مقدمه ای بر تاریخچه کنترل عددی
در دنیای امروز ، امروزه صنعت ، گسترش روزافزونی یافته و مداوماً توسعه و تکامل می یابد ، و روز به روز ماشینهای افزار و دستگاههای صنعتی جدیدی به بازار کار عرضه می شوند . که هر یک تکمیل کننده ماشینهای قبلی است . به طوریکه می توان ، قطعات ماشین آلات صنعتی را با ساده ترین روش و با دقت زیاد و نیز با صرف وقت و هزینه کمتری انجام داد .
چنانچه تاریخچه ماشینهای افزار را که قدیمی ترین آنها ماشین تراش درختی است، مطالعه نمائید خواهید دید که در آن دوران با چه مشکلاتی از نظر ساخت قطعات روبرو بودند . ولی دیری نگذشت که ماشین تراش چرخ تسمه ای و سپس ماشینهای تراش جعبه دنده ای نیمه خودکار ساخته شد . هم اکنون دامنه صنعت به جائی رسیده است که اغلب ماشینهای افزار از سیستم کنترل عددی استفاده نموده و به صورت کاملاً خودکار طراحی و ساخته می شوند . به طوریکه می توان با قراردادن نوار ضبط شده توسط سیستمهای کامپیوتری ( کنترل عددی ) در دستگاه کنترل ماشین ، قطعات مختلف را با کمترین دخالت انسان به طور دقیق و کامل تراشید در زیر چند نمونه از قدیمی ترین دستگاههای صنعتی خودکار شرح داده می شود .
شروع کاربرد سیستم کنترل عددی
مثالهای قبلی که بیان گردید برای کنترل اتوماتیک در دستگاههای صنعتی مورد استفاده قرار می گرفت و از آنها نمی توان به عنوان سیستمهای کنترل عددی یاد نمود . در دستگاه بافندگی چگوار برنامه کار روی کارتهائی قرار می گرفت . و در دستگاه پیانو از نوارهای چاپ شده استفاده می شد . در ماشینهای تراش و سری تراش و دستگاههای صنعتی دیگر، برآمدگی ( نوک ) و فرورفتگی های بادامک باعث عمل پیچ تراشی یا فرم تراشی می شود .
ولی کنترل عددی ( N-C ) به صورتهای مختلفی در قسمت کنترل ماشین مورد استفاده قرار می گیرد و با این سیستم ابعاد تعیین شده توسط کدها و اعداد معین شده کنترل می گردد . با استفاده از این کدها ( رمزها ) به ماشین دستور داده می شود که عملیات مختلفی را انجام دهد . مثل حرکت محور اصلی در جهات مختلف ، روشن و خاموش شدن دستگاههای سرد کننده ، تعویض ابزار گیرها و سایر عملیات . بنابراین موقعیت مکانی ( محل ) یک شماره در دستگاه کنترل مشخص می گردد .
تکامل تدریجی سیستم برنامه ریزی ماشینهای ابزار N – C
همزمان با پیشرفت و توسعه دستگاههای N – C ، تکنیکهای برنامه ریزی برای به وجود آوردن دستگاههای کنترل نیز روز به روز گسترش می یافت . ابتدا یک برنامه ساده دو محوری برای ماشین فرز نوشته و به مرحله اجرا درآمد و سپس برنامه ریزی سه بعدی ( سه محوری ) طرح ریزی گردید .
از طرفی دیگر همانگونه که قرارداد طراحی ماشینهای افزار N – C انجام می گرفت، سعی می شد که در تولید نیز مورد استفاده قرار گیرد . در سال 1956 سیستم برنامه ریزی اتوماتیک پیشنهاد شده که فعالیتهای آن به وسیله ارنولد زیگل یکی از مهندسین MIT در سطح بسیار عالی گزارش شد . این تکنیک برنامه ریزی در MIT برای کامپیوتر Whirl wind طرح ریزی و توسعه پیدا کرد . همچنین برای ساختن موتور هواپیما از کامپیوترهای 704 IBM و در بعضی از موارد از 650 IBM استفاده می شد . به موازات آن هر کمپانی برای توسعه مالکیت برنامه های کامپیوتری که در MIT پایه گذاری شده بود فعالیت می کردند . هدف دیگر این بود که با ماشینهای افزار N – C بتوان کارهای مشکل و پیچیده انجام داد . به همین منظور برنامه های رمزی در MIT زیر نظر نیروی هوائی آمریکا که قبلاً تعهد توسعه آن را داده بودند روز به روز توسعه پیدا می کرد . که بعداً این نوع برنامه ریزی را به نام سیستم APT نام گذاری نمودند که می توان چنین توضیح داد .
برنامه ریزی ماشینهای افزار اتوماتیک
APT = Automatically Programed Tools
در این سیستم برای تراش قطعه ای ابتدا برنامه ای به زبان انگلیسی ساده توسط برنامه نویس که می توانست به دستگاه کامپیوتر انتقال شود نوشته می شد . مثلاً دایره را به صورت زیر مشخص می نمودند .
CIRCLE/CENTER, RADIUS, 2
و علاوه بر آن نیز خط را بدین گونه مشخص می نماید .
LINE/P1 , P2
و اگر تقاطع دو خط مورد نظر باشد باید چنین نوشت
INTOF/LINE 1 , LINE 2
گر چه برنامه ریزی ماشینهای افزار اتوماتیک APT به صورت بسیار عالی آشکار شد و به طور ساده قابل فهم بود . سیستم مورد نیاز بسیار عظیم و گران تمام می شد که از نظر اقتصادی برای کمپانی های بزرگ قابل استفاده نبوده و قادر به توسعه آن نبودند . علاوه بر آن نیروی هوائی اطمینان چندانی در استاندارد کردن سیستم نداشت و نگران این بود که ممکن است با این سیستم و با یک برنامه ریزی ساده قادر به تولید قطعات و نیز به ساخت قطعات یدکی با فرمهای مختلف نباشند .
پیشرفت سیستمهای کنترل عددی N – C در سال 1960
فعالیت های شرکت صنعتی صنایع فضائی در سیستمهای کنترل عددی
شرکت صنعتی صنایع فضائی یک شرکت تجاری است که طراح ، توسعه دهنده و سازنده هواپیما ، اسلحه ، کشتی ها و سیستم های راهنمائی مربوط به هوانوردی و اجزاء مختلف آن می باشد .
یکی از فعالیت های مهم این شرکت تاسیس استانداردها در رشته های مختلف است. کمیته فنی صنایع فضائی AMEC شعبه کنترل عددی را به نام Numerical Panel دایر کرد ، که این شعبه شامل دوایر مختلفی از N – C است که به صنایع فضائی مربوط می شود . در دردپارتمان ماشینهای افزار و سازنده سیستمهای کنترل که وابسته به شعبه NP می باشد سعی شده است که سیستمها را به صورت استاندارد درآورند . از آن جمله در میان اجراکنندگان اصلی استاندارد سعی بر این شده است که نوارهای پانچ شده کاغذی و نیز فهرست اطلاعات برای محورهای ماشین و ابزار گیر را به صورت استاندارد درآورند .
