امروزه قطعات صنعتی دارای پیچیدگی های هندسی متفاوتی می باشند که فقط با استفاده از ماشین ابزارهایی با دقت بالا قابل تولید اند. با پیشرفت چشمگیری که در صنعت الکترونیک در دهه هفتاد میلادی به وجود آمد بکارگیری مینی کامپیوتر ها در صنعت ماشینکاری مرسوم گردید.
ماشین ابزارهایی که به کمک کامپیوتر هدایت می شدند CNC نام گرفتند. به کمک CNC به تدریج دقت مورد نیاز برای تولید قطعات پیچیده در صنایع مختلف مانند هوافضا و قالب سازی حاصل شد. با دست یابی به تلرانسهای بسیار دقیق برای تولید یک قطعه تدریجا اندیشه بالاتر بردن سرعت تولید نیز قوت یافت. با ساخت ابزارهایی با سختی زیاد، شرایط برای بالا بردن نرخ تولید نیز بهبود یافت «2». تا اینکه امروزه با بکارگیری تکنیکهای ماشینکاری با سرعتهای بالا قطعاتی با تلرانسهای دقیق در زمان بسیار کوتاهی تولید می گردند. برای دست یابی به قابلیت ماشین کاری با سرعتهای بالا می باید در زمینه های مختلف مانند طراحی سازه ای، کنترل ارتعاشات خود برانگیخته، یافتن بهترین نرخ براده برداری و کنترل حرکت و سرعت در راستای مسیر مورد نظر به پیشرفتهایی دست یافت.
فصل اول :
Cnc :
کنترل حرکت در راستای یک مسیر در ماشینهای CNC در واحد درونیاب صورت می گیرد. اکثر درونیابهای CNC فقط قابلیت درونیابی در راستای خط و دایره را دارا می باشند. به دلیل اینکه برای ماشینکاری یک مسیر منحنی شکل در حالت عمومی با بکارگیری این نوع درونیابها نیاز به شکسته شدن منحنی به قطعاتی از خط و دایره می باشد، لذا این دو نوع درونیابی به تنهایی پاسخگوی همه کاربردها از جمله ماشینکاری در سرعتهای بالا، نیستند. بنابراین بکارگیری نوع دیگری از درونیابها یعنی درونیابی در راستای یک منحنی ضروری به نظر می رسد. محققین مختلفی در این زمینه به تحقیق پرداخته اند و الگوریتمهای مختلفی را بر مبنای بکارگیری منحنی های پارامتری چند جمله ای در حالت عمومی ارائه داده اند.
Korn در ابتدا با توسعه درونیابی دایره ای، روشهایی را برای درونیابی منحنی ها درجه دو ارائه داد Korn , Yang , Kong, Huang , Yang با بکارگیری منحنی های پارامتری چند جمله ای روشهایی را برای درونیابی یک منحنی ارائه دادند اما این روشها قاعدتاً برای درونیابی یک منحنی درجه سه به کار می رود و در بکارگیری منحنی های درجه بالاتر کارآیی لازم را ندارند. به تدریج با بکارگیری مفاهیم B-Spline ها، Bedi و همکاران روش دیگری را برای درونیابی در راستای یک منحنی ارائه دادند. تقریباً در همین زمان Wang Yang , بر اساس پارامتر سازی طول کمان روش بسیار مناسبی را برای مسأله درونیابی Real-Time در راستای منحنی ارائه دادند.که این روش برای بکارگیری در CNC نسبتاً رواج یافت. با بهبود روش پارامتر سازی طول کمان توسط Wang , Wright این روش برای بکارگیری منحنی های درجه پنج بسیار کارا گردید. همچنین این روش توسط [1]Altintas نیز با بکارگیری پروفیل سرعت متفاوتی استفاده شده اتس. اما تمامی این روشه که مبتنی بر پارامتر سازی طول کمان می باشند روشهای تقریبی هستند.
