مقدمه‌ای بر دستگاه‌های CNC

سی‌ان‌سی (سیستم کنترل عددی کامپیوتری) یک فناوری است که به وسیله آن، ماشین‌های صنعتی کنترل می‌شوند. این فناوری با استفاده از برنامه‌های کامپیوتری، به ماشین‌ها در انجام عملیات‌های دقیق و متنوع کمک می‌کند. ماشین‌های سی‌ان‌سی قادر به انجام وظایفی مانند حکاکی، حفر و برش در مواد مختلف هستند. استفاده از سی‌ان‌سی در کارخانه‌ها به بهبود فرآیندهای تولید، افزایش کیفیت قطعات، کاهش زمان و هزینه تولید کمک می‌کند. بهبود عملکرد سی‌ان‌سی در تولید قطعات پیچیده و دقیق، از مزایای اصلی این تکنولوژی است.

این فناوری، یک فرایند تولیدی است که در آن، کامپیوتر دستگاه را با استفاده از کدنویسی‌های کامپیوتری برای تولید یک محصول برنامه‌ریزی و هدایت می‌کند. این دستگاه در صنایع مختلف مانند هوافضا، پزشکی، بهداشت و لوازم الکترونیکی کاربرد دارد.

ماشین CNC به کمک یک رابط به منوی روی یک کامپیوتر کنترل می‌شود. دستگاهی که می‌تواند به کمک یک رایانه روی چوب و فلز تغییراتی ایجاد کند. در تصویر زیر، قسمت‌های مختلف دستگاه سی‌ان‌سی را مشاهده می‌کنید.

 

در حوزه صنعت و تولید، سیستم کنترل عددی کامپیوتری (CNC) به عنوان یک فناوری بسیار حیاتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فناوری امکان انجام عملیات‌های دقیق و متنوع را به وسیله ماشین‌های صنعتی فراهم می‌کند. ماشین‌های CNC قادر به انجام وظایفی مانند حکاکی، حفر و برش در مواد مختلف هستند. استفاده از سی‌ان‌سی در کارخانه‌ها به بهبود فرآیندهای تولید، افزایش کیفیت قطعات و کاهش زمان و هزینه تولید کمک می‌کند. بهبود عملکرد CNC در تولید قطعات پیچیده و دقیق، از مزایای اصلی این تکنولوژی است.

در این مقاله، به شما راهنمایی کاملی برای ساخت یک دستگاه CNC ارائه خواهیم داد. از انتخاب قطعات و مواد مناسب تا مراحل ساخت و برنامه‌ریزی، تمام جنبه‌های مربوط به ساخت یک دستگاه CNC را پوشش خواهیم داد. با استفاده از این راهنما، شما قادر خواهید بود یک دستگاه CNC بسازید که به نیازهای خاص شما پاسخ دهد.

 

مراحل ساخت دستگاه سی‌ان‌سی

طراحی و برنامه‌ریزی:

قبل از هر چیز، باید دستگاه CNC خود را طراحی کنید. این کار شامل انتخاب اندازه و ابعاد، نوع حرکت محورها (مانند XYZ)، نوع موتورها و سیستم کنترلی که قصد دارید استفاده کنید، می‌باشد. همچنین، برنامه‌ریزی نرم‌افزاری مربوط به عملیاتی که می‌خواهید دستگاه CNC انجام دهد، نیز لازم است. نمودارهای X، Y و Z را در شکل ۱ مشاهده می‌کنید.

 

تهیه مواد و قطعات:

برای ساخت دستگاه CNC خود، شما نیاز به قطعات مختلفی مانند اسلایدرها، موتورها، بردهای کنترلی، ریل‌ها و غیره دارید. بسته به بودجه و نیازهای خود، باید مواد و قطعات مورد نیاز را تهیه کنید.

ساخت سازه:

پس از تهیه قطعات، باید سازه اصلی دستگاه CNC را بسازید. این شامل ایجاد سازه‌های پایه، نصب اسلایدرها، موتورها و سیستم کنترلی است. در این مرحله، دقت و صحت ساختار دستگاه بسیار مهم است.

نصب و اتصالات:

پس از ساخت سازه، باید قطعات و موتورها را به دستگاه CNC متصل کنید. اتصالات باید صحیح و استحکام کافی داشته باشند.

تست و عیب‌یابی:

قبل از استفاده از دستگاه CNC، باید آن را تست و عیب‌یابی کنید. اطمینان حاصل کنید که همه قطعات به درستی کار می‌کنند. در ادامه به طور کامل این فرایند را توضیح خواهیم داد.

 

انواع دستگاه سی‌ان‌سی

دستگاه CNC فرزکاری

یکی از رایج‌ترین ماشین‌های CNC، دستگاه فرز است. کنترلرهای کامپیوتری این دستگاه‌ها می‌توانند با کمک برنامه G-Code، مجموعه‌ای از اعداد و حروف را ترجمه کنند. این دستگاه‌ها قادر به انجام عملیات‌های فرزکاری مانند فرز سطحی، فرز شانه‌ای، ضربه‌زنی، سوراخ‌کاری و چرخش هستند.

فرزکاری با سه تا شش محور انجام می‌شود و از یک چرخ ثابت برای برش قطعه مورد نیاز استفاده می‌کند. این ابزار دورانی و چندنقطه‌ای برای تولید رزوه‌های داخلی و خارجی به کار می‌رود.

 

دستگاه CNC برش پلاسما

برش پلاسما یک روش ماشین‌کاری است که برای برش مواد مقاوم مانند فولاد به کار می‌رود. در این روش، یک قوس الکتریکی از طریق جریان گازی با سرعت بالا ایجاد می‌شود که باعث تولید پلاسما در نقطه برش می‌شود. این پلاسما باعث می‌شود که مواد در نقطه برش ذوب شوند. مزیت برش با پلاسما، قابلیت برش مواد مقاوم مانند فولاد و استفاده برای برش قطعات دوبعدی است. اما، برای برش قطعات سه‌بعدی، نیاز به روش‌های دیگر مانند برش لیزری یا آب‌بری است.

