موتورهای آسنکرون از پروانه در انتهای موتور استفاده شده و سیستم هوا خنک می باشد . اما از آنجائیکه دور موتور بسیار بالا می باشد پره های پروانه کوچک می باشد و به گونه ای طراحی شده که جریان هوای مورد نیاز خنک کردن از کنار موتور را تامین می کند .روش دوم نیز که آن هم سیستم هوا خنک می باشد از فشار باد بهره گیری شده است . به این صورت که باد ، با فشار به بلبرینگ های موتور برخورد می کند و آن را خنک می نماید .
در روش سوم جریان آب درون پوسته موتور گردش داشته و موجب خنک کردن پوسته موتور می شود .

وقتی به مکانیزم بسیا ساده اسپیندل موتور و قیمت بالای آن نگاه می اندازم واقعا حسرت می خورم و منتظر روزی هستم که بشنوم شرکتی در کشور خودمان اسپیندل موتور می لرزد . بدنه این موتورها آلومینیوم فورج شده به صورت پروفیل است . درپوش ابتدا و انتهای آن آلومینیوم دایکست شده است و روتور آن یک شفت سنگ خورده می باشد . بلبرینگ هایش از نوع دور بالاست که در بازار موجود است و خلاصه فقط توجیه اقتصادی می خواهد که باتوجه به گسترش تعداد CNCسازها و همچنین استفاده این موتورها در دیگر ماشین آلات به زودی این توجیه هم موجه خواهد شد.

این موتورها با تغییر فرکانس تغییر دور می دهند و برای این کار یک اینورتر مورد نیاز است . در صورتیکه فرکانس به ۳۰۰ هرتز برسد ، یعنی ۶ برابر فرکانس برق شهر ، دور موتور ۶ برابر دور نامی موتور شده و خروجی ۱۶۰۰۰ دور بر دقیقه به دست می آید . اینورتر در لاله زار تهران به وفور و در انواع و اقسام آن دیده می شود . شرکتهای ایرانی هم اینورترها را ساخته اند . امیدوارم که به زودی بتوانند بااستفاده از تکنولوژی های بالاتر ، در بازار رقابت محصول بهتری را ارائه دهند . ما در دستگاه های خود از اینورترهای دلتا ( ) استفاده می کنیم . البته مارک های دیگر که قیمت بسیارپایین تر داشته و کیفیت خوبی دارند هم معرفی شده است که بعد از تست ، آنها را خدمتتان معرفی می کنیم .

یک مطلب دیگر در دستگاههای CNCنحوه انتقال برق از تابلو برق تا محورها و موتورها می باشد .برای اینکار از انرژی چین یا انرژی گاید استفاده می شود . سیم ها که دائما در حال باز و بسته شدن می باشند ، در صورتیکه شعاع خمشی آنها از حد معینی کمتر باشد موجب قطع کابل و سیم ها می شود . وظیفه انرژی چین ها تامین حداقل شعاع خمش مجاز می باشد این انرژی چین ها که مانند زنجیر تانک می باشند کابل ها را درون خود می گیرند و با جلو و عقب رفتن محورها شعاع خمش مجازی را برای کابل به دست می دهند . محاسبات مربوط به این انرژی چین ها را در گفتار بعد خدمتتان ارائه خواهم کرد .

مطلب بعدی نحوه بستن قطعه کار بر روی میز می باشد . روشهای بسیار متنوعی برای اینکار موجود است . یک روش استفاده از سیستم های وکیوم می باشد . در دستگاههای تراش و فرز از سه نظام ها و گیره های اتوماتیک هم استفاده می شود . در گفتار بعد از زمینه با شیار Tشکل استفاده خواهیم کرد و در فصل بعد تمامی میزها را خدمتتان ارائه خواهیم کرد . اگر بخواهیم ادامه دهیم مطالب زیادی مانده است مانند میکروسوئیچ ها و نحوه اتصال آنها مانند کاور بندی دستگاه و یا استانداردهای رنگ ماشین آلات . اما اجازه می خواهم که این گفتار را در همین جا خاتمه دهم و گفتار بعدی را با شرح کامل ساخت یک CNCروتر جهت تراش بر روی سنگ ادامه دهم ، امیدوارم که تا اینجا مطالب مفید و سودمند بوده باشد .

گفتار سوم :ساخت CNCجهت تراش و حک بر روی سنگ

اینهمه CNC، چرا سنگ ؟ شروع ساخت CNCدر ایران با CNCهای حکاکی و برش روتر Routerآغاز شد و اولین CNCها در صنعت طلق و فایبرگلاس و به طور خاص در پامنار تهران آغاز گردید . گر چه تیم ما زودتر از مهندس دهقان و گروه صفر و یک حک به تکنیک سه محور رسید اما شرکت صفر و یک حک پیشگام شد و بیش از یکصد دستگاه CNC در این خصوص روانه بازار کرد .

اندک اندک بازار CNCهای پلکسی گلس اشباح شده و CNCسازها هم ما شاا… زیاد شدند . البته گروهی CNCهای هوابرش و CNCهای هات وایر می ساختند اما با پر شدن بازار آن محصولات ، آنها هم همجهت با روتر سازان قدیم به سمت صنعت چوب هجوم آورده اند . با این حجم CNCساز ، صنعت چوب کمتر از ۲ سال دیگر اشباح می شود و به نظر این حقیر صنعت سنگ بازار آینده CNCسازهای ایران است . البته اساس CNCها فرق چندانی نمی کند و عمده فرق در استراکچر و قدرت موتورها می باشد . اولین قدم در ساخت یک CNCتعیین ابعاد آن می باشد . ما برای CNCموردنظر ابعاد ۲۰*۱۳۰*۱۷۰ را در نظر گرفته ایم . استراکچرCNCمذکور از پروفیل های آهنی تشکیل شده است و سبک محور Xآن به صورت دروازه ای است . برای محور xیک موتور سرو با بال اسکرو در زیر سطح میز و در وسط قرار داده می شود و مکانیزم آن مهره گردان است . محورهایYو Zهم بال اسکرو بوده و از سرو موتوراستفاده می شود . اسپیندل موتور دستگاه ۱۸۰۰۰ دور بر دقیقه با توان ۳٫۳ کیلو وات ساخت شرکت آرل ترکیه بوده و کنترلر آن مدل Radonixمحصول جناب مهندس ترک می باشد . نوع نگهدارنده قطعه کار به میز به صورت Tساخته شده از تسمه های ماشین کاری می باشد و سرعت حکاکی دستگاه بطور معمول ۱۲ سانتی متر بر ثانیه می باشد و سرعت حرکت بدون بار تا ۲۰ سانتیمتر بر ثانیه می رسد . ورودی این CNCبصورت Gcodeبوده و از استاندارد کنترلر Fanucتبعیت می کند . وزن حدودی دستگاه ۱۲۰۰ کیلو گرم می باشد و ماکزیمم ابعاد دستگاه ۱۶۰ * ۱۸۰ * ۲۳۵ می باشد . دستگاه مجهز به سیستم گردش آب جهت جلوگیری از ایجاد گرد و غبار در اثر حکاکی می باشد . کامپیوتر مورد استفاده ، PCمعمولی و نرم افزارهای مرد استفاده جهت طراحی ArtCamو Autocadو CorelDrawو … می باشد . محیط کارمان ویندوز XPخواهد بود و دستگاه فایلهایی با پسوند gif , bmp , jpg , svg , tif , dxf, G-Codeرا شناسایی خواهد کرد.