یکی از مهمترین فعالیتهای NP توسعه و بسط سیستم برنامه ریزی APT است وظیفه این کمیته این بود که سیستم برنامه ریزی APT را در مقیاسهای وسیعتری پیاده کرده تا بتواند برای خود اعتماد بیشتری کسب نماید . لذا کمیته NP وظایف APT را مشخص کرده که شامل آغاز برنامه ها و کار روی برنامه ریزی قطعه زیر نظر MIT بود . بعد از مدتی که جهت برنامه ریزی معلوم گردید ، نماینده AIA سیستم محورهای مختصات را طرح ریزی کرده ، و پس از به اوج رسیدن فعالیتها در زمینه برنامه ریزی N – C سیستم APT در 13 دسامبر 1961 به صورت رسمی منتر گردید . با وجودی که فعالیتهای فوق به وسیله اعضاء شرکت کننده در حد بسیار عالی انجام می گرفت ، فاز دوم سیستم APT به صورت تصویب نشده ای انتشار یافت ، که در آن زمان یک سیستم آزمایشی بود . در خلال توسعه برنامه ریزی APT ، راههای زیادی برای برنامه ریزی جهت ساختن قطعات پیچیده در نظر گرفته شده بود . به منظور ادامه آنها و همچنین برنامه ریزی اقتصادی در جهت تولید سعی بر این بود که تحقیقات بیشتری در رشته های N – C صورت گیرد . تا توسعه برنامه ریزی با اطمینان بیشتر گسترش یابد ، سیستم APT با برنامه ریزی طولانی و درجات مختلف ALRP ، بعد از رقابتهای زیاد و گرفتن جایزه از مجتمع تحقیقاتی انستیتوتکنولوژی الینویز IITRI پایه ریزی شد . در ابتدا اصول برنامه ریزی ALRP به وسیله کمپانی صنایع فضائی مورد قبول قرار گرفت و حق عضویت اعضاء شرکت کننده را در کمیته های مختلف می پرداخت . کمیته NP که یکی از کمیته های فرعی کمیته AIA می باشد به عنوان مشاور فنی TAP همکاری داشت . به مرور زمان تکنیک N – C با سرعت پیشرفت می کرد و به طور کامل در اختیار صنایع قرار می گرفت این امر سبب شد که مالکیت سیستم APT از کمیته فنی AIA خارج گردد . بنابراین در سال 1962 چندین کمیته از کمیته AIA اعضاء شرکت کننده ALRP را دعوت کرده و در پایان سال 1964 پس از امضاء قرارداد ( سند ) کنترل ALRP را در اختیار IITRI قرار دادند .
با رهبری کارکنان IITRI پروژه APT برنامه ریزی ALRP به طور شگرف آوری رشد کرد ، به طوریکه در سال 1969 حق عضویت بیش از 200 نفر از اعضاء شرکت کننده را در تمام دنیا می پرداخت . اعضای دریافت کننده عبارت بود از : تعداد زیادی از انستیتوهای آموزشی ، تعداد زیادی از کمپانیهای اروپا ، و چندین کمپانی در کشور ژاپن همچنین در میان اعضاء شرکت کننده نیز تعداد زیادی از مهندسین اصلی کمپانی ، مهندسین ماشینهای افزار ، سازندگان سیستمهای کنترل و کامپیوتر بودند . کارکنان پروژه APT در شیکاگو مسئولیت تعمیراتی و سیستم برنامه ریزی APT را پذیرفتند .
توسعه ماشینهای ابزار N – C
اولین ماشین ابزار مجهز به دستگاه کنترل عددی NC ماشین هیدرولیکی است که در MIT نمایش داده شد . این دستگاه به وسیله سازندگان ماشینهای ابزار معمولی ساخته و توسعه پیدا کرده است . نوع ماشینهای معمولی که ساخته می شد عبارت بودند از ماشین فرز عمودی ، افقی و ماشینهای فرز دروازه ای و یکی از علائم پروژه این نوع ماشینها افزایش تلرانسی است که به صورت الکترونیکی عمل می کنند می باشد ، چون صنعت رو به گسترش بود هر روزه تقاضای ماشینهای افزار با کنترل عددی جدیدی می شد ، علاوه بر آن ضریب بهره وری از ماشینهای افزار با کنترل عددی که دارای دستگاههای یدکی متمرکزتری بودند سه برابر ماشینهای افزار معمولی است . ماشینهای افزار با کنترل عددی معمولاً می بایستی دقیقتر و نیز مستحکمتر ساخته شوند .
به طور کلی ماشینهای افزار با کنترل عددی براساس ماشینهای افزار معمولی طراحی و ساخته شده اند . همانطوریکه تکنیک کنترل عددی توسعه می یافت ، دستگاههای مختلف طراحی می گردید . به منظور مقایسه ماشینهای افزار معمولی با ماشینهای افزار با کنترل عددی ، می توان چنین اظهار داشت که در ماشینهای افزار معمولی میزان تجربه شخص ماشین کار مورد اهمیت است ، در این حالت ماشینکار بایستی قادر به کنترل حرکات ماشین با دست باشد . ولی در ماشینهای افزار با کنترل عددی عملیات ماشینکاری جزء به جزء در یک مقیاس وسیعی به وسیله دستگاههای کنترل ماشین صورت می گیرد . وظیفه ماشینکار این است که به وسیله دستگاه کنترل پس از محکم کردن قطعه کار روی میز ماشین به آن بار لازم داده شود . همچنین در بعضی از موارد لازم است که ابزارهای براده برداری تعویض شوند در این صورت باید محور ابزار گیر را به حالت اول برگرداند . ماشینهای افزار جدید مجهز به کنترل عددی عرضه شده است کاملتر بوده و کلیه عملیات اعم از تعویض ابزار و عملیات دیگر را به صورت خودکار انجام می دهد .
تاریخچه فناوری NC
ماشینهای کنترل عددی ( Numerically Controlled Machines ) در بسیاری از کارگاهها و کارخانجات معمول شده اند . چرا که بسیاری از مسائل پیچیده ی ساخت و تولید را آسان نموده اند . پیش از این ماشینهای ابزار با کنترل برنامه ای به طور مکانیکی کنترل می شدند اما امروزه به طور فزاینده ای از کنترل عددی استفاده می شود .
کنترل عددی عملیاتی است که توسط یک ماشین ، از طریق یک سری دستورات کدبندی شده شامل اعداد ، حروف الفبا و علائمی که واحد کنترل ماشین می تواند بفهمد ، انجام می شود . این دستورات به فواصل ، موقعیتها ، وظایف و حرکاتی مربوط می شوند که ماشین ابزارها می توانند آنها را بفهمند و قطعه کار را ماشینکاری کنند . گرچه فناوری NC برای کنترل ماشین ابزارهای تراش توسعه یافت اما دامنه کاربرد آن به انواع ماشینها و فرایندها گسترش یافت . یکی از بزرگترین توانمندیهای فناوری NC این است که تغییر در فرایند ماشینکاری به طور خودکار امکانپذیر می باشد . اتوماسیون ماشین ، براساس NC می تواند به راحتی با شرایط مختلف تولید تنظیم شود .