 

دستگاه CNC چاپگر سه‌بعدی

چاپگرهای سه‌بعدی کاربردهای گسترده‌ای در علم پزشکی دارند، به‌ویژه در زمینه اهدای عضو و بازسازی اندام‌ها. با استفاده از این فناوری، می‌توان اندام‌های مختلفی مانند قلب، کلیه و کبد را چاپ کرد. این اندام‌ها با استفاده از ترکیبی از سلول‌های زنده و ژل‌های پلیمری، لایه به لایه ساخته می‌شوند. استفاده از چاپگرهای سه‌بعدی می‌تواند به صرفه‌جویی در زمان، هزینه و مواد کمک کند.

 

دستگاه CNC تخلیه الکتریکی

تخلیه الکتریکی یک فرایند است که در آن مواد اضافی از روی قطعه‌ای که روی آن کار می‌شود، جدا می‌شوند. این فرایند با استفاده از تخلیه الکتریکی متوالی بین دو الکترود انجام می‌شود. تخلیه الکتریکی منجر به ایجاد پلاسما در سیال دی‌الکتریک شده و مواد اضافی را بخار می‌کند. هنگامی که پلاسما شکل می‌گیرد، انرژی الکتریکی به صورت گرما و نور تولید می‌شود. این فرایند در فرایندهای ماشین‌کاری مختلفی مانند برش، حکاکی و جوشکاری و همچنین، در برخی صنایع دیگر نیز مانند صنعت الکترونیک، به کار می‌رود.

فناوری سی‌ان‌سی به منظور کنترل مکانیزم ربات صنعتی استفاده می‌شود. این فناوری به‌عنوان یک سیستم کنترل، به ربات‌ها در تکمیل وظایف و انجام عملیات کمک می‌کند. با استفاده از کنترل عددی، می‌توان به‌طور موثر عملکرد ربات‌های صنعتی را بررسی و سیستم‌های حسگر را نظارت کرد. در صورت مشاهده هرگونه مشکل در عملکرد، می‌توان به صورت خودکار گزارش داد.

 

دستگاه CNC برای Pick and Place

دستگاه Pick and Place برای مونتاژ قطعات SMD به کار می‌رود. این دستگاه قطعات را از یک طرف برد دریافت و برد مونتاژ شده را به طرف دیگر منتقل می‌کند. برای اجسام مقاوم مانند فلز و سنگ گرانیت، سیستم واترجت کاربرد دارد. این دستگاه از انرژی آب با فشار بسیار بالا استفاده می‌کند. در برخی موارد، برای افزایش مقاومت، از ترکیب آب با شن یا ماده‌ای به نام ابرسیو (Abrasive) نیز استفاده می‌شود. این ماده دارای خاصیت سایندگی است و در موارد سخت به کار می‌رود. البته، سایندگی آب به نوع پمپ نیز بستگی دارد.

 

دستگاه CNC واترجت

سیستم واترجت زمانی به کار می‌رود که نیاز به برش بر روی اجسامی است که توانایی تحمل گرمای بالای CNC را ندارند. این سیستم برای برش‌های تمیز و در مواردی که گرما باعث تغییر شکل مواد می‌شود، مناسب است. در سیستم واترجت، فشار آب به میزان قابل قبولی افزایش یافته و می‌تواند سرعتی تا ۹۰۰ متر بر ثانیه داشته باشد.

 

مراحل ساخت دستگاه سی‌ان‌سی

برای ساخت یک دستگاه CNC، مراحل طراحی و ساخت را می‌توان به صورت زیر توصیف کرد:

طراحی دستگاه CNC:

ابتدا باید ابعاد و نوع دستگاه CNC را براساس نیازهای صنعتی خود مشخص کنید. اگر قطعات مورد استفاده کوچک هستند، باید ابعاد کوچکتری برای دستگاه در نظر بگیرید و در صورت قطعات بزرگ‌تر، ابعاد بزرگتری را انتخاب کنید. سپس می‌توانید با استفاده از نرم‌افزارهای طراحی مثل CAD، SolidWorks، CATIA و غیره، طراحی بدنه اصلی دستگاه را آغاز کنید.

برنامه‌نویسی برای ساخت دستگاه سی‌ان‌سی:

برای کنترل عملکرد دستگاه CNC، باید از کدهای برنامه‌نویسی استفاده کنید. برای مثال، برای اجرای برش یا حکاکی با استفاده از CNC خود، باید کدهای مربوط به حروف و اعداد را در نرم‌افزار Arduino بنویسید. در مراحل طراحی باید این کدها را به طراحی اضافه کنید.

تبدیل طرح به G-Code برای دستگاه سی‌ان‌سی:

بعد از اتمام طراحی، باید طرح ساخته شده را به فایل G-Code تبدیل کنید. این فایل شامل دستورات حرکتی و عملیاتی برای دستگاه CNC است.

انتقال G-Code به دستگاه CNC:

پس از تبدیل طرح به G-Code، باید از طریق نرم‌افزار CNC، فایل G-Code را به دستگاه CNC انتقال دهید. با این کار، دستگاه قادر خواهد بود طرح مورد نظر را روی قطعه ایجاد کند.

بارگذاری کد GRBL به آردوینو:

برای انتقال کدهای نوشته شده GRBL به آردوینو، می‌توانید از برنامه Xloader استفاده کنید. این برنامه به شما امکان می‌دهد کدهای GRBL را به آردوینو بارگذاری کنید.

لطفاً توجه داشته باشید که این توصیف مراحل کلی است و هر مرحله ممکن است جزئیات و مراحل فنی بیشتری داشته باشد که بسته به نوع دستگاه CNC و نیازهای شما متفاوت خواهد بود. در ادامه برای یک نمونه خاص از ماشین سی ان سی را به شما خواهیم گفت.