با بکارگیری منحنی های خاصی بنام منحنی های فیثاغورث – هدوگراف[1] (PH) که زیر مجموعه ای از منحنی های پارامتری چند جمله ای می باشند مسأله درونیابی Real-Time را می توان به صورت تحلیلی نیز حل نمود. این منحنی ها که توسط Farouki , Sakkalis معرفی شدند خواص ریاضی ویژه ای دارند که این خواص قابلیت محاسبه طول کمان به صورت یک عبارت پارامتری چند جمله ای را ممکن می سازند. روشهای درونیابی مختلفی به صورت Real-Time بر مبنای انی منحنی ها توسط Farouki ارائه گردیده است. همچنین با بکارگیری منحنی های فیثاغورث-هدوگراف می توان سرعت پیشروی بهینه را برای حرکت بر روی یک مسیر منحنی با توجه به قدرت ماشین نیز بدست آورد.
همچنین ترکیب متفاوتی از انواع پروفیل های سرعت برای ماشینکاری یک مسیر منحنی بررسی شده و بهترین پروفیل سرعت جهت بکارگیری در ماشینکاری با سرعتهای بالا پیشنهاد می گردد. در بخشهای بعدی مسأله یافتن سرعت پیشروی بهینه بر روی یک منحنی فیثاغورث-هدوگراف با توجه به توانایی و قدرت ماشین مورد استفاده بیان شده و پروفیلهای سرعت متفاوتی برای حل این مسأله بکار گرفته می شوند.
ضمن اینکه با وارد کردن نیروهای برشی در قیود موجود و بکارگیری پروفیلهای سرعت مناسب تر، فرمول بندی جدیدی برای مسأله صورت می گیرد و جوابهای واقعی تری برای حل این مسأله ارائه می گردد. در پایان الگوریتمهای شبیه سازی شده برای درونیابی در راستای خط، دایره و منحنی با بکارگیری تکنیکهای خاصی عملاً بر روی دستگاه CNC موجود پیاده می گردند.
فصل دوم: مبانی ماشینکاری
1-2- مقدمه
سیستم های تولید پیشرفته و رباتهای صنعتی سیستم های اتوماتیک پیشرفته ای هستند که از کامپیوترها به عنوان واحد کنترل استفاده می کنند. کامپیوترها امروزه اصلی ترین قسمت اتوماسیون می باشند که سیستم های مختلف تولید مانند ماشینهای ابزار پیشرفته، ماشین های جوشکاری دستگاههای برش لیزری و غیره را کنترل می کنند.
پس از اینکه مکانیزم تولید اتوماتیک و تولید انبوه در اواخر قرن 18 توسعه یافت اولین ماشینهای ابزار اتوماتیک مانند ماشینهای کپی تراش بوجود آمدند [1]. نخستین ماشین ابزار کنترل عددی بوسیله شرکت پارسونز و MIT در سال 1952 ساخته شد. اولین نسل ماشین های کنترل عددی از مدارهای الکترونیکی دیجیتال استفاده می کردند و در حقیقت در آنها هیچ واحد پردازش مرکزی وجود نداشت. در دهه 1970 با بکارگیری مینی کامپیوترها به عنوان واحد کنترل ماشین های ابزار با کنترل عددی به کمک کامپیوتر (CNC) گسترش یافتند.
این ماشینها توانای ماشینکاری انواع شکلهای پیچیده در صنعت قالب سازی و هوافضا را به خوبی دارا بودند. از اواسط دهه 80 با توسعه صنعت ساخت ابزارهایی با سختی بالا ماشینکاری با سرعتهای بالا (HSM[2]) به منظور افزایش نرخ تولید رواج یافت. بکارگیری این قابلیت در CNC نیاز به داشتن اطلاعات ویژه ای درباره نرخ براده برداری بهینه ، پیش بینی وقوع ارتعاشات خود برانگیخته، طراحی سازه ای و نحوه کنترل محورها را بیش از پیش ضروری ساخت. امروزه علاوه بر این موارد انتخاب صحیح نرخ پیشروی و شتاب گیری محورها در ماشینکاری با سرعت بالا حایز اهمیت می باشد بطوری که سعی می شود به نحوی مقادیر بهینه آنها در ماشینکاری بکار گرفته شود.