باالحاق فناوری کامپیوتر به این فناوری ، NC درهای پیش رفتن تا ساخت و تولید کامپیوتری نوین ( CAM ) را گشود و پایه های سیستم و فرایند تولید خودکار را برای آینده فراهم ساخت .
این ماشینها برای کنترل عملگرهایشان ، به اطلاعات خاصی نیاز دارند :
ابعاد قطعه
طول مسیر حرکتی ابزارها و محورها
ترتیب مراحل ماشینکاری
انتخاب ابزار
سرعتها
میزان باربرداری
این اطلاعات در چند خط شامل حرف و عدد با ترتیب و طبقه بندی ویژه ای به سیستم کنترل ماشین CNC داده می شود .
خلاصه ای از تاریخ فناوری ماشینهای کنترل عددی
پیش از دهه 1950 دو نوع روش متفاوت تولید در صنعت ساخت وجود داشت ؛
1 – حجم تولید کم – یا متوسط – که با عملیات دستی صورت می گرفت ، سرعت تولید پایین بود و قطعات مشابه ، ابعاد کاملاً یکسانی نداشتند .
2 – حجم تولید بالا ، تولید به صورت خودکار بود و طراحی خاص و ثابتی داشت به طوری که همواره برای تولید یک نوع قطعه با کیفیت ثابت و کمیت بالا و سرعت زیاد مناسب بود و برای هر گونه تغییر در نوع تولید لازم بود تغییراتی بنیادین و گسترده در ماشینها ، ابزار ، قیدها و تجهیزات جانبی صورت گیرد . این کار زمانی توجیه اقتصادی پیدا می کرد که کمیت در نظر گرفته شده برای تولید به قدر کافی بالا باشد .
میان این دو شکل تولید ، در تعداد تولیدات فرقی اساسی وجود داشت ، به عنوان مثال یک ماشین پیچ تراشی خودکار می توانست چندین هزار قطعه در روز تولید کند اما ماشین دستی آن حداکثر چند صد تا در روز می ساخت . زیرا از ماشین با سیستم خودکار به طور خاص برای ساخت فقط یک نوع ویژه از قطعه استفاده می شد و تنظیم آن برای تولید شکل دیگری از همان قطعه اغلب بسیار مشکل و حتی ناممکن بود .
از زمان جنگ جهانی دوم به بعد ، تقاضاها تغییر کرد ، پیشرفتهای فناوری و رقابتهای بین المللی ، همه را به سمت یافتن دیدگاهی جدید نسبت به طراحی محصول و سرعت تولید بیشتر سوق داد . تولید یک محصول بدون اصلاح کیفیت ، خصوصیات و کارکرد ، برای مدت طولانی همانند قبل تداوم نمی یافت . در مورد بسیاری از تولیدات که همواره ممکن بود لازم باشد روی آنها تغییرات جزئی در مدت زمان نسبتاً کوتاه صورت گیرد ، فرایند تولید خودکار به روش قدیمی غیرقابل توجیه می نمود . ماشین ابزارها یا سیستم های ساخت خودکار قدیمی با سیستم های مکانیکی ، الکترومکانیکی ، پنوماتیکی یا هیدرولیکی کنترل می شدند و ایجاد تغییرات در کارکرد یا ویژگیهای تولیدی آنها بسیار مشکل بود . به عنوان مثال در ساخت ماشین ابزارهای خودکار کلاسیک از بادامکها ، غلتکها ، استاپهای مکانیکی ، سوییچها ، و ریلهای هدایت کننده برحسب نوع عملیات و کارکرد مورد نظر سازندگان استفاده می شد . هر تغییری در این ماشینها مستلزم ایجاد تغییر مکان و ابعاد در این اجزا بود . بنابراین به نوع جدیدی از کنترل کننده های انعطاف پذیر احساس نیاز شد . همچنین در این سیستم جدید باید کنترل ابزار با دقت بالاتر و بدون دخالت انسان صورت می گرفت . پس از جنگ جهانی دوم ، در ساخت محصولاتی مانند هواپیماها و اتومبیلهای پیشرفته از قطعاتی استفاده می شد که از نظر شکل پیچیده تر بودند و تولید آنها زمان زیادی می طلبید . سیستم کنترل های جدید باید می توانستند با عمل سیگنالها با سرعت زیاد ، حرکت ابزار را با دقت بالاتری کنترل کنند . ظهور اولین کامپیوتر الکترونیک دیجیتالی در پایان جنگ جهانی دوم با سرعت تحلیل صدها برابر بالاتر از انواع پیشین امکان گسترش این سیستم کنترل نوین را فراهم کرد .
پس از جنگ جهانی نیاز به ساخت هواپیماهای جنگنده با قدرت و قابلیت های بالا به طور مستقیم زمینه ساز ورود این سیستم به دنیای صنعت شد و نیروی هوایی آمریکا نشا داد که این فناوری جدید چگونه موجب بهبود در تواناییهای تولید ، شده است .
در خلال جنگ جهانی دوم ، شرکت پارسونز ( Parsons Corporation ) برای حرکت دادن میز ماشین فرز در جهات طولی و عرضی به طور همزمان به کمک دو اپراتور ، از میز مختصاتی برای ماشینکاری مسیرها و مکانهای محاسبه شده (براساس اطلاعات عددی موقعیت ابزار ) استفاده کرد . جان پارسونز از همین شرکت ، براساس تجربه اش در ماشینکاری قطعات پیچیده ، تصمیم گرفت تا حرکت سه محور ابزار را به طور همزمان کنترل کند . ویلیام . تی . وبستر و تعدادی از مهندسان دیگر ( از Air Material Command ) یک مجموعه کامپیوتر دیجیتال و سروومکانیزمها را برای حصول فناوری ماشینکاری پروفیلهای با دقت تولید بالا ، به کار گرفتند .
اولین اقدام برای مطالعه روی عملی شدن کنترل کامپیوتری ماشین ابزار در برنامه تحقیقات شرکت پارسونز قرار گرفت که از مطالعات لابراتوار سروومکانیزمهای انستیتو فناوری ماساچوست ( Massachusetts Institute of Technilogy = MIT ) در اکتبر 1949 بهره برد . مطالعات MIT عملی شدن سیستمی که بتواند عملکرد مناسبی برای ماشینکاری با دقت بالا را داشته باشد را نشان داد . اولین ماشین فرز عمودی سه محور همزمان با کنترل سیستم جدید در MIT به سال 1952 ساخته شد . این ماشین با واحد کنترل هیبرید دیجیتال – آنالوگ با استفاده از نوارهای سوراخ شده ی باینری بود که ماشین کنترل عددی ( Numerically Controlled Machine ) نامیده شد .