 

ساخت یک نمونه دستگاه سی ان سی

برای طراحی بدنه اصلی دستگاه CNC، می‌توانید از آلومینیوم استفاده کنید. آلومینیوم سبک، قابل حمل و قابل خم شدن است و همچنین ضد زنگ و هموار است. برای قسمت پایه نیز می‌توان از آلومینیوم استفاده کرد.

دستگاه CNC برای کارکرد به سه محور X، Y و Z نیاز دارد. محورهای X و Y تصاویر دو بعدی را ایجاد می‌کنند و روی یک تکه کاغذ پیاده‌سازی می‌شوند. این محورها به فاصله ۹۰ درجه از یکدیگر قرار دارند. در واقع، یک نقطه روی سطح با مقادیر مشخصی از X و Y تعریف می‌شود. سپس کامپیوتر مختصات مناسب را تولید کرده و از طریق درگاه USB به میکروکنترلر ارسال می‌کند و آن را تفسیر می‌کند. سپس موقعیت موتورها را برای ایجاد تصویر کنترل می‌کند.

در این مقاله، نرم‌افزار آردوینو به عنوان میکروکنترلر استفاده شده است.

سیم‌کشی مدار برای ساخت دستگاه CNC

برای سیم‌کشی مدار شیلد درایور موتور L293D روی برد آردوینو UNO، مراحل زیر را دنبال کنید:

• قرار دادن شیلد درایور موتور L293D بر روی برد آردوینو UNO.
• دو موتور پله‌ای را به هم وصل کنید. در اینجا توجه کنید که پین GND باید بدون اتصال بماند، زیرا موتورها از نوع دو قطبی هستند.
• می‌توانید یک مینی سرو موتور را به پین Servo  متصل کنید.
• یک منبع تغذیه با ولتاژ ۷٫۵ تا ۹ ولت را به پورت برق شیلد درایور وصل کنید.

تنظیمات آردوینو در ساخت دستگاه سی‌ان‌سی

برای استفاده از کد آردوینو و پراسسینگ برای تست، مراحل زیر را دنبال کنید:

• ابتدا باید موتورهای استپر را تست کنید تا مطمئن شوید که صحیح وصل شده‌اند. برای این کار، نیاز به نصب کتابخانه AFmotor دارید. نام کتابخانه را به حروف بزرگ تغییر دهید. در صورتی که آردوینو در سیستم شما باز است، آن را ببندید و مجدداً باز کنید.
• در برنامه آردوینو، در قسمت “Tools”، پورت و برد صحیح را انتخاب کنید.
• سپس کد را در برد آردوینو بارگذاری کنید.
• حالا برخی از حرکات را باید در موتور پله‌ای مشاهده کنید.

قطعات مورد نیاز برای ساخت دستگاه CNC

برای ساخت یک دستگاه CNC، قطعات زیر لازم است:

ورق آلومینیوم با ابعاد ۷۱۰×۷۱۰ میلی‌متر:

برای ساخت بدنه اصلی دستگاه، آلومینیوم به عنوان ماده‌ای سبک و محکم راه‌حل مناسبی است.

درایور موتور:

می‌توانید از درایورهای دی‌وی‌دی رایانه‌های قدیمی استفاده کنید.

شیشه:

شیشه ممکن است برای محافظت از بخش‌های حساس دستگاه مورد نیاز باشد.

برد آردوینو:

برد آردوینو استفاده می‌شود تا بتوانید دستگاه را کنترل کنید و دستورات حرکت را ارسال کنید.

شیلد درایور موتور L293D:

این شیلد برای کنترل موتورهای مختلف استفاده می‌شود و به شما امکان می‌دهد دستگاه را به طور همزمان به حرکت درآورید.

مینی سرو موتور:

این موتور برای کنترل حرکت قلم یا قطعات کوچک دیگر در دستگاه CNC استفاده می‌شود.

برای طراحی بدنه اصلی دستگاه، می‌توانید از ورق آلومینیوم با ابعاد ۷۱۰×۷۱۰ میلی‌متر استفاده کنید. این ورق آلومینیوم باید استحکام کافی داشته باشد و همچنین قابلیت حمل و نقل را نیز داشته باشد. آلومینیوم انتخاب خوبی است زیرا سبک، مقاوم و قابل خم شدن است و همچنین مقاومت خوبی در برابر اکسیداسیون دارد.

برای مونتاژ محورهای X، Y و Z می‌توانید از چوب چاپگر استفاده کنید. هر بخش شامل یک موتور پله‌ای و یک مکانیزم درایو Belt است که برای حرکت کارتریج به داخل و خارج استفاده می‌شود. همچنین برای محور Z نیاز به یک مینی‌­سرو موتور است که با استفاده از چسب روی محور Y نصب می‌شود و برای جابجایی قلم به صورت عمودی استفاده می‌شود. در اینجا، مکانیزم حرکت آزاد سرو موتور بسیار مهم است تا قلم بتواند به راحتی جابجا شود.

ابعاد مورد نیاز برای ساخت دستگاه CNC

در یک دستگاه CNC کوچک، ابعاد قسمت‌های مختلف ممکن است متفاوت باشد و بسته به نیازها و طراحی شما متغیر باشد. اما در زیر ابعاد برخی از قسمت‌های مهم را برای شما ذکر می‌کنیم:

۱- بدنه اصلی:

ممکن است از ورق آلومینیوم با ابعاد تقریبی 710×710 میلی‌متر استفاده شود. این ابعاد می‌تواند تنظیم شود و بسته به نیازها و اندازه کلی دستگاه متغیر باشد.

۲- محور X و Y:

این محورها ممکن است از قطعات چوب چاپگر ساخته شوند. ابعاد آنها بسته به نیاز و طراحی شما متفاوت خواهد بود، اما معمولاً طول محور X بین ۲۰۰ تا ۵۰۰ میلی‌متر و طول محور Y بین ۲۰۰ تا ۴۰۰ میلی‌متر است.