هم اکنون با پیشرفت در صنعت الکترونیک و کامپیوتر ماشینهای CNC با بکارگیری چندین میکروپرسسور و کنترل کننده منطقی بطور موازی قابلیتهای بسیاری را دارا می باشند بطوری که این ماشینها قابلیت کنترل موقعیت و سرعت چندین محور و قابلیت برنامه ریزی بصورت Real-Time و نمایش گرافیکی مراحل مختلف کار و پروسه برش و نمایش تغییر اندازه قطعه در حل ماشینکاری را دارا می باشند.
در این فصل ضمن بیان مبانی کنترل عددی و معرفی اجزای CNC و ساختار برنامه ای آن به طبقه بندی سیستم های NC و معرفی HSM نیز پرداخته می شود.
2-2- مبانی کنترل عددی NC:
کنترل یک ماشین ابزار بوسیله یک برنامه تهیه شده را کنترل عددی (NC) می نامند. یک سیستم کنترل عددی توسط (Electronic Industrial Association) EIA بصورت زیر تعریف می گردد:
سیستم کنترل عددی سیستمی است که حرکات در آن بوسیله وارد کردن اطلاعات بصورت عددی در هر نقطه صورت می گیرد و این سیستم می باید این اطلاعات را به عنوان فرمان به صورت اتوماتیک اجرا کند.
در یک سیستم NC اطلاعات عددی مورد نیاز برای تولید یک قطعه بصورت برنامه قطعه به ماشین داده می شود که این برنامه در گذشته بوسیله نوار پانچ به ماشین وارد می شد. برنامه یک قطعه به صورت بلوکهایی از اطلاعات مرتب می شود که هر بلوک حاوی اطلاعات عددی مربوط به تولید یک قسمت از قطعه کار مانند: طول قطعه، سرعت برش، نرخ پیشروی و ... می باشد. اطلاعات ابعادی (طول، عرض، شعاع دوایر) و نوع درونیابی (خطی، دایره ای، در راستای منحنی) با توجه به طراحی قطعه مشخص می گردند. همچنین سرعت برش، نرخ پیشروی و توابع کمکی مانند خاموش و روشن کردن مایع خنک کننده جهت چرخش اسپیندل و ... با توجه به پرداخت نهایی سطح و تلرانسهای مورد نیاز در برنامه قطعه کار وارد می گردند.
در مقایسه با ماشینهای ابزار سنتی، سیستم NC جایگزین عملیاتی می شود که اپراتور بصورت دستی انجام می دهد. در ماشینکاری سنتی یک قطعه با حرکت ابزار در طول قطعه کار بوسیله چرخاندن دستگیره متصل به پیچهای راهنما توسط اپراتور تولید می شود. بنابراین نیاز به اپراتوری با تجربه و زبردست می باشد که بتواند قطعه مورد نظر را ماشینکاری کند. اما در ماشین های NC نیازی به اپراتور با مهارت نیست در حقیقت اپراتور فقط می باید مراقب درست انجام شدن روند ماشینکاری با توجه به دستورات منتقل شده به ماشین باشد.
کلیه ابعادی که در برنامه وارد می گردند بر اساس واحد طول-مبنی (Basic Length Unit) BLU مقیاس بندی شده و به محورها ارسال می گردند. واحد طول – مبنی (BLU) به عنوان اندازه نمو نیز شناخته می شود که در عمل مربوط به دقت سیستم NC می شود و در حقیقت کوچکترین اندازه نموی می باشد که هر یک از محورهای می توانند حرکت کنند. در سیستم NC برای صدور فرمان حرکت هریک از محورها ابتدا طول حقیقی بر واحد-طول مبنی تقسیم می گردد. بعنوان مثال در یک سیستم NC که در آن BLU=0.0001 است برای حرکت 0.7 mm محور x در جهت مثبت دستور حرکت x+700 صادر می شود.
در ماشینهای NC هریک از محورهای حرکت مجهز به یک وسیله محرک جداگانه می باشند. این وسیله محرک می تواند یک dc موتور، یک عمل کننده هیدرولیکی و یا یک موتور پله ای باشد که بر اساس قدرت مورد نیاز دستگاه انتخاب می شوند.
1-2-2- اج
پروژه و تحقیق-شناخت و اصول کار ماشینهای-CNC - در 65 صفحه-docx