در مجموع با این ماشین ، برای تولید قطعه ای جدید ، نیازی به تغییر در ساختار مکانیکی دستگاه نبود ، تنها کافی بود تا برنامه روی یک نوار سوراخ شده ذخیره شود . در طول سالهای 1952 تا 1955 پژوهشهای دیگری برای تست و پیشرفت سیستم کنترل ماشین NC جدید و مطالعه برای کاربرد آن روی دیگر ماشین ابزارها با مشارکت MIT و نیروی هوایی ایالات متحده انجام گرفت . توسعه و اصلاح تکنیکهای برنامه نویسی NC موضوع مهم دیگری برای تحقیق بود . اما طرح انتقال این فناوری به صنایع ، ناموفق ماند و هیچ شرکتی حاضر به خرید با ایجاد سیستم NC نشد زیرا زمینه های مهندسی جدیدی باید در ارتباط با این فناوری ، شامل ؛ الکترونیک ، کنترل دیجیتال ، اندازه گیری با دقت بالا و برنامه نویسی تعریف می شد . در سال 1956 ، نیروی هوایی خودپیشتاز ساخت یکصد ماشین بزرگ برای تولید قطعات هواپیما شد . در این مورد چهار شرکت همکاری کردند:
Kearney and Tracker Bendix
Giddings and Lewis General Electric
Morey General Dynamics
Cincinnati EMI ( British )
سیستمهای کنترل ساخت EMI از نوع آنالوگ بودند ، در حالی که بقیه دیجیتال ساخته شدند . طرح آنالوگ موفق نبود و بعداً با دیجیتال جایگزین شد .
این ماشینهای NC بین سالهای 1958 تا 1960 در چند شرکت هواپیما سازی به کار گرفته شدند . با رفع مشکلات موجود در طراحی سیستمهای کنترل عددی و با آموزش برنامه نویسان ، کاربران و تکنسینهای تعمیر و نگهداری تا سال 1962 ، کمپانی هوافضا شروع به خرید یا ساخت ماشینهای NC کرد .
موفقیت کاربرد NC به دو فاکتور مهم بستگی داشت : اصلاح سیستم کنترل کننده و توسعه نرم افزار برنامه نویسی . سیستم حرکت باربرداری یک بخش حیاتی از ماشین NC بود زیرا موقعیت دهی و دقت کانتورینگ را تامین می کرد . برای کاهش اصطکاک و لغزش قطعات متحرک از ریلهای بدون اصطکاک با اجزای رولینگ میان ریل و این قطعات استفاده شد . در این مورد محورهای ساچمه ای جایگزین پیچهای ذوزنقه ای معمولی شدند . مکانیزمهای حرکتی آنتی بکلش ( Anti Backlash ) برای به حداقل رساندن خطاهای مکانیابی در نتیجه پس زنی ( Backlash ) اجزای متحرک گسترش یافتند . موتورهای جریان مستقیم مجزا برای حرکت دادن محورهای مختلف به جای یک حرکت مرکزی به خدمت درآمدند . ماشینهای NC به سیستمهای فیدبک و اندازه گیری دقیقتر موقعیت مکانی برای حرکت های خطی و زاویه ای مجهز شدند زیرا نیازمند حلقه ی کنترلی بسته ای (Closed-loop Control ) بودند . کمی بعد حرکتهای اضافی دیگری نیز شامل خطی و دورانی غیر از محورهای کلاسیک x ، y و z برای ماشینکاری کانتورهای پیچیده پدیدار گشته و سیستمهای انتخاب و تغییر ابزار خودکار روی این ماشینها نصب شدند . پس از پایان دهه 1950 نوع جدیدی از این ماشینها به نام مرکز ماشینکاری NC ( NC Machine Center ) وارد صحنه شدند . این ماشینها چندکاره بودند . قالبلیت انجام فرز ، تراش ، دریل و بورینگ را با هم داشتند .
در مدت زمان نه چندان طولانی ، تغییرات دیگری در ساختار ماشینهای NC ایجاد شد ؛ مستحکمتر ساختن ساختار ماشین ، تکمیل و پشتیبانی ابزارگیر و پایه ها ، انتقال راحت تر و بهتر براده ها و موارد دیگری که بر افزایش دقت ماشینکاری تاثیر حیاتی داشتند . نرخ براده برداری نیز افزایش یافت .
جنبه ی دیگر این تحولات به سیستم کنترل NC ( NC Controller ) مربوط می شد. کنترلرهای NC را می توان به دو نوع تقسیم کرد ؛ حلقه کنترلی باز و حلقه کنترلی بسته . بیشتر ماشینهای NC مدرن مجهز به حلقه کنترلی بسته بودند که برای جبران اشتباهات مکانیابی بر پایه فیدبک از (( واحد اندازه گیری مکانی )) عمل می کردند .
در کنترل کننده ماشینهای NC اولیه از لامپهای خلا و رله های الکتریکی استفاده می شد و یک سروو مکانیزم هیدرولیکی را کنترل می کرد . این سیستم کنترل دقت کمی داشت و چندان قابل اعتماد نبود . با پیشرفت فناوری الکترونیک ، نسل دوم و سوم کنترلرهای NC با مدارهای دیجیتالی با استفاده از ترانزیستورها و بردهای مدار یکپارچه وارد میدان شدند . برای این کنترلرها لازم بود ، برنامه NC تحت کدهای خاصی روی نوارهای کاغذی سوراخ دار نوشته شده و از طریق یک نوارخوان وارد کنترلر شود . به دنبال پیشرفت فناوری کامپیوتری و کاهش مداوم هزینه سخت افزار کامپیوتر در پایان دهه 1960 امکان کارگزاری فناوری فقط خواندنی ( Read Only Memory = ROM ) برای کنترل کننده ها فراهم شد . بخشی از دستورات عملیاتی را می شد در ROM ذخیره کرد و در صورت نیاز آن را از واحد کنترل ماشین ( MCU ) بازخوانی نمود . با کاهش پیوسته ابعاد میکروپروسسورها و کامپیوتر ، در دهه 1970 و ترکیب شدن یک کامپیوتر اختصاصی به یک کنترلر NC ، کنترل عددی کامپیوتری Computer Numerical ) Control = CNC ) پا به عرصه وجود نهاد و بدین ترتیب نوارهای کاغذی یا مغناطیسی از میدان بیرون شدند . هر برنامه را ، هم در حافظه کنترلر و هم در یک کامپیوتر جداگانه می شد ذخیره کرد . این برنامه ها قابل اصلاح بودند . با به هم مرتبط کردن کنترلرهای CNC و کامپیوتر و تجهیزات ورودی و خروجی مختلفی ، می شد تبادل اطلاعات انجام داد و به این ترتیب امکانات جدیدی در صنایع تحت عنوان DNC ( Direct Numerical Control ) عرضه شد . در این سیستم گاهی یک کامپیوتر مرکزی برای رهبری چند ماشین CNC به کار گرفته می شد .