۳- محور Z:

برای محور Z می‌توان از یک مینی سرو موتور استفاده کرد. ابعاد محور Z بستگی به طراحی و نیازهای شما دارد، اما معمولاً طول محور Z بین ۱۰۰ تا ۲۰۰ میلی‌متر است.

۴- دستگاه اسپیندل (Spindle):

ابعاد دستگاه اسپیندل ممکن است متغیر باشد و بسته به نیازها و قدرت مورد استفاده تعیین می‌شود. این ابعاد می‌تواند برای اسپیندل‌های کوچک حدود ۵۰×۵۰×۱۰۰ میلی‌متر باشد.

۵- میزکار (Worktable):

ابعاد میزکار به نوع کارهایی که قرار است روی آن انجام شود بستگی دارد. میزکار ممکن است به ابعاد تقریبی ۲۰۰×۲۰۰ میلی‌متر باشد، اما می‌تواند تغییر کند.

لطفاً توجه داشته باشید که این ابعاد ممکن است برای دستگاه‌های CNC کوچک متفاوت باشد و باید با توجه به نیازها و طراحی خاص خودتان تعیین شود.

برای ساخت دستگاه سی‌ان‌سی باید آن را طراحی کرد. ابعاد دلخواه که با توجه به نوع CNC که می­خواهید بسازید دارد. با این کار خیال شما از اندازه­‌های دقیق و برخورد نداشتن اتصالات با یکدیگر راحت خواهد بود زیرا به صورت اصولی مراحل شبیه سازی و طراحی را پشت سر گذاشته‌اید.

اگر دستگاه را برای متن نوشتن و یا طراحی روی کاغذ، کارتن، چوب و… می‌­خواهید کار سختی در پیش نخواهید داشت ولی اگر برای برش، حفر و … می­‌خواهید کار کمی سخت­‌تر می­‌شود و احتیاج به دقت بیشتر در طراحی و همچنین موتور­های قوی­تری برای محور­هایش می‌­خواهد. بعد از اتمام این گام باید ابتدا پروفیل­‌های آلومینیومی را به ابعاد مورد نیاز، ابعادی که می­‌خواهید بدنه دستگاه­تان داشته باشد برش دهید. ابعادی که ما می‌­خواهیم در این مقاله به آن بپردازیم ۵۰×۵۰ است. بعد از این مرحله باید قسمت­هایی که قرار است به هم پیچ شود را سوراخ کنید. برای این کار باید محل‌­های مورد نظر را علامت بزنید و سپس با دریل سوراخ را ایجاد کنید. باید مطمئن باشید که مطابق با علامتی که گذاشته‌­اید است. این کار را باید برای هر چهار طرف آن انجام دهید.

حال باید با پیچ و مهره پروفیل‌­ها را به یکدیگر متصل کنید. از مهره­‌های T برای این کار باید استفاده کنید آن را در شیار آلومینیوم مقابل قسمتی که باید پیچ شود قرار دهید و پیچ را که بهتر است با پیچ گوشتی برقی بسته شود، سفت کنید. لازم است یادآوری کنم از ابتدا پیچ­ها را سفت نبندید نیمه سفت کنید. سپس بعد از اینکه همه پیچ­ها را قرار دادید به صورت ضربدری سفت و محکم کنید. تا در حین کار با دستگاه مشکلی پیش نیاید حال باید محور X و Y را تشکیل دهیم.

برای تشکیل محور Y از نگه دارنده‌­های پلاستیکی که گفته شد برای نصب بلبرینگ درون آن­ها استفاده می‌­کنیم. برای هر محور آن دو بلبرینگ نیاز است که آن­ها را درون محفظه نگه دارنده می‌گذاریم و شفت را داخل آن قرار می­‌دهیم. این کار به نیروی زیادی احتیاج دارد، بهتر است با گیره­‌های فلزی انجام دهید. شفت باید حرکت روانی داشته باشد و به راحتی بدون کوچک­ترین اصطکاکی جا­به­‌جا شود، زیرا اگر اینطور نباشد دستگاه شما حین کار به مشکل خواهد خورد. حالا که قطعات مورد نیاز را روی محور سوار کردیم آن را به ابتدا و انتهای بدنه متصل می‌­کنیم، و یک بار دیگر حرکت آن را چک می­‌کنیم.

لازم است یادآوری کنم قبل از بستن بدنه اصلی دستگاه تمام دریل‌کاری­‌های آن را انجام دهید و محل بستن پیچ‌­هایی که احتیاج به سوراخ کاری دارند را مشخص کنید سپس آن را ببندید. زیرا در ادامه کار بسیار مشکل می‌­شود.

اکنون می­‌توانیم محور Z را ببندیم. برای محور Z به دو عدد پیچ اسکرو، یک شفت، بلبرینگ، محفظه نگهدارنده موتور و پیچ و مهره نیاز داریم. ابتدا باید بلبرینگ­‌ها را داخل محفظه پلاستیکی که به صورت ریلی روی شفت حرکت می­‌کند مانند محور Y قرار دهید. شفت باید حرکتی روان و بدون اصطکاک داشته باشد. پیچ اسکرو­ها را به محور Y پیچ می­‌کنیم تا محکم شوند زمانی که شفت و پیچ اسکرو­ها را بستیم نوبت وصل کردن موتور استپر است. محفظه نگه دارنده موتور را در وسط محور  می­‌بندیم باید به میزان جا­بجایی یعنی بالا و پایین رفتن محور Z دقت کنید، تا هنگام بستن موتور اختلالی به وجود نیاید و به میز کار برخورد کند و از کار بیوفتد. بعد از انجام این مرحله می­‌توانید موتور را ببندید. محور X و Z  به یکدیگر نصب می­‌شوند. یعنی شما برای بستن محور Z ابتدا باید محور X را کامل کنید. برای این مرحله به دو عدد شفت و یک پیچ اسکرو نیاز است. برای هر شفت و پیچ دو عدد بلبرینگ و یک عدد نگه دارنده بلبرینگ، صفحه آلومینیومی به شکل مستطیل یا ذوزنقه­‌ای که زاویه 90 درجه داشته باشد برای طرفین چارچوب دستگاه برای نصب محور Z نیاز داریم. عرض آن ۱۰-۱۵ سانتی­متر و طول آن بسته به میزان بالا و پایین شدن سیستم در نظر بگیرید. ما در اینجا ۴۰ سانتی­متر در نظر گرفته­‌ایم. بعد از برش ورقه­‌ها باید کناره­­‌های آن را با سنباده صاف و صیقلی کنید، تا علاوه بر زیبایی کار باعث آسیب به فردی که با آن کار می­‌کند نیز نشود. روی صفحه­‌ها را برای پیچ شدن به دستگاه و سوراخ­‌هایی برای فیکس شدن شفت­‌ها و پیچ اسکرو­ها ایجاد کنید. این کار با علامت­گذاری و دریل کاری انجام می­‌شود. زمانی که دریل کاری آن تمام شد می­‌توانید آن را به چهار چوب ببندید. حالا زمان آن رسیده شفت­‌ها را از آن عبور دهید قبل اینکه کامل شفت­‌ها را از آن رد کنید، باید محور Z‌ را روی آن سوار کنید. برای محور Z احتیاج به یک چهار چوب آلومینیومی دارید که باید موتور روی آن نصب شود، و در قسمت پشت آن باید محفظه نگهدارنده از بلبرینگ­‌ها را متصل کنید تا شفت و پیچ به راحتی جا­بجا شوند. برای تهیه محور Z شما به یک محفظه پلاستیکی برای نگه دارنده موتور نیاز دارید. می­‌توانید قطعات پلاستیکی مورد نیاز را با چاپگر سه بعدی تهیه کنید و یا از سایت­های مختلف سفارش دهید. طبق مراحل قبلی بلبرینگ­‌ها را داخل محفظه قرار می­‌دهیم و شفت­‌ها را از آن عبور می­‌دهیم و دو سر آن­ها را محکم می­‌کنیم سپس مهره­‌های پیچ اسکرو را به محفظه نگهدارنده آن پیچ می­‌کنیم و سپس پیچ اسکرو را از آن عبور می­‌دهیم و در انتها مجدد آن را سفت می­‌کنیم. توجه داشته باشید ما در این مقاله محور X  و Z را به هم بستیم و محور Y را جدا، شما می­‌توانید X را جدا بگیرید و محورهای Y و Z را به هم ببندید.

بعد از بستن و تکمیل شدن محور­ها صفحه چوبی را به اندازه سطح کار دستگاه اندازه­‌گیری می­‌کنیم و برش می­‌دهیم و بر روی چهارچوب اصلی سی ان سی با پیچ و مهره می­‌بندیم. حال از دستگاه CNC خود لذت ببرید!

برای نصب مراحل برق کشی بهتر است یک جعبه چوبی تهیه کنیم و موتور­ها، درایور­ها و برد آردینو و شیلد آن را درون آن قرار دهیم. یک قسمت در دیواره­‌های جانبی جعبه برای فیش­‌ها در نظر بگیرید با این کار قسمت موتورها که سیم­‌های زیادی دارد نظم می­‌گیرد و شما سر در گم نمی­‌شوید. با وصل کردن فیش­‌های موتور به دستگاه و کامپیوتر، CNC شما آماده است. با باز کردن برنامه G-code و انتخاب طرحی که می­‌خواهید حک شود (البته حک، حفر، برش یا… با توجه به سی‌ان‌سی که ساخته­‌اید) دستگاه شروع به کار می­‌کند. جنس آن قطعه­‌ای که می­‌خواهید روی آن سی ان سی انجام دهید می­‌تواند چوب، پلاستیک،‌ آلومینیوم و یا … باشد. اول طرح مورد نظر را در برنامه G-code باز کنید و با پلی کردن آن سیستم شروع به کار می­‌کند. توجه داشته باشید در ابتدا کار امکان خطا و اشتباه از طرف سیستم و شما زیاد است. پس اگر در ابتدا کار دچار اشکال شد، مثلا یک یا چند استپ را جا گذاشت نگران نباشید می‌توانید با تغییر دادن برخی از مقیاس­‌ها و شروع مجدد کار، به نتایج بهتری برسید.

 

الکترونیک

قسمت الکترونیک ماشین CNC شامل قطعات زیر است:

1. 1. منبع تغذیه اصلی – ۴۸ ولت DC با جریان ۶٫۶ آمپر.
   2. ۳ درایور – Leadshine M542 V0.
   3. ۳ موتور استپر – ۳ نیوتن متر هیبریدی Nema
   4. برد کنترل (Breakout Board).
   5. رله – با خروجی ۲۵ آمپر ولتاژ ۲۳۰ ولت AC و ورودی ۴ آمپر و ۳۲ ولت DC.
   6. کلید تغذیه اصلی (Main Power Switch).
   7. منبع تغذیه برای breakout board – با ۵ ولت DC.
   8. منبع تغذیه برای فن‌های خنک‌کننده – ۱۲ ولت DC.
   9. ۲ فن خنک‌کننده (۸۰ میلی­متری).
   10. ۲ پریز برق – برای روتر Kress و مکنده آلودگی.
   11. دکمه اضطراری (E-Stop)
   12. سوئیچ‌های محدود کننده (Limit Switches)

قبل از خرید موتورهای استپر، باید ببینید که برای چه استفاده‌ای آن‌ها را می‌خواهید. اگر قصد استفاده در یک ماشین کوچک برای برش قطعات چوب و پلاستیک را دارید، موتورهایی با قدرت ۱٫۹ نیوتن متر کافی خواهد بود. اما ما ترجیح دادیم از موتورهای ۳ نیوتن متر استفاده کنم زیرا ماشینی که در حال ساخت است، به اندازه کافی بزرگ و سنگین است و در آینده قصد برش قطعات سخت مانند آلومینیوم را داریم.