دستاوردهای فناوری NC ، امروزه ، بدون پیشرفت و اصلاح نرم افزارهای برنامه نویسی ناممکن بود . در سال 1955 یک سیستم برنامه نویسی NC به عنوان نمونه در MIT روی کامپیوتر ویرل ویند ( Wirl Wind ) آزموده شد . در سال 1957 اعضای موسسه صنعتی هوافضا ( Aero Space Industries Association ) تلاش کردند تا یک برنامه کامپیوتری که می توانست برای همه ی انواع سیستمهای NC متناسب باشد بسازند . ارتقای این برنامه به یک گروه تحقیقاتی ریاضیدان از کمپانی هواپیماسازی ، با همکاری MIT محول شد . این برنامه ی کامپیوتری اواخر سال 1957 تکمیل شد و APT ( Automatically Programmed Tool ) نامیده شد این نرم افزار برای استفاده در یک سیستم کامپیوتر IBM طراحی شد . اولین سطح این برنامه اشتباهات زیادی داشت ، تا سال 1960 ترمیم و اصلاح این برنامه ادامه پیدا کرد تا اینکه APT III حاصل شد که به طور گسترده در صنایع دهه 1960 مورد استفاده قرار گرفت .
یکی از مهمترین تصمیماتی که در خلال پیشرفت و اصلاح APT گرفته شد این بود که این نرم افزار باید برای استفاده در هر چهار سیستم NC تحت پشتیبانی نیروی هوایی طراحی شود . بنابراین خروجی از پروسسور APT که مکان ابزار و عملکرد مورد نظر را مشخص می کرد باید در فرمت استانداردی که مستقل از سیستمهای NC است کار می کرد . این زبان باید توسط برنامه ی کامپیوتری دیگری که پست پروسسور ( Post Processor ) نامیده می شود به کدهای NC خاصی که برای ماشین NC قابل فهم باشد ترجمه می شد . در سال 1961 گروه دیگری طرح اصلاح شده دیگری از APT ( APT Long Range Program ) را ارائه کرد . به زودی در اروپا و آمریکا اشکال مختلفی از زبانهای برنامه نویسی رایج شد که عموماً بر پایه APT یا طرحی شبیه به آن بودند . برای مثال : COMPACT II , NELAPT , MINIAPT , IFAPT , EXAPT , ADAPT ( این یکی مشتقی از APT نبود ) . زبان APT رایج ترین زبان برنامه نویسی شد و از سال 1974 در ایالات متحده آمریکا استاندارد گردید . این زبان از سوی شرکت IBM پشتیبانی می شد .
با قرار گرفتن این فناوری در ساخت و تولید در کنار طراحی و مهندسی به کمک کامپیوتر که این یکی نیز به لطف رشد و توسعه کامپیوتر و نرم افزارهای طراحی پیشرفتهای زیادی داشت ، سیستم CAD/CAM ( Computer Aided Desing and Computer Aided Manufacturing ) پایه ریزی شد اما تا سال 1980 به خاطر هزینه بالای آن و قابل اطمینان نبودن از سوی بسیاری از شرکتها مورد استقبال قرار نگرفت .
اگرچه در ابتدا فناوری NC برای پیشرفت عملیات تراش فلزات اعم از فرزکاری ، تراشکاری ، دریل ، سنگ زنی و … پی ریزی شد اما امروزه در جوشکاری ، برش با شعله ، شکل دهی فلزات ( شامل ورقکاری ، رولینگ ، فورجینگ و … ) ، بازرسی و فرایندهای اندازه گیری کاربرد دارد . گذشته از اینها در صنایع غیر فلزی ، مانند صنایع چوب ، پلاستیک ، الکترونیک و نساجی هم وارد شده است . روبوتیک را نیز می توان به عنوان یکی از مهمترین کاربردهای NC براساس همان برنامه ریزی و فلسفه کنترل برشمرد .
به این ترتیب فناوری NC فلسفه اتوماسیون ، روش طراحی فرایند ، کنترل و … را متحول کرد .
جایگاه CNC در فرایند ساخت
2. 1 CAM چیست ؟
به هر فرایند ساخت خودکار که با کامپیوتر کنترل شود CAM ( Computer Aided Manufacturing ) گفته می شود و بر پایه ی پیشرفت ماشینهای کنترل عددی NC در دهه های 1940 و 1950 گسترش یافت . اکنون CNC فرایندهای ساخت خودکار مختلفی را تحت پوشش خود قرار داده است مانند فرزکاری ، تراشکاری ، برش با شعله ، برش با لیزر ، پانچ ، نقطه جوش و وایرکات .
گسترش همزمان روبوتهای کنترل کامپیوتری و کارخانجات خودکار به پیشرفت واحدهای ساخت کامل ، سیستمهای تحت کنترل کامپیوتر مرکزی و سرانجام به آنچه که تحت فلسفه ای به نام FMS ( Flexible Manufacturing System ) شناخته شده است منجر شد و واژه CAM از درون این مجموعه و فناوری ساخت تحت کنترل کامپیوتر سربرآورد . مهمترین اجزای CAM در زیر آمده است :
الف ) تکنیکهای برنامه نویسی و تولید با CNC
ب ) مونتاژ و ساخت روبوتیک تحت کنترل کامپیوتر
پ ) سیستمهای ساخت انعطاف پذیر ( FMS )
ت ) تکنیکهای بازرسی و معاینه به کمک کامپیوتر ( CAI )
ث ) تکنیکهای تست به کمک کامپیوتر ( CAT )
موراد زیر را می توان به عنوان مزایای CAM برشمرد :
الف ) نرخ تولید بالاتر با صرف انرژی کاری کمتر
ب ) اشتباهات کمتر انسانی و افزایش ضریب اطمینان
پ ) انعطاف پذیری بیشتر در ساخت
ت ) صرفه جویی در هزینه ها با افزایش راندمان ساخت ( مواد دورریز کمتر ) و افزایش بازده ی منابع و مونتاژ
ث ) قابلیت تکرار فرایندهای تولید با ذخیره سازی اطلاعات
ج ) کیفیت بالاتر محصولات
به مجموعه ی کامل تکنیکهای CAD و CAM در یک فرایند تولیدی CADCAM گویند . به عنوان مثال ، شکل قطعه در یک صفحه ی نمایش VDU با داده های گرافیکی طراحی می شود و سپس به سیگنالهای الکتریکی در کابلهای متصل به سیستمهای ساخت تبدیل شده آنگاه قطعه به طور خودکار در یک ماشین CNC تولید می گردد . شکل صفحه ی بعد مثالی از یک مجموعه ی کامل CADCAM یکپارچه است .
2. 2 کنترل عددی ( NC )
همان طور که پیش از این هم توضیح داده شد ، NC تکنیکی است که از طریق دستورات کدهای حرف – عدد عملکرد ماشین را کنترل می کند . کدهای دستوری در بلوک هایی که اطلاعاتی در آنها وجود دارد به ماشین داده می شود . هر بلوک توسط ماشین به صورت یک دستور برای انجام یک عملیات واحد ، تفسیر می شود. برای مثال یک بلوک دستوری می تواند به یک ماشین NC دستور دهد که با یک نسبت اسپیندل به طول مسیر و جهت حرکت در قطعه کار ، و سرعت اسپیندل و سرعت پیشروی ثابت حرکت کند .