اگر موتورهای شما بسیار بزرگ نیستند، می‌توانید از یک درایور ۳ محوره استفاده کنید، اما بهتر است هر موتور دارای یک درایور جداگانه باشد. درایورهای مستقل، کنترل جریان و میکرواستپ بیشتری را ارائه می‌دهند و قابلیت اطمینان بیشتری دارند و نتایج بهتری نیز به همراه دارند. درایورهایی که ما استفاده کردیم، حداکثر جریان ۴٫۲ آمپر و تا ۱۲۵ میکرواستپ را پشتیبانی می‌کنند.

منبع تغذیه اصلی با سیم به قطر ۱۴ (14 gauge) به درایورها متصل می‌شود. این سیم از طراحی اصلی برای هواپیماهای کنترل از راه دور (RC) استفاده می‌شود و دارای انعطاف بالا و کیفیت بالایی است که می‌تواند جریان بالایی را تحمل کند. منبع تغذیه ۵ ولت DC به برد کنترل (breakout board) متصل می‌شود.

برای تامین تغذیه فن‌ها، یک پریز برق در محفظه قرار داده شده است تا با استفاده از یک آداپتور ۱۲ ولت، برق مورد نیاز فن‌ها تامین شود. همچنین یک سوئیچ برای روشن و خاموش کردن منبع تغذیه اصلی نیز وجود دارد.

رله ۲۵ آمپر با استفاده از breakout board و اتصال به ترمینال‌های ورودی، توسط کامپیوتر کنترل می‌شود. ترمینال‌های ورودی رله به ترمینال‌های خروجی breakout board متصل می‌شوند. رله به دو پریز برق متصل می‌شود که برای تامین برق به روتر Kress و مکنده آلودگی (shop vac) استفاده می‌شوند. وقتی دستور M 05 در G-code اجرا می‌شود، ماشین به طور خودکار روتر Kress و مکنده آلودگی را خاموش می‌کند. برای روشن کردن آن‌ها می‌توانید دکمه F5 را فشار دهید یا در G-code، دستور M 03 را اجرا کنید.

 

بدنه قطعات الکترونیک

برای تنظیم ماشین سی ان سی، ابتدا قطعات الکترونیک را موقتاً روی یک تکه چوب نصب کردیم. اما برای آن‌ها نیاز به ساخت یک محفظه مناسب داشتیم. در ابتدا، روی کاغذ محل قرارگیری هر قطعه و ابعاد دقیق آن را مشخص کردم. سعی کردم قطعات را به گونه‌ای بچینم که رساندن همه سیم‌ها به ترمینال‌ها به راحتی انجام شود. همچنین، از این اطمینان حاصل کردم که جریان هوا به خوبی درون محفظه جریان داشته باشد. رعایت این نکته بسیار مهم است، زیرا درایورهای استپ موتور هنگام کار بسیار سریع گرم می‌شوند.

همه کابل‌ها می‌توانند از پشت محفظه وصل شوند. استفاده از یک پلاگین چهار سیمه، به ما این امکان را می‌دهد که بدون نیاز به دست زدن به ترمینال‌ها، قسمت الکترونیک را از دستگاه جدا کنیم. همینطور، دو پریز برق برای تغذیه موتور اسپیندل و دستگاه shop vac اضافه کردم. پریزها به رله متصل می‌شوند تا بتوانند به صورت خودکار روشن و خاموش شوند. می‌توانید یک کلید در داخل محفظه قرار دهید.

پس از مشخص کردن نحوه چیدمان قطعات و ابعاد روی کاغذ، طرح آن را در برنامه کد کشیدیم. سپس با استفاده از دستگاه CNC آن را برش دادیم. با استفاده از یک تکه پلکسی گلاس، یک دستگیره را در وسط آن درست کنید و سپس تمام قطعات را درون آن قرار داده و سیم‌کشی را انجام دهید.

 

نرم افزارهای دستگاه سی‌ان‌سی

برای هدایت یک دستگاه CNC روتر، نیازمند استفاده از سه نرم­ افزار مختلف هستیم. اولین نرم افزار که احتیاج داریم، برنامه CAD است که برای طراحی قطعات استفاده می‌شود. دومی، نرم افزار CAM است که برای ایجاد مسیرهای ابزار و تولید کدهای G-code استفاده می‌شود. سومین نرم افزاری که نیازمندیم، برنامه کنترلر است که وظیفه ترجمه کدهای G-code و کنترل دستگاه را بر عهده دارد.

در ­این مقاله، از نرم افزار Cam برای ایجاد طرح‌ها و مسیرهای ابزار استفاده شده است. Cam یک برنامه ساده است که با آن کار کردن بسیار آسان است. این برنامه اکثر ابزارهای پایه CAD را داراست و در اکثر پروژه‌ها نیاز به برنامه CAD را نخواهید داشت. قبل از اینکه Cam­ بتواند مسیرهای ابزار را ایجاد کند، باید مجموعه‌ای از پارامترها را تنظیم کنید. به عنوان مثال، قطر ابزاری که استفاده می‌کنید، عمق برش، سرعت برش و غیره. پس از ایجاد مسیرهای ابزار، می‌توانید خروجی G-code را تولید کنید. در واقع، G-code یک زبان ماشین است و به دستگاه می‌گوید که چه کاری انجام دهد.

 

تست و استفاده از دستگاه سی‌ان‌سی

بعد از ساخت دستگاه CNC، مراحل تست اولیه باید انجام شود. برای این منظور، می‌توانید از پروژه‌های کوچک و آسان شروع کنید و به تدریج به پروژه‌های بزرگ‌تر پیش­ بروید.