یک برنامه ی NC مجموعه ی بلوکهای دستوری است که به ماشین فرمان می دهد تا وظیفه ی خاصی را به انجام برساند . بخش عمده ای از این وظیفه مربوط به تراشکاری کامل یک قطعه ی مهندسی است . به این شکل از برنامه ی NC ، جز برنامه ( part program ) می گویند و یکی از اجزای اصلی ترکیب فرایند CAD CAM است . ماشینهای NC معمولی ، اطلاعات از پیش تعریف شده راجع به قطعه ندارند و باید به طور دستی به آنها داده شود . در مدلهای قدیمی معمولاً این اطلاعات به صورت نوارهای پانچ شده وارد می شد . کار از یک برگ کاغذ نقشه و یک طراحی از قطعه مورد نظر برای تولید شروع می شود و برنامه نویس بلوکهای برنامه را برای عملیات ماشینکاری با دست می نویسد . تا اینجای کار ، در خارج از ماشین NC انجام می شود . اطلاعات برنامه ( کاراکترهای حرفی ، عددی یا نشانه ای ) به واسطه ی صفحه کلید و توسط یک مبدل روی نوارهای کاغذی به صورت سوراخ های پانچ وارد می شود . هر خط از این سوراخها حاوی یک داده به شکل دودویی ( باینری ) است . هنگام پانچ هر برنامه ، کاغذ پانچ به تدریج از ماشین خارج می شود و به واحد کنترل ماشین NC ( Machine Control Unit = MCU ) وارد می شود . حافظه ای در کار نیست ، MCU فقط می تواند یک بلوک دستوری را بخواند و در لحظه دستور را اجرا کند . هر تعداد از یک نوع قطعه که بخواهیم ، با استفاده از همین رشته نوار پانچ قابل تکرار است و برای استفاده ی مجدد در آینده می توان آن را در جایی محفوظ داشت .
ماشینهای CNC بر پایه ی اصول اولیه ی NCهای معمولی ساخته شدند . در عین حال برنامه های ذخیره شده ی کامپیوتری را برای اجرای توابع اولیه NC ، به طور اختصاصی به کار می گیرند . کامپیوتر در سازمان واحد کنترل ماشین جا گرفته و اجازه می دهد برنامه ها از طریق نرم افزارشان به وجود آیند و در حافظه ذخیره شوند . روش اصلی ایجاد برنامه در CNC ،ورود دستی اطلاعات ( Manual Data Input = MDI ) نامیده می شود که مانند کامپیوترهای PC ، شامل وارد کردن دستورات از طریق صفحه کلید می باشد و به ماشین CNC متصل شده است .
برنامه های CNC از لحاظ فرمت ، فرقی با NC ندارند . بلوکهای دستوری حرف – عدد در صفحه کلید کامپیوتر تایپ می شوند همان طور که در ماشین پانچ انجام می شود . کامپیوتر CNC دستورات حرف – عدد را به سیگنالهای پالس باینری تبدیل می کند که براساس استاندارد کدهای ASCII/ISO یا EIA ماشینهای NC شکل گرفته اند . پس از یکبار نوشتن برنامه هرچند مرتبه که لازم باشد با رجوع به حافظه ، اجرا می شود . بیشتر سیستمهای CNC نوین برنامه ها را روی کاستهای مغناطیسی یا روی فلاپی دیسکها ذخیره می کنند .
به طور کلی مزایای CNC نسبت به NC به صورت زیر است :
الف ) می توان برنامه ها را پس از وارد کردن به طور مستقیم روی واحد ماشین تصحیح و بازنویسی کرد .
ب ) کل برنامه در حافظه کامپیوتر ذخیره شده و به عنوان یک سیکل کامل تولید به جای اجرای تکی بلوکها ( پس از خواندن و تحلیل و اجرای هر کدام )در نظر گرفته می شود . در CNCهای متداول امروز پس از زدن کلید اجرا ( به اصطلاح NC کردن ) و پیش از اینکه هر بلوک اجرا شود ، واحد کنترل تا ده بلوک بعدی برنامه را بررسی می کند و نتیجه محاسبات مربوط در حافظه ذخیره می شود و در صورتی که ایرادی ( از لحاظ منطق ریاضی ، محدوده ی کار ماشین یا ساختار برنامه ) در برنامه وجود داشته باشد ، آن را مشخص می نماید و این اشتباه را به صورت هشداری در بالای صفحه ی نمایش ( Monitor ) نشان می دهد . در حالی که در ماشینهای نوارخان هیچ تحلیل یا کنترلی روی بلوکهای بعدی که هنوز توسط نوارخان خوانده نشده است ، وجود ندارد .
پ ) برای اجرای هرچند مرتبه یک برنامه ، به صورت پشت سرهم ، فقط یکبار بارگذاری آن کافی است .
ت ) نرم افزار CNC ، شامل گزینه های خودکاری برای ماشینکاری از طریق اجرای دستورات ساده است .
ث ) برنامه های CNC می توانند شامل زیربرنامه هایی برای تکرار بخشی از برنامه باشند . یکبار نوشته می شوند و ممکن است چند بار از طریق دستوراتی خاص در برنامه احضار و اجرا شوند . این قابلیت امکان حذف اطلاعات تکراری را برای برنامه نویس فراهم کرده است .
ج ) نرم افزار CNC ، جبران ابزار را ساده کرده است به طوری که اجازه می دهد طول و شعاع ابزار در فرایند تولید یک قطعه تغیر کند .
چ ) می توان شکلهای مشابه را در برنامه های پارامتری CNC تعریف کرد و برای هر مورد به راحتی تغییرات لازم در ابعاد را وارد نمود .
ح ) در CNC امکان مبادله ی مستقیم اطلاعات با سیستم های کامپیوتری دیگر فراهم شده است ، نظیر پایگاه اطلاعاتی CAD ، کامپیوترهای میزبان کنترل عددی مستقیم (DNC ) و سیستم های مدیریت تولید به کمک کامپیوتر یا CAMP (Computer Aided Production Management ) .
2. 3 انواع برنامه ها
1 – سیکلهای ثابت ( Canned Cycles ) : زیربرنامه های خودکاری هستند که در حافظه سیستم وجود دارند ( به نظر سازندگان بستگی دارد ) . این فرایندها داده های متغیری را می پذیرند و با استفاده از آنها ، در وقت و انرژی صرفه جویی می شود . اگر لازم باشد پس از تنظیم این برنامه ها مطابق داده های مدنظر برنامه نویس ، به کمک کدهای خاصی در برنامه ی اصلی در مرحله مربوط احضار و اجرا می شوند . طبیعت این برنامه ها بستگی به کاربرد CNC دارد . شکل شماره 2-4 چند سیکل ثابت در یک ماشین فرز CNC را نشان می دهد .
2 - حلقه های برنامه : برای به حداقل رساندن زحمت نوشتن مراحل متعدد برخی از برنامه ها کاربرد دارند . مثلاً تعریف تعدادی سوراخ برای دریل کاری که در یک راستا و با یک فاصله از هم قرار دارند . این برنامه ها دارای کدهای شرطی برای پرش در جهت ابتدا یا انتهای برنامه هستند . این ویژگی به منظور تکرار در اجرای دستوراتی ، پس از هر بار افزایش ثابت در یک متغیر در محدوده ی تعیین شده مفید است . تعریف چند حلقه ی در هم در صورت عدم خطای منطقی امکانپذیر است .