یکی از نکاتی که پس از انجام اولین پروژه با دستگاه CNC متوجه آن می‌شوید، تولید گرد و غبار و صدا زیاد توسط دستگاه است. برای حل مشکل گرد و غبار، می‌توانید از گردگیر استفاده کنید تا ذرات معلق در هوا جذب شده و به دستگاه فیلتر شوند. همچنین، برای کاهش سطح صدا، می‌توانید از صفحات جاذب صدا درون محفظه دستگاه استفاده کنید. که باعث کاهش قابل توجهی در سطح نویز می‌شود.

با رعایت این مسائل در پروژه‌های بعدی که با دستگاهی که ساخته‌اید کار می‌کنید، می‌توانید از لذت بیشتری برخوردار شوید. این تدابیر کمک می‌کنند تا محیط کار شما تمیزتر و سالم‌تر باشد و همچنین سطح صدا را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

همچنین، در نظر داشته باشید که برای ایمنی خود و دیگران، همواره از تجهیزات حفاظتی مناسب مانند عینک محافظ و دستکش‌های مخصوص استفاده کنید و قوانین ایمنی کار با دستگاه CNC را رعایت نمایید.

برای ساخت دستگاه سی‌ان‌سی باید آن را طراحی کرد. ابعاد دلخواه که با توجه به نوع CNC که می­خواهید بسازید دارد. با این کار خیال شما از اندازه­‌های دقیق و برخورد نداشتن اتصالات با یکدیگر راحت خواهد ­بود زیرا به صورت اصولی مراحل شبیه سازی و طراحی را پشت سر گذاشته‌اید.

اگر دستگاه را برای متن نوشتن و یا طراحی روی کاغذ، کارتن، چوب و… می­‌خواهید کار سختی در پیش نخواهید داشت ولی اگر برای برش، حفر و … می­‌خواهید کار کمی سخت­تر می‌شود و احتیاج به دقت بیشتر در طراحی و همچنین موتور­های قوی­تری برای محور­هایش می‌­خواهد. بعد از اتمام این گام باید ابتدا پروفیل­‌های آلومینیومی را به ابعاد مورد نیاز، ابعادی که می‌­خواهید بدنه دستگاه­تان داشته باشد برش دهید. ابعادی که ما می‌­خواهیم در این مقاله به آن بپردازیم ۵۰×۵۰ است. بعد از این مرحله باید قسمت‌­هایی که قرار است به هم پیچ شود را سوراخ کنید. برای این کار باید محل­‌های مورد نظر را علامت بزنید و سپس با دریل سوراخ را ایجاد کنید. باید مطمئن باشید که مطابق با علامتی که گذاشته‌­اید است. این کار را باید برای هر چهار طرف آن انجام دهید.

حال باید با پیچ و مهره پروفیل­‌ها را به یکدیگر متصل کنید. از مهره‌­های T برای این کار باید استفاده کنید آن را در شیار آلومینیوم مقابل قسمتی که باید پیچ شود قرار دهید و پیچ را که بهتر است با پیچ گوشتی برقی بسته شود، سفت کنید. لازم است یادآوری کنم از ابتدا پیچ­‌ها را سفت نبندید نیمه سفت کنید. سپس بعد از اینکه همه پیچ‌­ها را قرار دادید به صورت ضربدری سفت و محکم کنید. تا در حین کار با دستگاه مشکلی پیش نیاید حال باید محور X و Y را تشکیل دهیم.

برای تشکیل محور Y از نگه دارنده های پلاستیکی که گفته شد برای نصب بلبرینگ درون آن­ها استفاده می‌­کنیم. برای هر محور آن دو بلبرینگ نیاز است که آن­ها را درون محفظه نگه­دارنده قرار می‌­دهیم و شفت را داخل آن قرار می­‌دهیم. این کار به نیروی زیادی احتیاج دارد، بهتر است با گیره‌­های فلزی انجام دهید. شفت باید حرکت روانی داشته باشد و به راحتی بدون کوچک­ترین اصطکاکی جا­بجا شود، زیرا اگر اینطور نباشد دستگاه شما حین کار به مشکل خواهد خورد. حالا که قطعات مورد نیاز را روی محور سوار کردیم آن را به طرفین بدنه دستگاه متصل می­‌کنیم، و یک بار دیگر حرکت آن را چک می­‌کنیم.

لازم است یادآوری کنم قبل از بستن بدنه اصلی دستگاه تمام دریل کاری­‌های آن را انجام دهید و محل بستن پیچ­‌هایی که احتیاج به سوراخ کاری دارند را مشخص کنید سپس آن را ببندید. زیرا در ادامه کار بسیار مشکل می­شود.

اکنون می­توانیم محور Z را ببندیم. برای بستن محور Z به یک دروازه آلومینیومی مانند بدنه اصلی دستگاه ولی در ابعاد کوچک تر نیاز داریم. عرض آن ۱۵ سانتیمتر و طول آن با توجه به میزان بالا و پایین شدن محور بستگی دارد. دو عدد پیچ اسکرو، یک شفت، بلبرینگ، محفظه نگهدارنده موتور و پیچ و مهره نیاز داریم. ابتدا باید بلبرینگ­‌ها را داخل محفظه پلاستیکی که به صورت ریلی روی شفت حرکت می­کند مانند محور Y قرار دهید شفت باید حرکتی روان و بدون اصطکاک داشته باشد. پیچ اسکرو­ها را به محور Y پیچ می­‌کنیم تا محکم شوند. زمانی که شفت و پیچ اسکرو­ها را بستیم نوبت وصل کردن موتور استپر است. محفظه نگه­دارنده موتور را در وسط محور می­‌بندیم باید به میزان جا­بجایی یعنی بالا و پایین رفتن محور Z دقت کنید، تا هنگام بستن موتور اختلالی به وجود نیاید و از کار بیوفتد. بعد از انجام این مرحله می­‌توانید موتور را ببندید.

محور X و Z  به یکدیگر نصب می­‌شوند. یعنی شما برای بستن محور Z ابتدا باید محور X را کامل کنید. برای این مرحله به دو عدد شفت و یک پیچ اسکرو نیاز است. برای هر شفت و پیچ دو عدد بلبرینگ و یک عدد نگه دارنده بلبرینگ، صفحه آلومینیومی به شکل مستطیل یا ذوزنقه­‌ای که زاویه ۹۰ درجه داشته باشد برای طرفین چارچوب دستگاه برای نصب محور Z نیاز داریم. عرض آن ۱۰-۱۵ سانتی­متر و طول آن بسته به میزان بالا و پایین شدن سیستم در نظر بگیرید. بعد از برش ورقه‌­ها باید کناره­­‌های آن را با سنباده صاف و صیقلی کنید، تا علاوه بر زیبایی کار باعث آسیب به فردی که با آن کار می­‌کند نیز نشود. روی صفحه‌­ها را برای پیچ شدن به دستگاه و سوراخ­‌هایی برای فیکس شدن شفت‌­ها و پیچ‌اسکرو­ها ایجاد کنید. این کار با علامت گزاری و دریل کاری انجام می‌­شود. زمانی که دریل کاری آن تمام شد می‌­توانید آن را به چهار چوب ببندید. حالا زمان آن رسیده شفت­‌ها را از آن عبور دهید قبل اینکه کامل شفت­‌ها را از آن رد کنید، باید محور Z‌ را روی آن سوار کنید. برای محور Z احتیاج به یک چهارچوب آلومینیومی دارید که باید موتور روی آن نصب شود، و در قسمت پشت آن باید محفظه نگهدارنده از بلبرینگ‌­ها را متصل کنید تا شفت و پیچ به راحتی جا­بجا شوند. برای تهیه محور Z شما به یک محفظه پلاستیکی برای نگه‌دارنده موتور نیاز دارید. می‌­توانید قطعات پلاستیکی مورد نیاز را با چاپگر سه بعدی تهیه کنید و یا از سایت­های مختلف سفارش دهید. طبق مراحل قبلی بلبرینگ‌­ها را داخل محفظه قرار می‌­دهیم و شفت­‌ها را از آن عبور می­‌دهیم و دو سر آن­ها را محکم می‌­کنیم سپس مهره­‌های پیچ اسکرو را به محفظه نگهدارنده آن پیچ می­‌کنیم و سپس پیچ اسکرو را از آن عبور می­‌دهیم و در انتها مجدد آن را سفت می­‌کنیم. توجه داشته باشید ما در این مقاله محورX  و Z را به هم بستیم و محور Y را جدا، شما می­توانید X را جدا بگیرید و محورهای Y و  Z را به هم ببندید.

بعد از بستن و تکمیل شدن محورها صفحه چوبی را به اندازه سطح کار دستگاه اندازه­گیری می­کنیم و برش می­دهیم. و بر روی چهارچوب اصلی سی­ان­سی با پیچ و مهره می­بندیم. حال از دستگاه CNC خود لذت ببرید!

برای نصب مراحل برق کشی بهتر است یک جعبه چوبی تهیه کنیم و موتور­ها، درایور­ها و برد آردینو و شیلد آن را درون آن قرار دهیم. یک قسمت در دیواره­‌های جانبی جعبه برای فیش‌­ها در نظر بگیرید با این کار قسمت موتور­ها که دارای سیم­‌های زیادی است نظم می­‌گیرد و شما سر در گم نمی­‌شوید. با وصل کردن فیش‌­های موتور به دستگاه و کامپیوتر، CNC شما آماده است. با باز کردن برنامه G-code و انتخاب طرحی که می­‌خواهید حک شود، (البته حک، حفر، برش یا… با توجه به سی­ان­سی که ساخته­‌اید) دستگاه شروع به کار می­‌کند. جنس آن قطعه­‌ای که می­‌خواهید روی آن CNC انجام دهید می­‌تواند چوب، پلاستیک،‌ آلومینیوم و یا … باشد. اول طرح مورد نظر را در برنامه G-ode باز کنید و با پلی کردن آن سیستم شروع به کار می­‌کند. توجه داشته باشید در ابتدا کار امکان خطا و اشتباه از طرف سیستم و شما زیاد است. پس اگر در ابتدا کار دچار اشکال شد، مثلا یک یا چند استپ را جا گذاشت نگران نباشید می‌توانید با تغییر دادن برخی از مقیاس­‌ها و شروع مجدد کار به نتایج بهتری برسید.

 

نتیجه گیری و جمع‌بندی ساخت دستگاه CNC

دستگاه CNC یک فناوری پیچیده است و برای ساخت صحیح آن نیاز به مهارت‌ها و دانش فنی است. میزان موفقیت در ساخت دستگاه CNC وابسته به تجربه و مهارت سازنده است. تمام مراحل باید با دقت و صحت انجام شوند تا دستگاه به درستی عمل کند. نتیجه‌گیری از موفقیت ساخت دستگاه CNC با تست و عیب‌یابی صورت می‌گیرد. در این مرحله، دستگاه برای اجرای عملیات مختلف و برنامه‌ریزی شده تست می‌شود. در صورت عدم وجود عیب‌ها و عملکرد صحیح، دستگاه آماده برای استفاده است.

برای بهبود عملکرد دستگاه CNC و افزایش دقت و کیفیت تولید، می‌توان استفاده از فناوری‌های جدیدتر، به‌روزرسانی نرم‌افزاری و حذف عیب‌ها را در نظر گرفت.

مراحل ساخت دستگاه CNC ممکن است به تنظیمات و نیازهای خاص شما بستگی داشته باشد. برای مثال، انتخاب قطعات و تجهیزات، سازگاری با نوع موادی که قصد ماشین‌کاری آن­ها را دارید و تنظیمات نرم‌افزاری می‌تواند متفاوت باشد.

در نهایت، ساخت دستگاه CNC نیازمند تمرکز، دقت و آشنایی با مباحث فنی است. همچنین، ممکن است نیاز به راهنمایی تکنیسین‌های ماهر و متخصص در این زمینه داشته ­باشید تا به ­نتیجه مطلوب برسید.