3 – ماکرو ( Macro ) : همانند نرم افزار CAD یک برنامه ی ماکرو CNC ، زیربرنامه ای است که تعدادی عملیات را در ارتباط با یک دستور خاص اجرا می کند . ماکروهای CNC همانند حلقه ها برای کنترل عملیات تولید تکراری به کار برده می شوند . برنامه های ماکرو توسط سازنده در حافظه وارد شده اند . برخلاف حلقه ها یک ماکرو در خارج از ساختار اصلی برنامه قرار دارد و برحسب نیاز در هر مرحله ای از برنامه فراخوانی و اجرا می شود . ماکروهای پارامتری برای تولید شکلهای تکراری با صورت مشابه اما ابعاد و ویژگیهای متفاوت کاربرد دارند .
2. 4 کنترل عددی مستقیم ( DNC )
ورود اطلاعات به صورت دستی از صفحه کلید CNC در مقایسه با اینکه برنامه ی از پیش تعیین شده ای به ماشین داده شود محدودیتهای فراوانی دارد . در یک سیستم DNC برنامه می تواند در یک کامپیوتر میزبان ( Host Computer ) که به طور مستقیم اطلاعات را به CNC منتقل می کند به وجود آید . در این روش ماشینهای CNC متعددی به یک کامپیوتر میزبان متصل شده و برنامه ها از طریق همان کامپیوتر میزبان به ماشینها ارسال می شوند . DNC به طور خاص به برنامه نویسی به کمک کامپیوتر و شبیه سازی گرافیکی از فرایندهای تولید می پردازد . همچنین کامپیوتر میزبان اطلاعات را از طریق یک پایگاه اطلاعاتی ، از دیگر سیستمهای کامپیوتری مانند CAD و مدیریت تولید دریافت می کند . DNC در سیستم CAD CAM به هم پیوسته و یک سازمان ساخت یکپارچه کامپیوتری ( Computer Integrated Manufacturing = CIM ) عضوی حیاتی است .
2. 5 برنامه نویسی به کمک کامپیوتر ( CAPP )
DNC متعهد به وارد کردن کدهای زبان برنامه به کامپیوتر میزبان است ، برنامه ها پشت سرهم با یک شبکه CAD CAM مستقیم یا با بسته نرم افزاری CAPP پدید می آیند . CAPP عموماً فرمهای زبان ساده شده ، تکنیکهای گرافیکی ، یا ترکیبی از این دو را به خدمت می گیرد . برنامه نویسی گرافیکی در صفحه نمایش VDU ( Visual Display Unit ) نشان داده می شود و اغلب بر پایه کنترل عددی گرافیکی ( Graphical Numerical Control = GNC ) استوار است .
سیستمهای گرافیکی می توانند تقریباً شبیه سازی دینامیکی مسیر ابزار و اطلاعات تولید ، نظیر دفعات اجرای سیکل را تامین کنند . نرم افزار CAPP می تواند تسهیلات و امکانات بیشتری از قبیل قابلیت انجام محاسبات مثلثاتی پیچیده را فراهم نماید .
ویژگیهای فرمت CAPP به شرکتی که بسته نرم افزاری را می نویسد مربوط می شود . به هر حال بیشتر این بسته های نرم افزاری براساس سیستم APT هستند و برای یک دسته از کامپیوترها و ماشینهای CNC سازگارند . APT به طور مؤثر هم یک سیستم برنامه نویسی و هم یک زبان سطح بالاست .
ساختار نرم افزار CAPP
بیشتر بسته های نرم افزاری CAPP به سه بخش مرتبط با هم تقسیم می شوند :
تعریف هندسی پروسسورهای تولید پست پروسسور
1 – تعریف هندسی : برای تعریف هندسی ، تک تک اجزای شکل قطعه ی مزبور به طور مستقل تعریف می شوند . در سیستم APT این اجزا شامل ؛ نقاط ، خطوط ، دوایر ، سطوح ، استوانه ها ، مخروطها و کره ها می شود . شکل 2-8 برنامه ی APT ، برای تعریف هندسی یک کانتور ساده در فرزکاری را نشان می دهد . برای مثال خط شماره 30 برنامه ، PL را به عنوان نقطه ای به مختصات 30, x = 20y = و 10-z = معرفی می کند . خط شماره ی 60 نیز L1 را به عنوان یک خط راست میان دو نقطه ی P1 و P2 می شناسد . خط شماره ی 70 هم C1 را به عنوان کمان دایر به مرکز نقطه ی P6 و در حد فاصل میان دو نقطه P4 و P5 تعریف می کند .
2 – پروسسور ساخت : براساس تعریف هندسی ، اطلاعات مورد نیاز برای ساخت قطعه ایجاد می شود . اطلاعات مربوط به وضعیت و شرایط تولید شامل ابعاد ابزار ( طول و شعاع ابزار ) ، سرعت دوران اسپیندل و پیشروی در این مرحله به ماشین داده می شود .
110 CUTTER / 15
115 SPINDL / 1000 , CLW
120 FEDRAT / 300
خط 110 یک تیغه فرز به قطر mm10 را انتخاب می کند .
خط 115 سرعت اسپیندل را rev/min 1000 تعیین می کند .
خط 120 سرعت پیشروی mm/min 300 را برای ماشین در نظر می گیرد .
همچنین اطلاعات مربوط به جهت حرکت ابزار و مسیر برش به پروسسور ساخت داده می شود . برای مثال میانیابی خطی شیار پایینی در شکل قبلی به صورت زیر داده می شود :
145 GO RIGHT / L1 , PAST , P2
150 GO LEFT / L2 , PAST , P3
خط 145 دستور می دهد ، تا ابزار در طول خط راست L1 به سمت راست حرکت کند تا به نقطه P2 برسد و به همین طریق در خط 150 ابزار به نقطه ی P3 برود .
3 – پست پروسسور ( Post Processor ) : آن بخش از نرم افزار CAPP است که عبارت اختصاری انگلیسی را به کدهای دستوری قابل فهم برای ماشین CNC تبدیل می کند ( از قبیل G کد ، M کد و … ) تا این مرحله زبان CAPP برای تمام انواع CNC ها یکسان است . در عین حال در ماشین ابزارهای مختلف ( از سازنده های متفاوت ) تفسیرهای تابعی و فرمت G کدها و M کدها یکسان نیست ، بنابراین پست پروسسور باید یک بخش ثابت از نرم افزار بوده و برای هر نوع ماشین CNC مناسب باشد . از مزایای عمده ی CAPP قابل فهم بودن و انعطاف پذیری آن است . برای کار با CAPP فقط دانستن یک زبان ساده و تجربیاتی در ساخت کافی است .
مثالی در برنامه نویسی به کمک کامپیوتر CAPP
موردی که در زیر توضیح داده شده از برنامه هایی است که بسته نرم افزاری CAPP موسوم به PEPS می باشد و توسط شرکت ان . سی . ریتر ( N.C. Riter Ltd ) تولید شده است . تعریف هندسی براساس GNC می باشد . المانهای دستوری بدین شرحند : P ( نقطه ) ، C ( دایره ) ، T ( مماس هم جهت ) ، A ( مماس غیر هم جهت ) ، B ( زاویه برحسب درجه ) .
مثال : پروفیل فرزکاری محوری ساده :
خطوط 10 تا 16 هندسه کانتور را معرفی می کنند . در خط 17 نوع تکنیکی که به برنامه نویس امکان می دهد تا اطلاعات متن را به صورت گرافیکی ببیند ، تعیین شده است . در خطوط 18 و 19 نمای دو بعدی پلان xy یا سه بعدی xyz تعریف شده است . در مرحله ی بعدی پروفیل برش قطعه تعریف شده ( در این سیستم KURVE1 نامیده می شود ) که در خط 20 تعیین گردیده است . در این خط اطلاعات مربوط به جهت حرکت ابزار و جهت چرخش ( ساعتگرد یا پادساعتگرد ) دور دایره ها به ماشین داده شده است . به عنوان مثال TS3 یعنی خط راست S3 به صورت ساعتگرد با کمان دایری مماس می شود . خطوط 21 تا 31 ابعاد ابزار ، حرکت آن ، سرعت دورانی اسپیندل و سرعت پیشروی در طول مسیر کانتور K1 را برای دستگاه تعیین می کند .
2. 6 فناوری سیستم ساخت انعطاف پذیر ( FMS )
شکل 2-14 ، طرح یک FMS ( Flexible Manufacturing System ) را نشان می دهد . سیستمهای انعطاف پذیر ، شکلهای متفاوتی دارند . اما همه ی آنها از اجزای زیر تشکیل شده اند :
الف ) تجهیزات ساخت تحت کنترل کامپیوتر
ب ) کامپیوتر میزبان ( Host Computer ) در شبکه DNC
پ ) نرم افزار مناسب
ت ) تجهیزات بارگذاری و انتقال خودکار
ث ) تجهیزات ذخیره سازی و بازیافت خودکار
تجهیزات ساخت : همه ی تجهیزات ساخت تحت کنترل کامپیوتر هستند و در سطح بالایی خودکار می باشند . ماشینهای CNC بدنه ی اصلی آن را تشکیل می دهند و به طور مستقیم با عملکرد خودکار و تجهیزات جانبی نظیر روبوتها پشتیبانی می شوند . هر ماشین CNC بخشی از مرکز ساخت منظم را که با ابزار خودکار و تجهیزات عملگر تجهیز شده تشکیل می دهد . مراکز ساخت FMS باید قابلیت انجام عملیات در حداقل یک شیفت را داشته باشند . برخی از این سیستمها از واحدهای کوچک دیگری نیز ساخته شده که به سلولهای ساخت انعطاف پذیر ( FMCS ) معروفند . این سیستمها دارای تعدادی ماشینهای ابزار متصل به سیستم حمل و نقل یا روبوتها هستند .
شبکه DNC : همه ی مراکز ساخت در FMS کامل با کابل به کامپیوتر میزبان که شبکه DNC را برقرار می کند متصل شده اند . وظیفه ی شبکه ی DNC بارگذاری برنامه ها به ماشینهای CNC مختلف به روشهای انعطاف پذیر است . کامپیوتر میزبان همچنین می تواند در سطوح مختلفی اعمال کنترل نماید ، مبادلات اطلاعاتی داشته باشد و از تجهیزات هوشمند در FMS پشتیبانی کند .
نرم افزار : میزان تاثیر و فراگیری یک سیستم FMS به کنترل نرم افزارش بستگی دارد . نرم افزار باید قابلیت های زیر را داشته باشد :
الف ) تحلیل و مدیریت اطلاعات آماری مانند تشخیص خانواده ی قطعات
ب ) تطبیق و انعطاف پذیری بارگذاری برنامه ها
پ ) طرح ریزی سفارشی مسیرهای انعطاف پذیر
ت ) انجام به موقع محاسبات
ث ) ایجاد هماهنگی در عملکرد ماشینها با حمل و نقل مواد و ابزار
ج ) نمایش دادن عملکرد ابزار
چ ) سازمان دادن به سیستم ذخیره سازی
ماشینهای بارگذاری و انتقال دهنده : FMS بدون همسانی در اساس کار اتوماسیون و هماهنگ سازی کامپیوتری برای تولید که با عملکرد سیستم انتقال تنظیم شده اند نمی تواند موفق از آب درآید . برخی از این تجهیزات شامل موارد زیر هستند :
الف ) انباره ی ابزار : در این انباره برحسب نیاز ابزارهای مختلفی نصب می شوند که CNC براساس برنامه ممکن است آنها را در فرایند ساخت به کار گیرد .
ب ) روبوتهای نصب و برداشت ( Pick and Place ) : برای بارگذاری یا برداشت قطعات و ابزار در مراکز ساخت به کار گرفته می شوند . در فرایندهای FMS ، ممکن است از روبوتها برای ساخت ، مونتاژ و بازرسی استفاده شود .
پ ) تسمه نقاله ها و جرثقیلها : برای جابه جایی قطعات در حال تولید میان مراکز ساخت به کار می روند .
ت ) وسایل نقلیه خودکار ( AVGs ) : یک AVG یک حمل کننده چرخ دار است که برای حرکت میان در مکان مورد نظر برنامه ریزی می شود . AVG ها انعطاف پذیری بالایی در تغییر مسیر جابه جایی ابزار و قطعات دارند .
ث ) تجهیزات ذخیره سازی و بازیافت FMS و …
2. 7 یک فرایند کامل CAD CAM – بررسی موردی
در این مبحث با بررسی فرایند CAD CAM در کمپانی فورد موتور ، قصد داریم تا شما را به طور مختصر با یک نمونه عملی از CAD CAM و جایگاه ماشینهای CNC در این سیستم آشنا کنیم .
کمپانی فورد موتور یکی از بزرگترین تولید کننده های اتومبیلهای سواری و کامیونهاست . این خودروسازی یکی از پیشروان گسترش گرافیک کامپیوتری در دهه ی 1960 بوده است . یک نکته مهم در صنعت خودروسازی تمرکز روی طراحی سطوح ورقه های بدنه ی اتومبیل است . سیستم معروف به PDGS ( Product Design Graphics System ) توسط سران کمپانی فورد در آمریکا توسعه یافت و این پیشرفت جایگزینی پانل مدرن سه بعدی بدنه ماشین به جای طرحهای دو بعدی بوده است .
اولین PDGS اروپایی در سال 1978 راه اندازی شد . پیشرفتهای بعدی این سیستم بسیار سریع اتفاق افتاد . در سال 1980 کامپیوترهای اولیه برای شبکه ای کردن ایستگاههای کاری مورد استفاده قرار گرفتند . یکی از موارد موفقیت فورد ، به کارگیری CAD CAM در مبادلات گسترده اطلاعات به صورت شبکه ای بود . این
دانلود مقاله دستگاه cnc